La selenocisteína, el aminoácido 21, hallado por primera vez en hongos por científico uruguayo

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Había algo que no le convencía. Por eso, cada tanto, cuando aparecía nueva información, Gustavo la analizaba intentando hallar lo que entendía podía aparecer de un momento a otro. Lo que buscaba era un aminoácido, uno de los bloques que construyen a las proteínas, que son las máquinas en miniatura que utilizan todos los seres vivos para vivir. Y lo buscaba específicamente en los hongos, donde nadie lo había encontrado antes. Vaya un interés curioso, podrán pensar algunos. Pero así, buscando con persistencia y curiosidad, Gustavo Salinas, investigador principal del Laboratorio de Biología de Gusanos, una unidad mixta del Institut Pasteur de Montevideo con la Facultad de Química de la Universidad de la República, encontró lo que otros no vieron.

El resultado, además de un nuevo conocimiento, se vio reflejado el 11 de febrero (2019) en la publicación de un artículo científico en una de las revistas internacionales más prestigiosas —Nature Microbiology— hecho en colaboración con una de las más destacadas universidades del mundo, Harvard.

Lo que Salinas encontró al analizar el genoma en un par de especies de hongos fue la selenocisteína, una molécula que recibe el sugerente mote de “aminoácido 21”. Tradicionalmente, se considera que solo existen 20 de estos bloques usados para construir proteínas: estos 20 tienen más prensa porque son “universales”, es decir, están en todos los seres vivos, desde los humanos hasta los hongos y las bacterias.

Aunque este “G20” biológico parece muy exclusivo, en las últimas décadas la ciencia ha descubierto un par de nuevos aminoácidos que, sin ser universales (sin estar presentes en todos las especies), están codificados genéticamente y podrían incluirse en el grupo. La selenocisteína es uno de ellos (la pirrolisina se cataloga como el “22”).

De composición similar a la cisteína (uno de los G20) pero con un átomo de selenio en lugar de azufre, la selenocisteína “es un bloque de construcción para las 25 selenoproteínas que tienen los seres humanos”, detalla Salinas. En las personas, estas proteínas tienen funciones importantes vinculadas al sistema inmune, la fertilidad masculina, el desarrollo muscular y la regulación hormonal (función tiroidea).

El selenio naturalmente está presente en la corteza terrestre y desde allí pasa a los alimentos hasta llegar al ser humano a través de la dieta. Se ha detectado, por ejemplo, que en zonas con suelos deficientes de selenio los lugareños pueden presentar enfermedades asociadas a la falta de este compuesto.

La selenocisteína y una ausencia llamativa

Se sabe que la selenocisteína es un aminoácido utilizado por seres vivos pertenecientes a todos reinos de la naturaleza, excepto uno: el reino fungi (los hongos). Al menos eso era lo que se creía hasta ahora, pues no se había detectado por ningún medio en ningún hongo.

Gracias a las herramientas de la genómica y el aumento de la secuenciación de genomas de nuevos organismos, ahora sabemos que esto no es cierto. Esos avances permitieron, por ejemplo, detectar la presencia de los genes que contienen la información para sintetizar la selenocisteína e incorporarla en las selenoproteínas, las cuales están involucradas en diferentes funciones de los organismos. Por ende, identificar esos genes en el genoma de un organismo es indicio de que esta molécula tiene alguna participación en los procesos biológicos de ese ser vivo.

Y eso fue lo que hizo Salinas. Motivado por la llamativa ausencia de la selenocisteína en los hongos, cada tanto revisaba las bases de genomas que existen en el mundo (algo así como un catálogo de libros en línea, pero con secuencias genómicas) en busca de esos genes. A medida que se secuenciaban nuevos genomas de hongos, Salinas intentaba nuevamente encontrar rastros.

La paciencia, la persistencia y la curiosidad propias de la labor científica finalmente dieron resultado, y Salinas halló lo que estaba buscando.

