Dr. Omar Orellana. |
Por más de 15 años el bioquímico Omar Orellana, académico del Programa de Biología Celular y Molecular del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Facultad de Medicina de la U. de Chile, se ha dedicado a estudiar la formación del aminoacil-tRNA (aa-tRNA) por las aminoacil-tRNA sintetasas (aaRS) y su participación en la biosíntesis de proteínas y otras funciones adicionales.
Gracias a varios proyectos Fondecyt y estudios colaborativos con el extranjero, específicamente con la Universidad de Yale, donde realizó su posdoctorado, el profesor Orellana se ha abocado a analizar cómo se produce la interacción específica ente los ácidos ribonucleicos de transferencia (tRNA) y las aaRS, un fenómeno muy preciso que permite que se lleve a cabo en el ribosoma de la célula la biosíntesis de proteínas de manera fidedigna, de acuerdo con la información genética disponible.
Las proteínas, como se sabe, cumplen innumerables funciones que son fundamentales para el funcionamiento de las células, entre ellas las catalíticas, estructurales, inmunológicas y hormonales.
“El aa-tRNA es un verdadero pivote entre la información que está en los genes como secuencia de nucleótidos y el producto final que son las proteínas (polímeros de aminoácidos). Ello porque es capaz de conectar la información del código genético (nucléotidos) con la de los aminoácidos”, explica el académico.
El doctor Orellana comenta que si bien hace varios años se están investigando las bases moleculares de la interacción específica entre proteínas (aaRS) y ácidos nucleicos (tRNA), recién en el último período se ha llegado a entender en profundidad este proceso.
En términos concretos la enzima reconoce elementos de identidad en el tRNA y sólo cuando está segura de que es el ácido ribonucleico de transferencia correcto, incorpora el aminoácido correspondiente para formar el aminoacil-tRNA. De hecho, existen 20 aaRS en las células, una para cada aminoácido. Una vez formados, los aa-tRNA son conducidos al ribosoma por el factor de elongación y en él se asocian con el RNA mensajero, que les da las pautas para llevar a cabo la síntesis de la proteína que deben producir, ello gracias a que tiene la información genética necesaria para hacerlo.
“Dentro de las aminoaciltRNA sintetasas nosotros estamos estudiando una específica que se llama glutamil -tRNA sintetasa, vinculada a uno de los 20 aminoácidos, en este caso el glutamato”, resalta el académico.
Enzima modelo
Añade que están trabajando con esta enzima porque se ha observado que, además de participar en la biosíntesis de proteínas, cumple otras funciones adicionales: es fundamental en la formación de ciertas moléculas conocidas como tetrapirroles (hemo, clorofila y vitamina B 12 ).
Para conocer en detalle este fenómeno el profesor Orellana y su equipo están analizando la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans , la cual es utilizada en la producción de cobre debido a que es capaz de solubilizar minerales, proceso conocido como biolixiviación. Esta bacteria solubiliza los minerales para obtener energía y sobrevivir, proceso que lleva a cabo a través de la respiración. Para esto necesita un alto contenido de grupo hemo, mucho más que cualquier otro organismo.
“En esta bacteria no hay únicamente una glutamil tRNA sintetasa, sino dos. ¿Y por qué tiene dos? Nuestra hipótesis es que una de las enzimas estaría dedicada a la biosíntesis de proteínas y la otra a producir tetrapirroles (hemo), hecho que se relaciona con la respiración de la bacteria lo que, a su vez, se vincula con la biolixiviación”, explica el doctor Orellana.
El académico añade: “Nosotros pensamos que la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans evolucionó destinando una enzima principalmente para a la síntesis de hemo. En otras palabras, se especializó y separó trabajos, diferenciándose así de otras bacterias, como la Escherichia coli , que sólo cuenta con una enzima, ya que no requiere tanto hemo”, comenta el doctor Orellana.
La investigación del doctor Orellana, que desarrolló en conjunto con la Universidad de Yale, fue un gran acierto científico que el año 2003 le valió una publicación en una de las revistas más prestigiosas y mejor indexadas: Proceedings of the National Academy of Science.
“En ese momento pensábamos que la duplicación de las enzimas respondía a un problema de especificidad de la reacción pero, al continuar con nuestros estudios, pudimos postular que en A. ferrooxidans , más que tratarse de redundancia, había separación de las funciones de biosíntesis de proteínas y hemo”, agrega.
Esto dio origen a otro paper que fue publicado en la misma revista el año 2007. Además, el doctor Orellana cree que estas bacterias son capaces de modular la producción de hemo de acuerdo a las condiciones ambientales, es decir, dejarían de generarlo al haber suficiente concentración intracelular del mismo.
Aún más, la hipótesis del académico es que ya que el hemo en exceso produce estrés oxidativo, la bacteria detendría su producción exagerada para evitar el daño y a la larga la muerte celular, regulando así la función de esta enzima. “Si logramos demostrarlo, este sería el primer ejemplo de una enzima aminoacil tRNA sintetasa que responde al estrés oxidativo”, plantea.
Posibles aplicaciones industriales y clínicas
Si bien las investigaciones del doctor Orellana son eminentemente básicas, es decir, están orientadas a generar conocimiento puro, a partir de su trabajo podrían surgir enfoques aplicados.
“En primer lugar estos estudios nos pueden ayudar a comprender la manera en que este microorganismo responde a cambios en las condiciones ambientales en las que se realiza la biolixiviación de minerales”, dice.
Otras posibles aplicaciones están relacionadas con el área clínica. Una de las nuevas terapias contra el cáncer es la fotodinámica, en que se irradia la zona afectada -a la que previamente se le ha introducido una sustancia fotosensible- utilizando un rayo láser. Esta terapia, todavía en etapa experimental, resultaría menos dañina que las empleadas actualmente.
Según se ha constatado, en las células cancerosas se puede incrementar la acumulación de compuestos precursores de hemo, los cuales son fotosensibles. “Al irradiar las células cancerosas con un láser esta acumulación facilitaría su muerte, ya que la luz se orientaría mejor al objetivo. Por lo tanto, nosotros podríamos contribuir estudiando la producción de precursores más efectivos, de modo que las células enfermas se hicieran más susceptibles a la terapia experimental”.
El doctor Orellana añade: “Creo que, debido a nuestra experiencia, estaríamos en condiciones de trabajar en conjunto con los médicos y, específicamente, con los dermatólogos, que son los que más emplean la fotodinámica”.
Pero los conocimientos sobre aminoacil tRNA sintetasa también podrían ser útiles para hacer frente a enfermedades autoinmunes: “En este tipo de patologías el sistema inmunológico del organismo ataca componentes celulares propios, siendo uno de los preferidos las aminoacil- tRNA sintetasa”, apunta.
Por lo tanto, aunque los trabajos del doctor Orellana, en los que han participado numerosos estudiantes de doctorado, magíster y pregrado, se relacionan con las bases moleculares de los procesos fisiológicos de las células, sus estudios podrían tener, eventualmente, aplicabilidad clínica.
Cecilia Coddou
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