Un nuevo estudio revela un mecanismo para generar palíndromos de ADN que podría conducir a nuevos genes de microARN, arrojando luz sobre los orígenes de los genes y potencialmente impactando nuestra comprensión de las estructuras del ARN.
Investigadores de la Universidad de Helsinki han descubierto un mecanismo que genera instantáneamente ADN palíndromos, lo que podría conducir a la creación de nuevos genes de microARN a partir de secuencias de ADN no codificantes. Este descubrimiento, realizado al estudiar los errores de replicación del ADN y su impacto en ARN estructuras moleculares, ofrece nuevas perspectivas sobre los orígenes de los genes.
La complejidad de los organismos vivos está codificada en sus genes, pero ¿de dónde vienen estos genes? Investigadores de la Universidad de Helsinki resolvieron cuestiones pendientes sobre el origen de pequeños genes reguladores y describieron el mecanismo que crea sus palíndromos de ADN. En circunstancias apropiadas, estos palíndromos evolucionan hacia genes de microARN.
Genes y proteínas: los componentes básicos de la vida
El genoma humano contiene aprox. Se utilizan 20.000 genes para construir proteínas. Las acciones de estos genes clásicos están coordinadas por miles de genes reguladores, el más pequeño de los cuales codifica moléculas de microARN que miden 22 pares de bases. Aunque el número de genes permanece relativamente constante, ocasionalmente aparecen nuevos genes durante la evolución. Al igual que la génesis de la vida biológica, el origen de nuevos genes sigue fascinando a los científicos.
Resuelve el rompecabezas palindrómico
Todas las moléculas de ARN requieren series palindrómicas de bases que bloquean la molécula en su conformación funcional. Es importante señalar que las posibilidades de que mutaciones de bases aleatorias formen gradualmente tales secuencias palindrómicas son extremadamente bajas, incluso para genes de microARN simples. Por tanto, el origen de estas secuencias palindrómicas ha intrigado a los investigadores. Expertos del Instituto de Biotecnología de la Universidad de Helsinki (Finlandia) han resuelto este misterio describiendo un mecanismo capaz de generar instantáneamente palíndromos de ADN completos y crear así nuevos genes de microARN a partir de secuencias de ADN que antes no codificaban.
En un proyecto financiado por la Academia de Finlandia, los investigadores estudiaron los errores en la replicación del ADN. El líder del proyecto, Ari Löytynoja, compara la replicación del ADN con escribir texto.
“El ADN se copia una base a la vez y, por lo general, las mutaciones son bases únicas erróneas, como errores tipográficos en el teclado de una computadora portátil. Investigamos un mecanismo que crea errores mayores, como copiar y pegar texto de otro contexto. Estábamos particularmente interesados en los casos en los que el texto se copiaba al revés para crear un palíndromo.
Los investigadores estudiaron un mecanismo de error en la replicación del ADN y notaron que algunos errores creaban palíndromos que podían plegarse en estructuras de horquilla. Crédito: Ari Löytynoja
Estructuras de ARN y errores de ADN.
Los investigadores reconocieron que los errores en la replicación del ADN a veces podrían resultar beneficiosos. Le describieron estos hallazgos a Mikko Frilander, experto en biología del ARN. Inmediatamente vio la conexión con la estructura de las moléculas de ARN.
“En una molécula de ARN, las bases de palíndromos adyacentes pueden emparejarse y formar estructuras que se asemejan a una horquilla. Estas estructuras son cruciales para el funcionamiento de las moléculas de ARN”, explica.
Los investigadores decidieron centrarse en los genes de microARN debido a su estructura simple: los genes son muy cortos (solo unas pocas docenas de bases) y tienen que plegarse en forma de horquilla para funcionar correctamente.
Una idea central era modelar la historia de los genes utilizando un algoritmo informático personalizado. Según la investigadora postdoctoral Heli Mönttinen, esto ha permitido hasta ahora examinar más de cerca el origen de los genes.
“Se conoce el genoma completo de decenas de primates y mamíferos. Una comparación de sus genomas revela cuáles especies tienen el par de palíndromos de microARN y cuáles carecen de ellos. Con un modelado histórico detallado, pudimos ver que palíndromos completos se crean mediante eventos de mutación únicos”, afirma Mönttinen.
