Un equipo internacional modificó una por una las 5 mil 386 letras del ADN del bacteriófago ΦX174 y creó más de 44 mil variantes para conocer las consecuencias de cada posible mutación. El experimento permitió elaborar el primer mapa mutacional completo de un organismo y reveló que, pese a que este virus lleva medio siglo bajo estudio, todavía existen cientos de cambios letales que la ciencia y los actuales modelos de inteligencia artificial no consiguen explicar.
ΦX174 infecta bacterias y produce únicamente 11 proteínas. Su pequeño tamaño lo convirtió en un organismo clave para la ciencia: en 1977 fue el primer genoma completo secuenciado de principio a fin y posteriormente se convirtió también en el primero fabricado desde cero mediante síntesis química. En el nuevo trabajo, investigadores vinculados con el Wellcome Sanger Institute, el Centro de Regulación Genómica de Barcelona y el King's College de Londres sintetizaron las variantes y las hicieron competir en cultivos de Escherichia coli para medir cuáles podían reproducirse con normalidad y cuáles perdían eficacia.
Los resultados mostraron que alrededor del 50 por ciento de los cambios de una sola letra perjudicaron al virus, proporción que superó el 60 por ciento cuando la modificación afectaba un aminoácido de sus proteínas. Los científicos consiguieron explicar aproximadamente tres cuartas partes de estos efectos: cerca de la mitad de las mutaciones dañinas alteraban zonas de contacto entre proteínas y otra cuarta parte afectaba aminoácidos situados en su interior, comprometiendo su estabilidad. Sin embargo, el 25 por ciento restante continuó sin una explicación clara, pese a tratarse de uno de los genomas más estudiados de la historia.
Los investigadores consideran que detrás de estas mutaciones todavía desconocidas podrían existir mecanismos relacionados con el plegamiento de las proteínas, señales reguladoras ocultas en el ADN o interacciones con la maquinaria de la bacteria infectada. Una característica que aumenta la complejidad es que ΦX174 posee un genoma extremadamente compacto, donde varios genes comparten fragmentos de ADN, de manera que cambiar una sola letra puede modificar más de una función al mismo tiempo.
El mapa completo también fue utilizado para poner a prueba algunos de los modelos de inteligencia artificial más avanzados empleados en biología. Aunque lograron anticipar parte de los efectos, su capacidad para distinguir entre mutaciones letales e inocuas fue moderada y todavía insuficiente para sustituir los experimentos. Los autores consideran que una de las limitaciones está en los datos disponibles para entrenar estos sistemas, pues hasta ahora han existido pocas mediciones funcionales tan detalladas de un genoma completo.
El experimento dejó además otra sorpresa: pese a décadas de cultivo en laboratorio, un pequeño número de mutaciones consiguió hacer al virus más eficaz, demostrando que ΦX174 todavía tenía margen para mejorar. El trabajo, difundido como prepublicación en bioRxiv y posteriormente analizado por Nature, plantea ahora ampliar este tipo de estudios a genomas mayores y utilizar los resultados para mejorar futuros modelos de inteligencia artificial. Si todavía queda sin explicación una cuarta parte de las mutaciones letales de un genoma de apenas 5 mil 386 letras, el desafío resulta mucho mayor cuando se piensa en los aproximadamente 3 mil millones de letras que componen el genoma humano.
Muy Interesante
Hola, déjenos un comentario