La palabra Arquea tiene sus orígenes en el griego arjaía que significa “las antiguas”. Las Arqueas constituyen uno de los tres dominios celulares del árbol universal de la vida. Los otros dos dominios, lo constituyen las Bacterias y los Eucariotes. En las Arqueas se incluyen diversos grupos, entre los que destacan las Euryarchaeaotas y las Crenarchaeotas, quienes han sido estudiados dada su facilidad de crecer en el laboratorio y a sus propiedades biotecnológicas. En este sentido, organismos del género Methanococcus se utilizan en la producción de biogas.
Hasta hace algunos años, las arqueas eran exclusivamente consideradas como habitantes de ambientes extremos, como lagos con altas concentraciones de sales, o en sitios con altas temperaturas, como en las chimeneas submarinas. Sin embargo, recientemente se les han encontrado en una gran diversidad de hábitats, como en suelos y océanos, y donde juegan un papel muy importante en los ciclos del carbono y del nitrógeno, e inclusive se les han encontrado en el cuerpo humano, en donde se les ha asociado a diversos padecimientos, tales como la gingivitis.
Los organismos incluidos en este grupo son tan antiguos, que se han encontrado fósiles de estas células de hace casi 3 mil 500 millones de años, y se podrían describir como quimeras biológicas, debido a que contienen elementos que son compartidos con otros organismos, tanto con las bacterias como con los eucariotes (donde se encuentran los organismos superiores). En este sentido, las arqueas presentan una estructura celular y metabólica muy parecida al de las bacterias, mientras que los elementos involucrados en la expresión genética son muy similares al de los eucariotes. Por ejemplo, las arqueas y los eucariotes comparten lo que se denomina una secuencia TATA (que es el sitio en el ADN donde se ancla la maquinaria basal de transcripción), así como la ARN polimerasa que contiene entre 8 y 13 subunidades (el complejo proteico encargado de sintetizar los ARN mensajeros).
En contraste, los ARN mensajeros (aquellas moléculas de ácido ribonucleico que son leídas por los ribosomas para generar proteínas) son estructuralmente similares a su contraparte bacteriana, es decir varios genes son contenidos en la misma cadena de ARN y más importante aún, es el hecho de que la mayoría de los Factores Transcripcionales o FTs identificados hasta el momento, son similares a los descritos en las bacterias. En general, la forma en que estos elementos proteicos trabajan podría explicarse de manera similar a como lo hacen los semáforos, así, la expresión de un gen debe darse cuando una señal está presente (verde en el semáforo) mientras que cuando está ausente o se agota la señal, el gen debe silenciarse (rojo en el semáforo). De esta manera, la señal de encendido y apagado esta finamente regulada por dichos FTs y las cuales estamos estudiando desde un punto de vista evolutivo y funcional.
Sulfolobus solfataricus es un organismo acidófilo e hipertemófilo. Crece en aguas termales de entre 75 a 80 °C y con un pH de entre 2 y 3 de manera óptima.
Estas características, hace que las Arqueas sean un grupo fascinante desde el punto de vista funcional y evolutivo. Así, en nuestro grupo de investigación estamos intentando entender cómo es que estos sistemas celulares han evolucionado hasta su organización actual. Una pregunta que intentamos contestar en el laboratorio es ¿cómo coordinan la expresión genética las Arqueas, donde convergen elementos bacterianos y eucariotes?. La forma en cómo hemos abordado esta pregunta es mediante la utilización de enfoques computacionales o lo que se conoce como bioinformática; que no es otra cosa que utilizar los conocimientos generados por las Ciencias Computacionales para analizar la información que se genera en biología molecular. En breve, utilizando la información de los genomas completos (contenido de ADN que incluye tanto a los cromosomas como a los plásmidos) y la bioinformática, hemos identificado y analizado diversos elementos proteicos o FTs, a nivel de la secuencia de aminoácidos.
De estos análisis, se desprenden diversos e interesantes resultados, como por ejemplo, las arqueas no tienen tantos FTs como se esperaba o bien, que exista un número considerable de estas proteínas de tamaño pequeño, y una alta proporción de proteínas homólogas (mismo origen evolutivo) a sus contrapartes bacterianas más que a proteínas de eucariotes, lo que sugiere que los elementos reguladores son típicamente bacterianos. De acuerdo a estas observaciones planteamos que “para contender la aparente falta de proteínas que se dedican a regular la expresión genética en las arqueas, estas proteínas formarían diversos complejos multiméricos como ocurre en los eucariotes y dependiendo de cuál sea el complejo formado, los sitios blanco en el ADN serán diferentes”. Cabe mencionar que hay diversas evidencias experimentales que apoyan esta hipótesis, tal como la formación de complejos proteicos para FTs, con diferente tamaño en función del ambiente.
Ahora bien, en el laboratorio intentamos entender como los reguladores de la expresión genética en las Arqueas están acoplados funcionalmente a elementos bacterianos y eucariotes, lo que nos permitirá entender como es que funciona este andamiaje molecular donde intervienen proteínas, genes y señales ambientales, para posteriormente manipularlos biotecnológicamente.
Finalmente, en el grupo se consolida la línea de investigación en el área de genómica comparativa y bioinformática, ofreciendo la oportunidad de explotar este nicho de investigación en la Península y en el País como parte del IIMAS-Mérida.
