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El investigador de la Universidad Estatal de Colorado estudia cómo estos resistentes microbios -que constituyen uno de los tres dominios de la vida que sobreviven- expresan sus genes, producen su energía y prosperan en entornos cálidos y sin luz.
Resulta que, al fin y al cabo, no somos tan diferentes (bioquímicamente) de las arqueas.
Santangelo, profesor asociado del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular, formó parte de un equipo que encontró sorprendentes paralelismos entre la forma en que las células arqueas y las células más complejas, incluidas las humanas y las animales, empaquetan y almacenan su material genético. El innovador estudio, publicado en Science a principios de este año, aportó pruebas 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 bióloga estructural en la Universidad de Colorado Boulder. La mayor parte de los resultados reportados en Science se completaron mientras Luger era miembro de la facultad de la CSU, desde 1999 hasta 2015.
Un pequeño repaso de biología de secundaria: Los eucariotas son células con un núcleo y orgánulos unidos a una membrana, e incluyen células fúngicas, vegetales y animales -incluyendo las humanas-. Se diferencian de sus homólogas menos complejas, las procariotas, por la ausencia de núcleo. Aunque las arqueas y las bacterias son procariotas, sólo están relacionadas de forma lejana. Las arqueas son los probables progenitores de los eucariotas y comparten muchas de las mismas proteínas que controlan la expresión de los genes.
Dentro del núcleo de cada célula eucariota hay varios metros de material genético que se compacta de una manera muy específica. Pequeñas secciones de ADN se enrollan, como un hilo alrededor de un carrete, aproximadamente dos veces alrededor de ocho pequeñas proteínas llamadas histonas. Todo este complejo de ADN e histonas se denomina nucleosoma, y la cadena de nucleosomas compactados se llama cromatina. En 1997, Luger y sus colegas comunicaron por primera vez la estructura exacta de los nucleosomas eucariotas mediante cristalografía de rayos X.
El colaborador del artículo científico John Reeve había descubierto en la década de 1990 que las proteínas histónicas no se limitaban a los eucariotas, sino que también se encontraban en las células arcaicas sin núcleo. Reeves y Luger iniciaron una colaboración para cristalizar la cromatina de las arqueas basada en las histonas y comparar esa estructura con la de las eucariotas.
Después de años de paradas y comienzos y de problemas para cultivar cristales fiables de histonas arqueas -Luger lo calificó de «problema cristalográfico espinoso»-, los científicos lograron resolver la estructura de la cromatina arquea, revelando su similitud estructural con la de los eucariotas.
En los datos, el ADN arquea parecía formar superhélices largas y curvas que se repetían. Los investigadores no estaban seguros de si la estructura era real o un artefacto del experimento. Ahí es donde el equipo de Santagelo en la CSU aportó una experiencia clave.
El equipo de Santagelo hizo variantes de las histonas arqueas y probó cómo les iba a las células, a medida que interrumpían la superhélice de ADN. Descubrieron que cuanto más desestabilizaban la estructura, más enfermaban las células. Sus esfuerzos subrayaron los méritos de la estructura que el grupo de Luger había determinado.
Formar parte de un equipo que proporcionó 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 artículo, 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 histónicas entraron en escena, y una vez que se introdujeron y empezaron a empaquetar genomas, se hicieron en gran medida indispensables para aquellas células que las codificaron».
Santangelo seguirá realizando estudios sobre la estructura, la función y las transacciones energéticas de las arqueas, esos antiguos marinos que ahora representan definitivamente un prototipo ancestral de la actividad celular humana.