Geneak asimilatu dituzten DNA-egiturak

Koldo Garcia

Star Trek frankizian Borg-ak etsai oso beldurgarriak dira eta antagonista nagusiak dira “The Next Generation” eta “Voyager” telesailetan, eta “Star Trek: First Contact” filmean. Beste espezieen teknologia eta ezagumendua asimilatzen dituzten organismo zibernetikoak dira eta beren azken helburua da perfekzioa lortzea. “Erresistentzia hutsala da” da haien esaldirik ospetsuena, pop kulturan hedatu den esaldia, hain zuzen ere. Bada, Borg izendatu zituen Jill Banfield ikertzaileak lokatzetan aurkitu zituen DNA-egitura bitxi batzuk, bere semearen –Star Trek-eko zale amorratuaren– proposamena aintzat hartuta.

Arkeobakterio deitutako mikroorganismoak infektatzen dituzten birusak ikertu nahi zituzten Jill Banfield-ek eta Basem Al-Shayeb-ek. Horretarako, gainazaletik metro bat edo gehiagora zegoen lokatza hartu zuten arkeobakterioak eta birusak bertan aurkituko zirelakoan. Lokatz horretan zegoen DNA eskuratu zuten, DNA hori sekuentziatu zuten eta, ordenagailu-programak erabilita bilatu zituzten birusen arrastoak. Ikertzaileek sekuentzia bitxi bat aurkitu zuten Banfield beraren lursailetik eskuratutako lokatzean: 1 milioi baseko luzera zuen, geneen erdia ezezaguna zen, berezko sekuentzia-patroiak zituen hasieran eta bukaeran, DNA errepikakorra zegoen geneen artean eta bere burua kopiatzeko balizko gaitasuna zuen. Inoiz ez zuten halako DNA-egiturarik ikusi.

DNA sekuentzia berezi hori aztertzerakoan ez zela zorizko nahasketa ondorioztatu zuten ikertzaileek, eta halako sekuentzia gehiagoren bilaketa hasi zuten. Horretarako, datu-base publikoetan dauden sekuentziak aztertu zituzten eta halako 23 Borg sekuentzia aurkitu zituzten. Sekuentzia horietako batzuk aurkitu ziren Coloradoko lurpeko uretan, abandonatutako merkurio-meategi baten isurpenetan edo Coloradoko East River ibaiaren sakonera txikiko ibilguan. Gainera, horietako hainbat sekuentziek 1 milioi base inguruko luzera zuten, kromosometatik kanpoko DNA-egituren artean inoiz aurkitu diren luzeenak.

Bizidun gehienetan DNA kromosometan antolatuta aurkitzen da, prokariotoetan (bakterioetan eta arkeobakterioetan) nahiz eukariotoetan (landareetan, onddoetan eta animalietan). Kromosometatik kanpo, prokariotoetan plasmido deitutako egituretan aurki daiteke DNA; eta eukariotoetan mitokondrioa edo plasmidoa bezalako organuluetan. Kromosometatik kanpo dagoen gene-materialean joan daitezke funtzio biologiko gehigarriak edota osagarriak: esate baterako, plasmidoek eraman ditzakete antibiotikoen aurreko erresistentzia lortzeko geneak. Borg-ak, beraz, kromosometatik kanpoko DNA-egitura mota berri bat izan litezke. Ikertzaile batzuek, ordea, uste dute oraindik goiz dela hori jakiteko: alde batetik, Borg-en ezaugarri batzuk presente baitaude gatz-inguruneetan bizi diren arkeobakterioen kromosometatik kanpoko DNA-egituretan; beste batetik, Borg-ak Actinobacteria-etan agertzen diren plasmido erraldoien antza dutelako.

