Ben Sklar para The New York Times
HUNTER Edward M. Marcotte y sus colegas de la Universidad de Texas en Austin han descubierto cientos de genes implicados en enfermedades humanas.
Por CARL ZIMMER
Publicado: 26 de abril 2010
Edward M. Marcotte está en busca de drogas que pueden matar a los tumores al impedir el crecimiento de vasos sanguíneos, y él y sus colegas de la Universidad de Texas en Austin ha descubierto recientemente algunos buenos objetivos - cinco genes humanos que son esenciales para que el crecimiento. Ahora están buscando fármacos que puedan detener a los genes de trabajo. Extrañamente, sin embargo, el Dr. Marcotte no descubrió los nuevos genes en el genoma humano, ni en ratones de laboratorio o incluso moscas de la fruta. Él y sus colegas encontraron que los genes en la levadura.
Recibe las noticias Ciencia De The New York Times »
Ben Sklar para The New York Times
EMBRIONARIOS En su búsqueda de fármacos que pueden acabar con los tumores al impedir el crecimiento de vasos sanguíneos, los científicos utilizan agujas de vidrio para fertilizar embriones anfibios con los genes de la levadura que también hacen proteínas que se encuentran en el desarrollo de vasos sanguíneos humanos.
"En la cara de él, es una locura", dijo el Dr. Marcotte. Después de todo, estos hongos unicelulares no hacen los vasos sanguíneos. Ni siquiera hacer sangre. En las levaduras, resulta que, estos cinco genes trabajan juntos en una tarea totalmente sin relación: la fijación de las paredes celulares.
Más loco todavía, el Dr. Marcotte y sus colegas han descubierto cientos de otros genes involucrados en enfermedades humanas mirando especies lejanamente relacionadas. Se han encontrado genes relacionados con la sordera en las plantas, por ejemplo, y los genes asociados con cáncer de mama en los gusanos nematodos. Los investigadores publicaron sus resultados recientemente en el Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias.
Los científicos se aprovecharon de un rasgo peculiar de nuestra historia evolutiva. En nuestra lejana, los antepasados como una ameba, grupos de genes ya estaban formando para trabajar juntos en la construcción de las paredes celulares y en otras tareas muy básicas esenciales para la vida. Muchos de esos genes siguen trabajando juntos en los mismos grupos, más de mil millones de años más tarde, pero en diferentes tareas en diferentes organismos.
Estudios como este ofrecen un nuevo giro a Charles Darwin 's ideas originales sobre la evolución. Anatomistas a mediados de 1800 estaban fascinados por las similitudes subyacentes de rasgos en las diferentes especies - el hecho de que el ala de un murciélago, por ejemplo, tiene todas las mismas partes que una mano humana. Darwin argumentó que este tipo de similitud - conocido como homología - era sólo una cuestión de la genealogía. Los murciélagos y los humanos comparten un ancestro común, y por lo tanto que heredaron las extremidades con cinco dígitos.
Unos 150 años de investigación han confirmado ampliamente visión de Darwin. Los paleontólogos, por ejemplo, han traído homologías ambigua de relieve con el descubrimiento de fósiles de transición. Un ejemplo de ello es la conexión entre los orificios nasales de las ballenas y los delfines y las fosas nasales de los seres humanos. Los fósiles muestran cómo las fosas nasales de las ballenas ancestrales se trasladó desde la punta del hocico hasta la parte superior de la cabeza.
En la década de 1950, el estudio de la homología entrado en una nueva fase. Los científicos empezaron a descubrir similitudes en la estructura de las proteínas. Diferentes especies tienen diferentes formas de la hemoglobina , por ejemplo. El formato está adaptado a una forma particular de vida, pero todos descienden de una molécula ancestral.
Cuando los científicos comenzaron a secuenciación de ADN, que fueron capaces de encontrar homologías entre los genes también. De generación en generación, los genes a veces accidentalmente copiado. Cada ejemplar va a recoger a mutaciones únicas. Pero su secuencia sigue siendo lo suficientemente similares como para revelar su ascendencia compartida.
Un rasgo como un brazo está codificado en muchos genes, que cooperan entre sí para construirlo. Algunos genes producen proteínas que físicamente se unen para hacer un trabajo. En otros casos, una proteína codificada por un gen es necesario para activar otros genes.
Resulta que las agrupaciones de estos genes - a veces llamados módulos - tienden a seguir trabajando juntos a lo largo de millones de años. Pero consiguen recableados lo largo del camino. Responden a las nuevas señales, y actuar para ayudar a construir nuevos rasgos.