Una idea central era modelar la historia de los genes utilizando información de especies relacionadas. El modelado demostró que los palíndromos de genes de microARN se generan mediante eventos de mutación única. Crédito: Ari Löytynoja
Implicaciones y universalidad
Centrándose en humanos y otros primates, los investigadores de Helsinki demostraron que el mecanismo recién descubierto puede explicar al menos una cuarta parte de los nuevos genes de microARN. Como se han encontrado casos similares en otros linajes evolutivos, el mecanismo de origen parece universal.
En principio, la aparición de genes de microARN es tan sencilla que nuevos genes podrían afectar a la salud humana. Heli Mönttinen ve la importancia de su trabajo en un sentido más amplio, por ejemplo en la comprensión de los principios fundamentales de la vida biológica.
“La aparición de nuevos genes a partir de la nada ha fascinado a los investigadores. Ahora disponemos de un modelo elegante para la evolución de los genes de ARN”, subraya.
Aunque los resultados se basan en pequeños genes reguladores, los investigadores creen que pueden generalizarse a otros genes y moléculas de ARN. Por ejemplo, utilizando las materias primas generadas por el mecanismo recién descubierto, la selección natural puede crear estructuras y funciones de ARN mucho más complejas.
El estudio fue publicado en PNAS.
Referencia: “Generación de novo de miARN a partir del cambio de plantilla durante la replicación del ADN” por Heli AM Mönttinen, Mikko J. Frilander y Ari Löytynoja, 29 de noviembre de 2023. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. DOI: 10.1073/pnas.2310752120
PorAnne J. Manning, Universidad de Harvard13 de mayo de 2024
Seis capas de neuronas excitadoras codificadas por colores según su profundidad. Crédito: Google Research y Lichtman Lab
Un esfuerzo de colaboración entre Harvard y Google ha dado lugar a un gran avance en la ciencia del cerebro, al producir un mapa 3D completo de un pequeño segmento del cerebro humano, revelando interacciones neuronales complejas y sentando las bases para mapear un cerebro de ratón completo.
Un milímetro cúbico de tejido cerebral puede no parecer mucho. Pero considerando que este pequeño cuadrado contiene 57.000 células, 230 milímetros de vasos sanguíneos y 150 millones de sinapsis, lo que representa 1.400 terabytes de datos, los investigadores de Harvard y Google acaban de lograr algo enorme.
Un equipo de Harvard dirigido por Jeff Lichtman, profesor Jeremy R. Knowles de biología molecular y celular y recién nombrado decano de ciencia, co-creó con investigadores de Google la reconstrucción 3D con resolución sináptica más grande de un fragmento de cerebro humano hasta el día de hoy. mostrando con gran detalle cada célula y su red de conexiones neuronales en una porción de la corteza temporal humana de aproximadamente la mitad del tamaño de un grano de arroz.
Avances tecnológicos en neurociencia
La impresionante hazaña, publicada en la revista Ciencia, es el último de una colaboración de casi 10 años con científicos de Google Research, que combinan imágenes de microscopía electrónica de Lichtman con algoritmos de inteligencia artificial para codificar por colores y reconstruir el cableado extremadamente complejo del cerebro de los mamíferos. Los tres primeros coautores del artículo son Alexander Shapson-Coe, ex investigador postdoctoral en Harvard; Michał Januszewski de Google Research y Daniel Berger, investigador postdoctoral en Harvard.
El objetivo final de la colaboración, apoyada por la Iniciativa BRAIN de los Institutos Nacionales de SaludImplica crear un mapa de alta resolución del cableado neuronal completo del cerebro de un ratón, lo que implicaría aproximadamente 1.000 veces la cantidad de datos que acaban de producir a partir del fragmento de 1 milímetro cúbico de la corteza humana.
Información del último mapa cerebral
«La palabra 'fragmento' es irónica», dijo Lichtman. “Un terabyte es, para la mayoría de la gente, gigantesco, pero un trozo de cerebro humano –sólo un pequeño trozo de cerebro humano– sigue siendo miles de terabytes”.
