Buscando el curso de la transferencia de un operón bacteriano a un organismo eucarionte
Los operones son una característica distintiva de los genomas bacterianos que permiten la expresión en conjunto de genes relacionados funcionalmente; sin embargo, ante diferentes ejemplos de operones eucariotas (que son raros) se ha propuesto que su diseminación haya sido posiblemente mediante un proceso de transferencia horizontal (HGT) que podría haber permitido la propagación rápida de vías metabólicas complejas a través de los diferentes dominios de la vida.
Partiendo de lo anterior, el trabajo realizado por el equipo de Kominek se propuso investigar la transferencia horizontal de un operón (HOT) encargado de la biosíntesis de sideróforos en bacterias a un grupo de hongos. Esto lo consiguieron evaluando experimentalmente tres puntos clave: 1) la capacidad de los organismos eucariotas para adquirir nuevas características a través de la transferencia de un operón que codifica una vía compleja, 2) si la expresión del operón es compatible con el genoma eucariota,3) la capacidad del operón de integrarse y mantenerse en el genoma eucariota.
Primero, examinaron 175 genomas de hongos de la superdivisión Dikarya y encontraron que los genes involucrados con la biosíntesis de sideróforos eran los mas diversos y abundantes. Para investigar su historia evolutiva, secuenciaron 17 genomas del clado Wickerhamiella / Starmerella e identificaron la ruta de biosíntesis en 12 de estos genomas.
Dado que la mayoría de las bacterias sintetizan sideróforos de clase catecolato, usaron 6 genes de levadura de enterobactina (catecolato) para compararlos con los genes bacterianos disponibles y así determinar si se habían adquirido medinate HOT. De este análisis, encontaron similitudes con organismos del orden de las Enterobacteriales. Estos genes también fueron buscados en 1336 genomas de la clase Gammaproteobacteria.
Luego, reconstruyeron filogenias y buscaron determianr el curso del evento de transferencia. Utilizaron transcriptómica y RACE para demostrar que los genes del operón se expresan de manera consistente con la transcripción eucariota canónica.
Finalmente,utilizaron el ensayo O-CAS, junto con HPLC-MS / MS, para demostrar que la mayoría de las especies que albergan el operón realmente producen enterobactina, lo que confirma que el operón es completamente funcional.
Este trabajo resalta la capacidad de transferencia y adaptación de un operón bacteriano, así como la flexibilidad de los sistemas de transcripción y traducción eucariotas para mantener un mecanismo necesario en un entorno altamente competitivo y limitado de hierro.
Esta figura describe la evolución de los genes de biosíntesis de sideróforos en levaduras, así como datos específicos sobre la presencia o ausencia de estos genes y la estrucutra genética del operón.
Referencia:
- Kominek, J., Doering, D. T., Opulente, D. A., Shen, X. X., Zhou, X., DeVirgilio, J., … & Kurtzman, C. P. (2019). Eukaryotic acquisition of a bacterial operon. Cell, 176(6), 1356-1366.
