Investigadores del Dartmouth College han realizado un avance significativo en la comprensión de cómo la disposición de los genes dentro de un plásmido, concepto denominado «sintaxis genética», puede influir en la expresión génica y en la interacción de los genes entre sí. Este descubrimiento revela que, al igual que el orden de las palabras en una oración afecta su significado, el orden y la orientación de los genes pueden alterar la fuerza de su expresión y su comportamiento en distintas células.
A pesar de que las secuencias de ADN de cada gen individual permanecen inalteradas, los cambios en la sintaxis de los genes han demostrado generar variaciones en los niveles de expresión y en la interferencia con genes vecinos. Los resultados de la investigación destacan que la sintaxis genética afecta tanto el desplazamiento de la maquinaria de transcripción a lo largo del ADN como la interacción entre los procesos de replicación y transcripción, introduciendo variabilidad en la expresión génica.
Implicaciones de la Sintaxis Genética en la Biotecnología
Los plásmidos son pequeñas piezas circulares de ADN que existen independientemente de los cromosomas principales de una célula. Comúnmente presentes en bacterias, los plásmidos pueden portar genes útiles para la supervivencia y se utilizan en el laboratorio para introducir nuevos genes en las células. Sin embargo, la expresión génica en plásmidos sintéticos a menudo presenta comportamientos impredecibles que no se han comprendido completamente. Aunque se han estudiado los elementos intra-genéticos, como los promotores y los sitios de unión ribosómica, la variabilidad inexplicada en la expresión seguía siendo un reto en la investigación biotecnológica.
La investigación titulada «La sintaxis genética modula la expresión génica y el comportamiento de circuitos en plásmidos», publicada en el Journal of Biological Engineering, llevó a cabo un análisis experimental sistemático para determinar cómo el orden y la orientación de los genes afectan la expresión génica impulsada por plásmidos. Los investigadores diseñaron construcciones de plásmidos que aislaron los efectos de la sintaxis sin modificar las secuencias regulatorias centrales. Se utilizaron células de E. coli NEB 10-beta y se organizaron genes reporteros fluorescentes en diferentes órdenes y orientaciones, manteniendo constantes todos los promotores y sitios de unión ribosómica.
Las pruebas de expresión génica se realizaron en siete configuraciones distintas de plásmidos, utilizando citometría de flujo para medir la expresión en más de 90,000 células bacterianas individuales por muestra. Los cambios en la sintaxis genética llevaron a diferencias significativas en los niveles de expresión, las proporciones de expresión y la variabilidad de expresión entre diferentes construcciones. Por ejemplo, la expresión del gen GFP varió en más de 1.8 veces dependiendo de su colocación, mientras que la expresión de RFP mostró un rango de 1.56 veces bajo las mismas condiciones.
Los resultados indican que la sintaxis genética no es un aspecto neutral del diseño de plásmidos. La orientación y el orden de los genes dentro de un plásmido influyen en la fuerza de expresión, en las proporciones relativas entre genes y en la variabilidad de la expresión. Los hallazgos ofrecen una base clara para mejorar la predictibilidad y la precisión de los sistemas biológicos sintéticos, sugiriendo que la sintaxis genética puede ser tratada como una variable de diseño ajustable en lugar de ser considerada un mero detalle secundario.
Para los biólogos sintéticos y bioingenieros, tener en cuenta estos factores espaciales puede reducir la necesidad de pruebas por ensayo y error, lo que ahorraría tiempo y recursos en la construcción de herramientas genéticas que funcionen de manera consistente.