Luego solo bastó un breve correo electrónico a Vadim Gladyshev, un reconocido investigador de la Universidad de Harvard, de los más destacados en el campo de la biología del selenio, que ha desarrollado métodos específicos para identificar selenoproteínas a partir de información genómica. Gladyshev y Salinas colaboran en temas relacionados con selenoproteínas desde hace más de 15 años.

Hola Vadim, espero que estés bien. Estuve haciendo algunas búsquedas de SEC [selenocisteína] y noté algo importante: algunos hongos tienen SEPSECS y PSTK [dos genes asociados a la selenocisteína]. Quizás esto se puede comunicar pronto, si Marco [Mariotti, biólogo computacional especializado en evolución e integrante del equipo de Gladyshev] no está muy ocupado y puede ayudar con un estudio en profundidad sobre esto. Creo que estas especies de hongos fueron secuenciadas recientemente. Debido a que tú identificaste estos dos genes pienso que sería muy interesante comunicar que hay SEC en un nuevo reino. Saludos, Gustavo”.

La respuesta fue positiva, y el resultado —luego de ocho meses de trabajo con las herramientas adecuadas— ya está publicado. Así funciona la ciencia: mucha colaboración, mucha perseverancia y algo por descubrir.

Nueve en 1.200

Gladyshev, Mariotti y equipo analizaron 1.201 genomas de hongos que hay secuenciados hasta ahora, y buscaron los dos genes vinculados a la selenocisteína además de otros cuatro más asociados.

En total, identificaron que nueve especies de hongos utilizan este aminoácido 21 en al menos una selenoproteína.

El trabajo además identificó las selenoproteínas codificadas en estos genomas, y reveló que el uso de esta molécula sería ancestral a todos los hongos, pero se habría perdido en muchos linajes a lo largo de la evolución.

“Que una proteína o un conjunto de proteínas determinadas no esté presente en algunas especies ocurre con frecuencia en la naturaleza. La cuestión es que la ausencia o presencia de un bloque de construcción tan central como un aminoácido codificado genéticamente, reviste otra importancia para el funcionamiento de los seres vivos: al ampliar el repertorio de aminoácidos se amplía la diversidad de proteínas que pueden utilizar los organismos”, explica Salinas.

Las nuevas preguntas por responder

Otra curiosidad asociada a la selenocisteína es que su procesamiento en el organismo humano es complejo e insume mucha energía. Entonces, ¿por qué nuestras células se toman todo ese trabajo? “Si bien esto sigue siendo una pregunta abierta, los bioquímicos entienden que es por las propiedades únicas del elemento selenio”, describe Mariotti, primer autor del trabajo, en un texto también publicado junto al artículo en Nature Microbiology.

“Esta pregunta es particularmente relevante porque muchas especies no usan selenocisteína. Típicamente, estas especies contienen proteínas que se parecen a nuestras propias selenoproteínas pero la reemplazan con cisteína, su aminoácido más similar”, agrega.

“Comprender por qué las selenoproteínas dejaron de ser importantes en los hongos y otras ramas del árbol de la vida puede decirnos por qué, en contraste, es tan importante para nuestra propia especie”, concluye Mariotti.

Para responder esa interrogante aún faltan más estudios con herramientas de vanguardia, pero los aportes que se pueden hacer desde un país como Uruguay también son clave en la generación de conocimientos. Tanto que en el artículo científico, los investigadores de Harvard destacan especialmente el papel clave de Salinas en el hallazgo ahora publicado y difundido entre la comunidad científica internacional.

Desde Montevideo, hace años que Salinas lleva adelante líneas de investigación que incluyen al selenio, un elemento traza (micronutriente) esencial para la vida de muchos mamíferos, por ejemplo, aun cuando solo se requiere muy poco, pues en exceso resulta tóxico. Este mes, coincidentemente, una joven investigadora del IP Montevideo, Laura Romanelli, defiende sus tesis de doctorado que trata sobre el uso de selenio y la función de las selenoproteínas en un organismo modelo (el gusano C.elegans). Salinas, precisamente, es el tutor de este trabajo.