Los biofísicos descubren cuatro nuevas reglas de la 'gramática' del ADN

El bioquímico austriaco Erwin Chargaff es famoso por las dos reglas que descubrió y que ahora llevan su nombre. En el momento de este descubrimiento, en 1950, el mayor problema en biología era comprender la estructura del ADN. Las reglas de Chargaff resultaron ser una pista importante en este rompecabezas.

Los biólogos sabían desde hacía mucho tiempo que el ADN estaba formado por cuatro moléculas: adenina, guanina, timina y citosina. Asumieron que estas moléculas se producían en igual cantidad y descartaron cualquier medición que insinuara lo contrario como errores experimentales.

Chargaff demostró mediante una medición cuidadosa que esta suposición era incorrecta. Descubrió que la cantidad de adenina era igual a la de timina y la cantidad de guanina era igual a la de citosina, pero no eran iguales entre sí. Las cifras aproximadas son: A = T = 30% y G = C = 20%.

La primera regla de paridad de Chargaff, como se llama ahora, fue una pista importante que James Watson y Francis Crick utilizaron para desarrollar su modelo de pares de bases para la estructura de doble hélice. Los biólogos ahora saben que, dado que A se une a T y G se une a C para formar una doble hélice, esta regla se aplica a todo el ADN de doble hebra.

Chargaff continuó descubriendo que una versión aproximada de su regla también es válida para la mayoría (pero no para todo) el ADN monocatenario. Eso es mucho más complicado y los biólogos aún no están muy seguros de por qué es cierto.

Las reglas de Chargaff son importantes porque apuntan a una especie de gramática de la biología, un conjunto de reglas ocultas que gobiernan la estructura del ADN. Esta gramática debería revelarse como patrones en el ADN que son invariables en todas las especies.

Pero en los 60 años transcurridos desde que Chargaff descubrió sus patrones invariables, no han surgido otros. Hasta ahora.

Hoy, Michel Yamagishi en el Laboratorio de Bioinformática Aplicada en Brasil y Roberto Herai en Unicamp en Sao Paulo, dicen que han descubierto varios patrones nuevos que amplían significativamente la gramática del ADN.

Su enfoque es sencillo. Estos tipos usan la teoría de conjuntos para mostrar que las reglas existentes de Chargaff implican la existencia de otros patrones de orden superior.

Así es cómo. Una forma de pensar en los patrones del ADN es dividir una secuencia de ADN en palabras de longitud específica, k. Las reglas de Chargaff se aplican a palabras donde k = 1, en otras palabras, a un solo nucleótido.

Pero, ¿qué pasa con las palabras con k = 2 (por ejemplo, AA, AC, AG, AT, etc.) o k = 3 (AAA, AAG, AAC, AAT, etc.)? Los bioquímicos llaman a estas palabras oligonucleótidos. La teoría de conjuntos implica que todos los conjuntos de estas k-palabras también deben obedecer ciertos patrones fractales.

Yamagishi y Herai los destilan en cuatro ecuaciones.

Por supuesto, solo es posible ver estos patrones en enormes conjuntos de datos de ADN. Efectivamente, Yamagishi y Herai han triturado las secuencias de ADN de 32 especies en busca de estos nuevos patrones fractales. Y los han encontrado.

Dicen que los patrones aparecen con gran precisión en 30 de estas especies, incluidos humanos, e coli y la planta arabidopsis. Solo el virus de inmunodeficiencia humana (VIH) y Xylella fastidiosa 9a5c, un insecto que ataca a los melocotones, no se ajustan.

Estas nuevas reglas muestran por primera vez que las frecuencias de oligonucleótidos tienen propiedades invariables en un gran conjunto de genomas, dicen.

Eso podría resultar extremadamente útil para evaluar el rendimiento de nuevas tecnologías para secuenciar genomas completos a alta velocidad.

Un problema con estas técnicas es saber con qué precisión funcionan. Yamagishi y Herai sugieren que una prueba simple sería verificar si los genomas recién secuenciados contienen estos patrones invariantes. De lo contrario, es una señal de que la tecnología puede estar introduciendo algún tipo de sesgo.

Esto es un poco como una prueba de suma de verificación para detectar errores accidentales en bloques de datos y una buena pieza científica para arrancar.

Ref: arxiv.org/abs/1112.1528 : Gramática de la biología de Chargaff: nuevas reglas fractales

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