El último mapa publicado en Science contiene detalles nunca antes vistos sobre la estructura del cerebro, incluido un raro pero poderoso conjunto de axones conectados por hasta 50 sinapsis. El equipo también notó rarezas en el tejido, como una pequeña cantidad de axones que forman grandes verticilos. Dado que su muestra fue tomada de un paciente epiléptico, no saben si estas formaciones inusuales son patológicas o simplemente raras.
El campo de la conectividad
El campo de Lichtman es la «conectómica», que, de forma análoga a la genómica, busca crear catálogos completos de la estructura del cerebro, hasta las células individuales y el cableado. Estos mapas completos abrirían el camino a nuevos conocimientos sobre las funciones y enfermedades del cerebro, sobre las que los científicos todavía saben muy poco.
Los algoritmos de inteligencia artificial de última generación de Google permiten la reconstrucción y el mapeo del tejido cerebral en tres dimensiones. El equipo también desarrolló un conjunto de herramientas disponibles públicamente que los investigadores pueden utilizar para examinar y anotar el conectoma.
«Dada la enorme inversión que se hizo en este proyecto, era importante presentar los resultados de una manera que ahora todos puedan beneficiarse de ellos», dijo Viren Jain, colaborador de Google Research.
Luego, el equipo abordará la formación del hipocampo del ratón, importante para la neurociencia debido a su papel en la memoria y las enfermedades neurológicas.
Referencia: “Un fragmento de petavoxel de la corteza cerebral humana reconstruido en la nanoescala resolución » por Alexander Shapson-Coe, Michał Januszewski, Daniel R. Berger, Art Pope, Yuelong Wu, Tim Blakely, Richard L. Schalek, Peter H. Li, Shuohong Wang, Jeremy Maitin-Shepard, Neha Karlupia, Sven Dorkenwald, Evelina Sjostedt, Laramie Leavitt, Dongil Lee, Jakob Troidl, Forrest Collman, Luke Bailey, Angerica Fitzmaurice, Rohin Kar, Benjamin Field, Hank Wu, Julian Wagner-Carena, David Aley, Joanna Lau, Zudi Lin, Donglai Wei, Hanspeter Pfister, Adi Peleg, Viren Jain y Jeff W. Lichtman, 10 de mayo de 2024, Ciencia. DOI: 10.1126/ciencia.adk4858
Probablemente todavía estemos a un mes del próximo lanzamiento del megacohete Starship de SpaceX.
Esta fue la línea de tiempo propuesta por Elon Musk en un publicar en este fin de semana, diciendo que el próximo vuelo de prueba de Starship está «probablemente dentro de 3 a 5 semanas». “El objetivo es que el barco supere el nivel máximo de calefacción, o al menos más que la última vez”, añadió el empresario multimillonario.
El Starship de 122 metros (400 pies) de altura es el cohete más grande y poderoso jamás construido. Consta de dos elementos, ambos diseñados para ser completa y rápidamente reutilizable: un enorme propulsor de primera etapa llamado Super Heavy y una etapa superior de 165 pies de altura (50 m) conocida como Starship, o simplemente «Ship».
Relacionado: Reviva la tercera prueba de vuelo de SpaceX Starship con impresionantes fotografías
En esta foto, que Elon Musk compartió a través de X el 11 de mayo de 2024, se ven varios vehículos Starship en las instalaciones Starbase de SpaceX en el sur de Texas. (Crédito de la imagen: SpaceX a través de X)
Una nave espacial completamente apilada ha volado tres veces hasta la fecha, cada vez desde el sitio Starbase de SpaceX en el sur de Texas: en abril de 2023, noviembre de 2023 y 14 de marzo de este año. El vehículo gigante se desempeñó mejor con cada vuelo sucesivo.
Durante el primer despegue, por ejemplo, las dos etapas de la Starship no se separaron como estaba previsto y SpaceX provocó que el vehículo explotara en caída libre apenas cuatro minutos después del despegue. El Vuelo 2 alcanzó la separación de etapas, pero el Super Heavy y el Barco se separaron temprano, finalizando la misión después de ocho minutos.
