Para Tom Santangelo, Los microorganismos unicelulares llamados arqueas son como antiguos marineros, sobreviviendo entre las condiciones más extremas de la Tierra, incluyendo respiraderos volcánicos en las profundidades del océano.

El investigador de la Universidad Estatal de Colorado estudia cómo estos resistentes microbios, que constituyen uno de los tres dominios supervivientes de la vida, expresan sus genes, producir su energía, y prosperar en caliente, Ambientes sin luz.

Resulta, no somos tan diferentes, bioquímicamente, de todos modos, después de todo, de arqueas.

Santangelo, profesor asociado del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, estaba en un equipo que encontró sorprendentes paralelos entre la forma en que las células arqueales y las células más complejas, incluidos los seres humanos y los animales, empaquetar y almacenar su material genético. El estudio revolucionario, publicado en Science a principios de este año, proporcionó evidencia de que las arqueas y las células eucariotas comparten un mecanismo común para compactar, organizar y estructurar sus genomas.

El estudio fue dirigido por Karolin Luger, ahora es biólogo estructural en la Universidad de Colorado Boulder. La mayoría de los resultados informados en Science se completaron mientras Luger era miembro de la facultad de CSU, desde 1999 hasta 2015.

ADN histonas, nucleosomas, cromatina

Una pequeña revisión de biología de la escuela secundaria:los eucariotas son células con un núcleo y orgánulos unidos a la membrana, e incluyen hongos, células vegetales y animales, incluidas las humanas. Se distinguen de sus contrapartes menos complejas, procariotas, por la ausencia de un núcleo. Si bien las arqueas y las bacterias son procariotas, están relacionados sólo lejanamente. Las arqueas son los probables progenitores de los eucariotas y comparten muchas de las mismas proteínas que controlan la expresión génica.

Uno de los procesos más fundamentales de la vida:la mecánica por la cual el ADN se dobla, se pliega y se amontona en un núcleo celular - es común en todos los eucariotas, desde protistas microscópicos hasta plantas y humanos.

Dentro del núcleo de cada célula eucariota hay varios pies de material genético que se compacta de una manera muy específica. Se envuelven pequeñas secciones de ADN, como hilo en un carrete, aproximadamente dos veces alrededor de ocho pequeñas proteínas llamadas histonas. Todo este complejo de ADN-histona se llama nucleosoma, y una cadena de nucleosomas compactados se llama cromatina. En 1997, Luger y sus colegas informaron por primera vez de la estructura exacta de los nucleosomas eucariotas mediante cristalografía de rayos X.

Cristalografía 'retorcida'

El colaborador de artículos científicos John Reeve había descubierto en la década de 1990 que las proteínas histonas no se limitaban a eucariotas, pero también se encontraron en células arqueas sin núcleo. Reeves y Luger comenzaron una colaboración para cristalizar la cromatina de arquea basada en histonas y comparar esa estructura con la cromatina eucariota.

Después de años de paradas y arranques y problemas para cultivar cristales de histonas de arqueas confiables (Luger lo llamó un "problema cristalográfico retorcido"), los científicos lograron resolver la estructura de la cromatina de arqueas, revelando su similitud estructural con los eucariotas.

Estructura 'biológicamente significativa'

En los datos, el ADN de la arquea parecía formarse largo, curvas superhélices repetidas. Los investigadores no estaban seguros de si la estructura era real, o un artefacto del experimento. Ahí es donde el equipo de Santagelo en CSU brindó su experiencia clave.

"Mi grupo asumió el desafío de determinar si la estructura resuelta en los cristales representaba una estructura biológicamente significativa, " él dijo.

El equipo de Santangelo hizo variantes de las histonas de arqueas y probó cómo les iba a las células, ya que interrumpieron la superhélice del ADN. Descubrieron que cuanto más desestabilizaban la estructura, cuanto más enfermas se ponían las células. Sus esfuerzos subrayaron los méritos de la estructura que había determinado el grupo de Luger.

Ser parte de un equipo que brindó una visión tan fundamental como la ascendencia de nuestras células fue uno de los momentos más gratificantes de la carrera de Santangelo.

"El mayor impacto del papel, Creo, es que la idea de compactar el ADN en esas estructuras es una idea muy antigua, probablemente de más de mil millones de años, "Dijo Santangelo." Las proteínas histonas entraron en escena, y una vez que entraron y empezaron a empaquetar genomas, en gran medida se hicieron indispensables para las células que los codificaban ".

Santangelo continuará realizando estudios de la estructura, funciones y transacciones de energía de las arqueas, esos antiguos marineros que ahora representan definitivamente un prototipo ancestral de la actividad celular humana.