Imagínate estar viviendo a temperaturas cercanas a los 100 °C y dejar descendencia ¡casi cada 40 minutos!. Complicado, ¿no?. Pues eso es lo que  ocurre con una de las maravillosas criaturas que se han identificado a nivel microscópico, un organismo que le gusta crecer y reproducirse a altas temperaturas.

Este pequeño organismo se llama Pyrococcus furiosus y fue descrito hace mas de 30 años por Karl Stetter and coworkers (Fiala and Stetter, 1986).  Su nombre significa «coco de fuego» y furiosus, «ímpetu», haciendo referencia a su rapidez para crecer y le gustan utilizar polisacaráridos, como almidón sobre los aminoácidos, a diferencia de otros organismos hipertermófilos.

Una de las razones por las que este organismo es importante en la biología, es que posee una fuente sustancial de enzimas termoestables con aplicaciones en varios procesos industriales. En este contexto, el ejemplo más famoso es el de la ADN polimerasa I que se describió por allá de 1991 (Lundberg et al., 1991), y que poseía una actividad asociada de exonucleasa de 3′ a 5 ′. Debido a esta capacidad de corrección de pruebas, esta polimerasa presentaba una tasa de error mucho menor en las PCR (reacción en cadena de la polimerasa, por sus siglas en ingles), en comparación con la polimerasa Taq-ADN. La polimerasa de P. furiosus ahora se ampliamente utilizada en miles de PCR en todo el mundo. Varias otras enzimas de P. furiosus se han aislado en las últimas tres décadas, algunas de ellas con una termoestabilidad extrema. Este organismo también se ha utilizado para la producción de dioles para diversos procesos industriales, debido a la resistencia de sus enzimas en procesos de laboratorio.

En este contexto, en nuestro grupo de trabajo nos ha interesado tratar de entender cómo se lleva a cabo la regulación de la expresión genética en este organismo como un modelo de estudio del dominio celular de las Arqueas. Cabe mencionar que este organismo codifica para 2065 proteínas, lo cual lo hace un organismo pequeño. De esta forma, nos dedicamos a realizar un análisis exhaustivo de su repertorio de proteínas que determinan cuando un gen se expresa o se apaga. Este análisis nos permitió deducir la distribución de sus reguladores y sus familias evolutivas. Usando este repertorio de TF, identificamos que el 4% del total de los genes codifican para proteínas reguladoras, lo que refuerza la idea de que el genoma de estos organismos codifican para una baja proporción de TF y es similar a las bacterias descritas como patógenos intracelulares, patógenos oportunistas y extremófilos.

También identificamos una proporción considerable de TFs que presentan uno o dos dominios estructurales, en contraste con lo observado en genomas arqueales, donde la mayoría de los FT solo presentan un dominio proteico. Esta arquitectura de dominios múltiples en proteínas reguladoras podría permitirle a este organismo en la detección de señales muy diversas, lo que le permitiría responder a los cambios originados en su hábitat extremo de la vida. Así mismo, identificamos siete grupos de genes que están asociados preferencialmente a regular el metabolismo del azufre y de la asimilación de maltosa. Finalmente, identificamos y reportamos dos hechos significativos, por una parte los reguladores de este organismo son similares a los descritos en bacterias, lo que sugiere un origen evolutivo similar; y, que han unos cuantos reguladores que son capaces de regular una amplia proporción de genes, denominados reguladores globales o maestros.

Este trabajo fue publicado recientemente (Denis, et al 2018) y proporciona nuevas pistas sobre la red de regulación genética de P. furiosus para la aplicación industrial, como un menor riesgo de contaminación, una mejor mezcla y difusión y menores costos de enfriamiento.

Genes asociados a un regulador maestro. Tomado de Denis, et al 2018

 

Referencias asociadas:

 

Fiala G, and Stetter K.O. (1986) Pyrococcus furiosus sp. nov., represents a novel genus of marine heterotrophic archaebacteria growing optimally at 100 C. Arch Microbiol 145: 56–61.

 

Lundberg KS, et al (1991) High‐fidelity amplification using a thermostable DNA polymerase isolated from Pyrococcus furiosus . Gene 108: 1–6.

 

 

Denis A, et al 2018. Dissecting the repertoire of DNA-binding Transcription factor of the archaeon Pyrococcus furiosus DSM 3638. Life, 8, 40.