En el Vuelo 3, el Super Heavy se colocó con éxito en posición para un aterrizaje en el agua planificado en el Golfo de México, pero se rompió aproximadamente a 500 m (1,650 pies) sobre las olas. La nave alcanzó velocidad orbital y voló durante casi 50 minutos, aunque finalmente sucumbió a violentas fuerzas de calentamiento por fricción al reingresar a la atmósfera de la Tierra.
¡Las últimas noticias espaciales, las últimas actualizaciones sobre lanzamientos de cohetes, eventos de observación del cielo y mucho más!
Como señaló en su artículo X, Musk quiere que a Ship le vaya aún mejor en el próximo Vuelo 4.
SpaceX lleva un tiempo preparándose para el vuelo 4. La compañía ya realizó pruebas de fuego estático para el Super Heavy y la nave asignada a la misión, encendiendo brevemente sus motores Raptor mientras los vehículos permanecían anclados a la plataforma Starbase. SpaceX también trajo recientemente el Super Heavy del Vuelo 4 nuevamente a los estantes, probablemente para pruebas adicionales, un movimiento que la compañía relató en un publicar el sábado X (11 de mayo).
Sin embargo, es posible que aún queden obstáculos logísticos que superar; SpaceX aún debe obtener una licencia de lanzamiento de la Administración Federal de Aviación (FAA), que supervisa una investigación sobre lo ocurrido durante el vuelo del 14 de marzo.
Un nuevo estudio realizado por investigadores de Penn State sugiere que los cratones, estructuras antiguas que estabilizan los continentes de la Tierra, se formaron hace unos 3 mil millones de años a través de procesos iniciados por la erosión atmosférica de las rocas, no solo por la aparición de masas continentales estables. Esto desafía los puntos de vista tradicionales y tiene implicaciones para comprender la evolución planetaria y las condiciones adecuadas para la vida.
Antiguas y vastas extensiones de corteza continental, conocidas como cratones, han estabilizado los continentes de la Tierra durante miles de millones de años mediante cambios en las masas terrestres, la formación de montañas y el desarrollo de los océanos. Los científicos de Penn State han sugerido un nuevo mecanismo que podría explicar la formación de cratones hace unos 3 mil millones de años, arrojando luz sobre una cuestión de larga data en la historia geológica de la Tierra.
Los científicos informaron en la revista. Naturaleza que es posible que los continentes no hayan surgido de los océanos de la Tierra como masas continentales estables, caracterizadas por una corteza superior enriquecida en granito. Más bien, la exposición de rocas frescas al viento y la lluvia hace unos 3 mil millones de años desencadenó una serie de procesos geológicos que finalmente estabilizaron la corteza, permitiéndole sobrevivir durante miles de millones de años sin ser destruida ni reajustada.
Los resultados podrían representar una nueva comprensión de cómo evolucionan los planetas potencialmente habitables similares a la Tierra, dijeron los científicos.
Implicaciones para la evolución planetaria
«Para crear un planeta como la Tierra, hay que crear una corteza continental y estabilizarla», dijo Jesse Reimink, profesor asistente de geociencias en Penn State y autor del estudio. “Los científicos han considerado que esto es lo mismo: los continentes se estabilizaron y luego emergieron sobre el nivel del mar, pero lo que estamos diciendo es que estos procesos son distintos.
Los cratones se extienden más de 150 kilómetros, o 93 millas, desde la superficie de la Tierra hasta el manto superior, donde actúan como la quilla de un barco, manteniendo los continentes flotando al nivel del mar o cerca de él durante todo el tiempo geológico, dijeron los científicos.
La meteorización puede haber concentrado en última instancia elementos productores de calor como uranio, torio y potasio en la corteza poco profunda, permitiendo que la corteza más profunda se enfríe y endurezca. Este mecanismo creó una capa de roca dura y gruesa que podría haber protegido el fondo de los continentes de una mayor deformación, una característica de los cratones, dicen los científicos.
Procesos geológicos y producción de calor.