Borg-ak aurkitu diren lekuetan Methanoperedens deitutako arkeobakterioaren sekuentziak ere aurkitu dira. Arkeobakterio hau metanoa oxidatzeko gai den mikroorganismoa da eta batera agertzeak iradoki dezake Borg-ak arkeobakterio honen barruan daudela. Tamalez, Methanoperedens ezin daiteke laborategian hazi eta, ondorioz, ezin daiteke baieztatu Borg-ak arkeobakterio horien barruan ote dauden. Borg-en tamainaz jabetzeko –lehen aipatutako milioi bat base–, pentsa dezagun beren luzera Methanoperedens kromosoma nagusiaren herena dela.

Borg hauen gene gehienak ezezagunak badira ere, gene horien %20 inguruk arkeobakterioetan ezagunak diren geneen antza dute. Gainera, gene horien artean metanoa prozesatzeko geneak daude –agian Methanoperedens arkeobakteriotik eskuratu dituztenak– eta ikertzaileek iradokitzen dute horrek metanoaren zikloan eragina izan dezakeela eta ostalariaren gaitasunei bultzada eman diela. Borg-etan identifikatu diren beste gene-moten artean daude CRISPR-Cas sistema bezalako defentsa-mekanismoak, DNAren eta RNAren manipulaziorako geneak, zelularen mintzean jarduten duten geneak, estresari aurre egiteko geneak edo energia metatzeko geneak. Borg bakoitzean identifikatu diren gene-motak ezberdinak izan ziren eta ikertzaileek iradokitzen dute Methanoperedens espezie bakoitzaren arabera ager litekeela Borg bat edo beste.

Banfield-ek eta bere kideek, ordea, ez dute argi DNA-egitura bitxi hauen jatorria. Beren susmoa da izan daitezkeela Methanoperedens baten barruan gelditu zen arkeobakterio baten arrastoak. Izan ere, Borg-en ugaritasuna handitzen da sakonerarekin batera, baina ez du harremanik Methanoperedens-en ugaritasunarekin. Aipatu bezala, Borg-ek geneak hartu dituzte Methanoperedens-en kromosomatik eta, badirudi, beste iturri batzuetako gene-materiala ere asimilatu dutela. Aipatu beharra dago ezaguna zela Methanoperedens-ek beste organismo batzuetatik geneak asimilatzeko duen gaitasuna eta, agian, DNA-egitura bitxi hauetan egon liteke azalpena. Banfield-ek espero du aurkikuntza honek ikertzaileak bultzatzea halako egiturak beste mikroorganismoetan bilatzera, batez ere muturreko inguruneetan bizi diren mikroorganismoetan.

Oraingoz, ikertzaileek ezin dute ez baieztatu ezta ezeztatu ere Borg hauek ote diren arkeobakterioen birusak, plasmidoak edo minikrosomosomak, baina argi dute ezberdinak direla orain arte ezagutzen diren DNA-egiturekin alderatuta. Ikerketa hau oraindik berrikusi gabe badago ere, ikertzaileen artean harridura sortu du eta jakin-mina piztu du aurkikuntza honek. Batez ere, jakin nahi delako zer diren eta zein den beren jatorria. Posible da ikerketan akatsen bat egin izana eta, ondorioz, ikusteko dago Borg-en existentzia baieztatzen ote den. Bitartean, liluratu gaitezen gene-materialak har ditzakeen forma bitxiekin.

Erreferentzia bibliografikoak:

Dance, A. (2021). Massive DNA ‘Borg’ structures perplex scientists. Nature 595, 636. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-021-01947-3

Pennisi, E. (2021). Mysterious DNA sequences, known as ‘Borgs,’ recovered from California mud. Science. DOI: 10.1126/science.abl4769

Al-Shayeb, B. et al. (2021). Borgs are giant extrachromosomal elements with the potential to augment methane oxidation. BioRxiv. DOI: https://doi.org/10.1101/2021.07.10.451761

Egileaz:

Koldo Garcia (@koldotxu) Biodonostia OIIko ikertzailea da. Biologian lizentziatua eta genetikan doktorea da eta Edonola gunean genetika eta genomika jorratzen ditu.