Un innovador descubrimiento sobre la división celular bacteriana

Un equipo de investigación dirigido por el científico David Reverter de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) identificó el mecanismo molecular que regula la división celular en bacterias. Este descubrimiento mostró que la proteína MraZ, que normalmente tiene una estructura en forma de dona, debe doblarse y descomponerse parcialmente para unirse a secuencias clave de ADN que activan los genes de división celular. Los hallazgos fueron publicados en Nature Communications.

La división celular es esencial para todos los organismos vivos y depende de la actividad coordinada de muchas proteínas y componentes regulatorios. En la mayoría de las bacterias, las instrucciones para este proceso están organizadas dentro de un grupo de genes conocido como el operón dcw. Este operón contiene la información genética necesaria para producir proteínas responsables tanto de la división celular como de la construcción de la pared celular bacteriana.

Cómo el Operón dcw Activa los Genes de División Celular

Los genes en este operón se activan mediante proteínas conocidas como factores de transcripción. Estas proteínas se adhieren a una sección específica del ADN llamada promotor, que marca el inicio de la transcripción. Este punto de inicio aparece justo antes del primer codón, la unidad básica de información genética que señala el comienzo de la secuencia de proteínas.

Uno de estos factores de transcripción es MraZ, que es también el primer gen dentro del operón dcw en todas las bacterias. Cuando MraZ activa el operón, los genes dentro del operón producen las proteínas necesarias para que las bacterias se dividan. De esta manera, MraZ actúa como el regulador clave que controla la actividad del operón que rige la división celular en la mayoría de las especies bacterianas.

Imágenes del Mecanismo Molecular de la División Bacteriana

El grupo de investigación de la UAB, liderado por David Reverter, profesor del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular e investigador del Instituto de Biotecnología y Biomedicina de la UAB (IBB-UAB), descubrió el mecanismo detallado detrás de esta regulación. El equipo utilizó métodos avanzados de biología estructural, incluyendo la cristalografía de rayos X y la criomicroscopía electrónica.

Estas técnicas permitieron a los científicos determinar cómo el factor de transcripción MraZ se adhiere al promotor del operón dcw en la bacteria Mycoplasma genitalium. Este microorganismo se utiliza frecuentemente en estudios de laboratorio debido a que posee un genoma extremadamente pequeño.

Vista a Nivel Atómico de la Unión de MraZ con el ADN

La región promotora del operón dcw contiene cuatro segmentos repetidos, o "cajas", cada una compuesta por seis nucleótidos. Estas secuencias de ADN repetidas desempeñan un papel clave en la regulación de la transcripción.

Al examinar el sistema con criomicroscopía electrónica, los investigadores pudieron observar la interacción entre la proteína MraZ y las bases de ADN de estas cuatro cajas repetidas con casi resolución atómica. Sus observaciones mostraron que MraZ debe sufrir un cambio estructural para unirse con éxito al operón.

"Esta es una observación sorprendente. La proteína MraZ es un octámero formado por ocho subunidades idénticas unidas en forma de dona, pero con una curvatura que nunca permitiría la unión con las cuatro 'cajas' del promotor. Sin embargo, para regular la división celular, vemos cómo la dona se rompe y deforma de tal manera que cuatro de las subunidades pueden unirse a las cuatro cajas del promotor", explicó David Reverter.

Un Avance Importante en la Comprensión de la División Celular Bacteriana

Visualizar directamente cómo MraZ interactúa con el ADN promotor que inicia la división celular representa un avance significativo. Hasta ahora, los investigadores que estudiaban este sistema se habían basado en gran medida en experimentos bioquímicos y modelado computacional para inferir cómo funcionaba el mecanismo.

Según Reverter, el sistema regulador identificado en este estudio es probablemente generalizado entre las bacterias. "Es universal para la mayoría de las bacterias, ya que todas las proteínas MraZ son muy similares, tienen la misma estructura de octámero y las secuencias de ADN de los promotores de los operones que regulan la división celular también son similares", concluyó Reverter.

Colaboración Internacional Detrás del Estudio

La investigación fue liderada por el equipo de David Reverter en el Instituto de Biotecnología y Biomedicina y el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la UAB. El trabajo se llevó a cabo en colaboración con el sincrotrón ALBA y el servicio de criomicroscopía electrónica del Instituto de Genética y Biología Molecular y Celular de Estrasburgo, Francia.