«La receta para formar y estabilizar la corteza continental implica concentrar estos elementos productores de calor, que pueden considerarse como pequeños motores térmicos, muy cerca de la superficie», dijo Andrew Smye, profesor asociado de geociencias en Penn State y autor del trabajo. . estudiar. “Tenemos que hacer esto porque cada vez que átomo Cuando el uranio, el torio o el potasio se desintegran, liberan calor que puede aumentar la temperatura de la corteza. La corteza caliente es inestable: tiende a deformarse y no se pega.
Cuando el viento, la lluvia y las reacciones químicas destruyeron las rocas de los primeros continentes, los sedimentos y los minerales arcillosos fueron arrastrados a arroyos y ríos y llevados al mar, donde crearon depósitos sedimentarios como esquistos ricos en concentraciones de uranio, torio y potasio. dicen los científicos.
Estas antiguas rocas metamórficas llamadas gneises, encontradas en la costa ártica, representan las raíces de los continentes ahora expuestos en la superficie. Los científicos dijeron que las rocas sedimentarias intercaladas en estos tipos de rocas proporcionarían un motor térmico para estabilizar los continentes. Crédito: Jesse Reimink
Las colisiones entre placas tectónicas enterraron estas rocas sedimentarias en las profundidades de la corteza terrestre, donde el calor radiogénico liberado por las esquistos provocó el derretimiento de la corteza inferior. Los derretimientos flotaron y ascendieron hacia la corteza superior, atrapando elementos productores de calor en rocas como el granito y permitiendo que la corteza inferior se enfriara y endureciera.
Se cree que los cratones se formaron hace entre 3 y 2.500 millones de años, una época en la que los elementos radiactivos como el uranio se habrían desintegrado aproximadamente al doble de velocidad y habrían liberado el doble de calor que en la actualidad.
El trabajo destaca que la época en que se formaron los cratones a principios de la Tierra Media era particularmente adecuada para los procesos que podrían haber conducido a su estabilidad, dijo Reimink.
«Podemos considerar esto como una cuestión de evolución planetaria», dijo Reimink. “Uno de los ingredientes clave que se necesitan para crear un planeta como la Tierra podría ser la aparición de continentes relativamente temprano en su vida. Porque se van a crear sedimentos radiactivos que están muy calientes y que producirán una corteza continental muy estable que vive alrededor del nivel del mar y es un entorno ideal para que se propague la vida.
Los investigadores analizaron las concentraciones de uranio, torio y potasio en cientos de muestras de rocas del período Arcaico, cuando se formaron los cratones, para evaluar la productividad térmica radiogénica basándose en las composiciones reales de las rocas. Utilizaron estos valores para crear modelos térmicos de formación de cratones.
«Anteriormente, la gente observaba y consideraba los efectos del cambio en la producción de calor radiogénico a lo largo del tiempo», dijo Smye. «Pero nuestro estudio vincula la producción de calor a partir de rocas con la aparición de continentes, la generación de sedimentos y la diferenciación de la corteza continental».
Los cratones, que normalmente se encuentran en el interior de los continentes, contienen algunas de las rocas más antiguas de la Tierra, pero siguen siendo difíciles de estudiar. En áreas tectónicamente activas, la formación de un cinturón montañoso podría sacar a la superficie rocas que alguna vez estuvieron enterradas a gran profundidad.
Pero los orígenes de los cratones siguen siendo profundamente subterráneos e inaccesibles. Los científicos dijeron que el trabajo futuro implicaría tomar muestras del interior de cratones antiguos y, tal vez, perforar núcleos para probar su modelo.
«Estas rocas sedimentarias metamorfoseadas que se han derretido y han producido granitos que concentran uranio y torio son como cajas negras que registran la presión y la temperatura», dijo Smye. «Y si podemos desbloquear estos archivos, podremos probar las predicciones de nuestro modelo sobre la trayectoria de vuelo de la corteza continental».
Referencia: “La erosión subaérea condujo a la estabilización de los continentes” por Jesse R. Reimink y Andrew J. Smye, 8 de mayo de 2024, Naturaleza. DOI: 10.1038/s41586-024-07307-1
Penn State y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. financiaron este trabajo.
