Desmontando la teoría de «un gen – una proteína»: genes solapantes y policistrónicos
Los genes codifican las proteínas que formarán a los organismos. Cuando hablamos de eucariotas decimos la famosa teoría de “un gen dará lugar a una proteína” (en la teoría inicial era un gen una enzima, pero rápidamente se vio que no todos los genes codificaban proteínas enzimáticas, sino que hay muchos más tipos). Esta teoría enunciada en 1941 por Beadle y Tatum les valióganar el premio Nobel de 1958. Aunque sigue siendo mayoritariamente correcta, en la actualidad está muy matizada. Descubrimientos posteriores demostraron que una proteína puede tener varias isoformas, que están codificadas todas por el mismo gen.
En virus y procariotas van un paso más allá. El ADN de los procariotas contiene regiones que forman parte de dos genes. Ya sea por genes que se solapan y se transcriben en la misma dirección o en direcciones opuestas. Esta forma de compactación del material hereditario es muy útil cuando tienes poco espacio, como es el caso de los virus, pero tiene el inconveniente que impide una gran diversidad genética y que pequeñas mutaciones pueden afectar a más de un gen al mismo tiempo con efectos muy dispares. Estas regiones del material genético son muy estables evolutivamente. De hecho, este factor es tenido en cuenta a la hora de buscar vacunas porque es más probable atacar un virus en una región que codifica para dos proteínas y por lo tanto es especialmente estable que una región más variable porque solo codifica para una proteína.
Las proteínas resultantes de la traducción del ADN que contiene genes solapantes no tienen porqué contener los mismos aminoácidos. Gracias al sistema de tripletes en el que está codificado el genoma un cambio de marco de lectura permite hasta 3 conjuntos de aminoácidos diferentes de la misma cadena por cada una de las dos direcciones y dos más por cada una de las dos cadenas. Las posibilidades de generar proteínas distintas son bastante elevadas, pero tienen que ser funcionales también.
Una de las posibles razones de que los eucariotas no presenten este tipo de empaquetamiento de los genes es que necesiten regiones más grandes sin genes (“ADN basura”) con funciones estructurales para poder mover los cromosomas durante la división celular. Por otra parte, este tipo de solapamientos se dan con más frecuencia en los organismos parásitos que además reducen la cantidad de genes que emplean hasta el mínimo intentando aprovecharse de los genes que ya crean los propis hospedadores.
Por otro lado encontramos el ADN policistrónico y el ARN policistrónico. Son el material genético que, como su nombre indica, contienen varios cistrones o unidades funcionales de un gen. Aunque son más frecuentes en procariotas algunos pocos genes de eucariotas se ha comprobado que pueden transcribirse de esta manera. Esta es una manera de optimizar la transcripción, eliminando regiones de ADN intergénicas. Con un único ARN mensajero obtendremos varias proteínas, que en muchas ocasiones deben actuar juntas, por lo que transcribirlas juntas tiene la ventaja de que se encontrarán más fácilmente y asegura el equilibrio estequiométrico entre ambos componentes. Hablaremos más de los genes policistrónicos en su propio artículo aquí(próximamente).