Sistema T4 rII

El sistema T4 r II es un sistema experimental desarrollado en la década de 1950 por Seymour Benzer para estudiar la subestructura del gen . El sistema experimental se basa en cruces genéticos de diferentes cepas mutantes del bacteriófago T4 , un virus que infecta a la bacteria Escherichia coli .

Un tipo de mutación en el bacteriófago T4, identificada por investigadores en genética de fagos en la década de 1950, se conocía como r (por rápido ), que hacía que el fago destruyera bacterias más rápidamente de lo normal. Estas mutaciones se podían detectar fácilmente porque producían placas más grandes en lugar de las placas más pequeñas características del virus de tipo salvaje . Mediante el mapeo genético , los investigadores habían identificado regiones específicas en el cromosoma T4, llamadas loci r I, r II y r III , asociadas con los mutantes r . En 1952, mientras realizaba experimentos con mutantes r II, Seymour Benzer encontró una cepa que no se comportaba normalmente. En 1953, tras la publicación de la estructura del ADN propuesta por Watson y Crick , Benzer tuvo la idea de que los mutantes r aparentemente defectuosos podrían haber sido el resultado del cruce de dos mutantes r II diferentes, cada uno de los cuales tenía parte del gen r II intacta, de modo que la cepa híbrida no exhibía el fenotipo r en absoluto porque combinaba las partes intactas del gen r II. ^{[ 1 ]}

A partir de ahí, Benzer vio que sería posible generar muchos mutantes r independientes , y midiendo la frecuencia de recombinación entre diferentes cepas r , podría mapear la subestructura de un solo gen. Aunque la probabilidad de recombinación exitosa entre cualquier par de mutantes rII es pequeña, una sola placa de Petri podría servir de base para millones de ensayos a la vez. Estos podrían analizarse fácilmente utilizando una cepa específica de E. coli , conocida como K12 (λ), que era susceptible a la T4 de tipo silvestre pero no a los mutantes r . ^{[ 2 ]}

El concepto de Benzer fue bastante controvertido dentro del pensamiento genético clásico, en el que cada gen se trata como un punto singular a lo largo de un cromosoma, no como una secuencia divisible de ácidos nucleicos (como lo implicaba el trabajo de Watson y Crick). Inicialmente, Max Delbrück —un respetado genetista de fagos y líder del llamado grupo de fagos del que Benzer formaba parte— consideró la idea de Benzer escandalosa. ^{[ 3 ]}

A partir de 1954, Benzer utilizó el sistema T4 r II, creando y cruzando cientos de mutantes r y desarrollando un mapa cada vez más detallado de la estructura del gen r II. En sus primeros trabajos, identificó dos loci separados pero muy cercanos dentro de la región r II, que sugirió que eran secuencias de nucleótidos que codificaban diferentes polipéptidos ; los llamó " cistrones ". ^{[ 4 ]}

Benzer identificó varios tipos diferentes de mutantes r . Algunos los clasificó como deleciones , otros como mutaciones puntuales . Mediante diversos cruces de las numerosas cepas que presentaban deleciones y mutaciones puntuales, Benzer localizó cada mutación puntual en una subregión de uno de los cistrones y las ordenó dentro de esa subregión. Benzer también propuso mutaciones de cambio de sentido y sin sentido a partir de sus estudios con el sistema r II. El sistema T4 r II le permitió identificar frecuencias de recombinación tan bajas como el 0,02 %, mucho menores que en los experimentos genéticos típicos. Esto equivalía a detectar la recombinación entre solo uno o dos pares de bases. ^{[ 5 ]}

A principios de la década de 1950, la opinión predominante era que los genes de un cromosoma actuaban como entidades discretas, indivisibles por recombinación y dispuestas como cuentas en un collar. Los experimentos de Benzer, utilizando mutantes defectuosos en el sistema T4 rII, entre 1955 y 1959, demostraron que los genes individuales tienen una estructura lineal simple y probablemente sean equivalentes a una sección lineal de ADN ^{[ 6 ] [ 7 ]} (véase también Grupo de fagos ).

Después de que Benzer demostrara el poder del sistema T4 r II para explorar la estructura fina del gen, otros adaptaron el sistema para explorar problemas relacionados. Por ejemplo, Francis Crick y otros utilizaron uno de los mutantes r peculiares que Benzer había encontrado (una deleción que fusionaba los cistrones A y B de r II) para demostrar la naturaleza triplete del código genético . ^{[ 8 ]}

El principio de que tres bases secuenciales de ADN codifican para cada aminoácido se demostró en 1961 utilizando mutaciones de cambio de marco en el gen rIIB del bacteriófago T4 ^{[ 9 ] [ 10 ]} (véase también el experimento de Crick, Brenner et al. ).

Richard Feynman , el renombrado físico teórico de Caltech, trabajó en el sistema T4 rII durante el verano de 1961, y sus resultados experimentales se incluyeron en una publicación de Edgar et al. ^{[ 11 ]} Estos autores demostraron que las frecuencias de recombinación entre mutantes rII no son estrictamente aditivas. La frecuencia de recombinación de un cruce de dos mutantes rII (axd) suele ser menor que la suma de las frecuencias de recombinación para subintervalos internos adyacentes (axb) + (bxc) + (cxd). Aunque no es estrictamente aditiva, se observó una relación sistemática ^{[ 12 ]} que probablemente refleja el mecanismo molecular subyacente de la recombinación (véase recombinación genética y recocido de hebras dependiente de la síntesis ).

• R Jayaraman. " Seymour Benzer y T4 r II: Explotando el mapa hasta el límite ". Resonance , octubre de 2008, págs.  898–908.
• Jonathan Weiner. Tiempo, amor, memoria: Un gran biólogo y su búsqueda de los orígenes del comportamiento . Knopf. ISBN 0-679-44435-1