19.3C: Φx174

ΦX174 (pHIX174) es un virus que infecta la bacteria E. coli. De ahí que Φx174 es un bacteriófago. Cada partícula infecciosa completa (virión) de Φx174 consiste en una cubierta proteica que envuelve un núcleo que contiene tanto proteína como ADN. La capa del virus contiene 60 moléculas cada una de dos proteínas (F y G) y 12 moléculas de otra proteína (H). El núcleo del virión contiene una molécula de ADN y 60 copias de una cuarta proteína, la proteína J. La molécula de ADN es monocatenaria (ADNmc) y está en forma de círculo cerrado. Contiene 5386 nucleótidos. Este diminuto genoma fue el primer genoma de ADN en ser secuenciado (por Fred Sanger en 1976).

Figura 19.3.3.1 PhiX

Cuando Φx174 se une a su huésped, su molécula de ssDNA se inserta en la célula. Aquí la cadena de ADN (+) sirve como molde para la síntesis de una cadena complementaria (-). Las dos hebras forman una doble hélice que luego se replica varias veces. Las cadenas menos de estas moléculas de ADN sirven entonces como moldes para la síntesis de:

• Moléculas de ARNm.
• unas 200 cadenas complementarias (+) de ADN, cada una de las cuales se empaquetará posteriormente en el núcleo de un nuevo virión.

La maquinaria de síntesis de proteínas de la célula hospedadora traduce las moléculas de ARNm viral en 11 tipos diferentes de proteínas. Cuatro de estos son los cuatro (F, G, H y J) que se incorporarán a nuevos viriones. En cuanto a las otras 7 proteínas

• A, A* y C juegan un papel en la replicación del ADN viral
• B y D ayudan en el ensamblaje de las proteínas del virión en nuevos viriones
• E lisa la célula hospedadora para que los viriones recién sintetizados puedan escapar
• K aumenta la producción de viriones

pero ninguna de estas proteínas pasa a formar parte del virión.

Las 11 proteínas codificadas por el ADN φX174 varían en tamaño desde la proteína A, que contiene 513 aminoácidos, hasta la proteína J, que contiene sólo 38. Las 11 proteínas juntas contienen un total de 1986 aminoácidos (la proteína A* es simplemente una versión acortada de la proteína A). Esto plantea una pregunta. Con 3 nucleótidos necesarios para especificar un aminoácido, Φx174 necesitaría 5958 nucleótidos para codificar 1986 aminoácidos (5958/3 = 1986). Pero su molécula de ADN contiene 5386 nucleótidos, sólo lo suficiente para codificar 1795 aminoácidos. Además, resulta que 217 de los nucleótidos no codifican nada, aunque algunos de ellos proporcionan señales de control. Entonces solo hay 5169 nucleótidos codificantes, y esperaríamos que fueran capaces de codificar solo 1723 aminoácidos. ¿Cómo dicta ΦX174 el ensamblaje de los aminoácidos restantes?

Genes superpuestos

Lo hace usando algunos tramos de nucleótidos para codificar dos secuencias diferentes de aminoácidos. El principio es realmente bastante sencillo. Consiste en leer los codones dos “marcos de lectura” diferentes, es decir, agrupar los nucleótidos en racimos desplazados de tres.

Por ejemplo, la secuencia
. GAGCCGCAACTTC.
se puede leer en tres marcos de lectura diferentes:
.. GAG CCG CAA CTT C. el cual codifica. Glu-Pro-Gln-Leu.
o
.. G AGC CGC AAC TTC.. que codifica. Ser-Arg-Asn-Phe.
o
.. GA GCC GCA ACT TC.. que codifica. Ala-Ala-Thr.

ΦX174 en realidad usa dos de estos y, como puede ver, cada uno codifica una secuencia de aminoácidos totalmente diferente.

Incluso hay una mancha donde un solo nucleótido (A) participa en tres codones diferentes:

• Es el tercer nucleótido en el codón (AAA) para el aminoácido final (Lys) en la proteína A;
• el nucleótido medio en el codón AAT, que codifica Asn en la proteína K; y
• el primer nucleótido en ATG, el codón que coloca la metionina (Met) en la posición de inicio de la proteína C.

¿Por qué superponer genes? ΦX174 es uno de los virus más pequeños. Su uso de genes superpuestos le permite aumentar la cantidad de información que puede almacenar en una cantidad dada de ADN. No sólo el genoma Φx174 fue el primero en ser secuenciado, también fue el primero en ser sintetizado químicamente en el laboratorio. Cuando se introdujo en E. coli, esta molécula sintética era completamente infecciosa capaz de producir virus intactos.

Figura 19.3.3.2 PhiX174

Arriba se muestra una micrografía electrónica del ADN bicatenario ΦX174 extraído de células de E. coli infectadas. La barra representa 0.5 µm. (Cortesía de David T. Denhardt.)

Colaboradores y Atribuciones

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