En un influyente papel de 1997 , Sean B. Carroll de la Universidad de Wisconsin , Neil Shubin de la Universidad de Chicago y Tabin Acantilado de la Harvard Medical School acuñado un término para estos módulos prestado: "homología profunda".
Desde entonces, los científicos han conseguido un aspecto mucho más detallado en muchos ejemplos de la homología de profundidad. El Dr. Carroll y sus colegas, por ejemplo, recientemente descubierto cómo las manchas de mosca ala de un evolucionado a través de módulos de cableado . Una pequeña mosca Drosophila deporte llamado guttifera un patrón distintivo de 16 lunares en sus alas. El Dr. Carroll y sus colegas descubrieron que el módulo de genes que establece la ubicación de los puntos es el mismo módulo que establece las venas y los órganos de los sentidos en las alas de muchas especies de moscas. El módulo fue tomada más adelante en guttifera Drosophila establecer puntos, también.
Nuestros ojos son también el producto de la homología de profundidad. La luz de detección de los órganos de las medusas parecen muy diferentes de nuestros ojos, por ejemplo, pero ambos utilizan el mismo módulo de genes para construir-la captura de las moléculas de la luz.
Los científicos también están descubriendo que nuestras acciones más profundas del sistema nervioso una homología incluso con organismos unicelulares único. Las neuronas se comunican entre sí por conexiones que forman llamadas sinapsis. Las neuronas utilizan una red de genes para construir un andamiaje completo de apoyo a la sinapsis. En febrero, Alexandre Alie y Michael Manuel del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia informó de encontrar 13 de estos genes de la capacidad andamio en unicelulares familiares única de animales conocidos como coanoflagelados.
Nadie está seguro de lo que coanoflagelados utilizar estos genes para la creación de neuronas. Lo que sí es seguro es que no construyen las neuronas con ellos.
Hasta ahora, los científicos simplemente han tropezado con ejemplos de la homología de profundidad. Dr. Marcotte preguntó si era posible acelerar el ritmo de los descubrimientos.
La evidencia de homologías profundas, razonó, podría ya estar en espera de ser encontrado en la literatura científica - en concreto, en los cientos de miles de estudios científicos han realizado de cómo los genes distintos trabajado en diversas especies.
Los científicos han identificado miles de genes que pueden dar lugar a enfermedades en los seres humanos cuando mutan. Otros investigadores han mutado de manera sistemática cada uno de los 6.600 genes en la levadura y miraba cómo la tarifa de la levadura mutante bajo diferentes condiciones. Si el Dr. Marcotte podría analizar datos como estos, razonó, podría encontrar módulos gen hacer las cosas diferentes especies lejanamente relacionadas.
Dr. Marcotte y sus colegas acumulado una base de datos de 1.923 asociaciones entre genes y enfermedades en los seres humanos. Agregaron más de 100.000 asociaciones adicionales entre los genes y los rasgos en especies como los ratones, la levadura y los gusanos nematodos.
Entonces, los científicos buscaron los genes relacionados con la producida diferentes características en diferentes especies. Descubrieron, por ejemplo, que cinco genes conocidos para ayudar a construir los vasos sanguíneos estaban estrechamente relacionados con cinco genes que las células de la levadura utiliza para fijar sus paredes celulares.
El descubrimiento de estos genes compartidos a continuación, permitió al Dr. Marcotte y sus colegas para hacer nuevos descubrimientos. Su base de datos tenía un total de 67 genes que arreglar las paredes de células de levadura. Si los humanos la levadura y heredado un gen antiguo módulo, podemos utilizar las versiones de los genes relacionados con la levadura para construir otros vasos sanguíneos.
Los científicos estudiaron los 62 otros medios de sujeción de la pared-genes de la levadura. Para ello, se encontraron con versiones relacionadas con las ranas y observó cómo cada uno se comportó en el embrión de la rana en desarrollo. Los científicos descubrieron que cinco de los genes de la levadura más proteínas también se encuentran en el desarrollo de los vasos sanguíneos. Para ver la importancia de estas proteínas eran para la construcción de los vasos sanguíneos, los científicos cerrados, uno por uno, los genes que lleva las instrucciones para cada proteína, y observó como embriones de rana desarrollados.
"Terminamos con una pérdida dramática de los vasos sanguíneos", dijo John Wallingford, una Universidad de Texas, biólogo del desarrollo y co-autor del estudio. Dr. Marcotte se preguntó si los seres humanos también pueden compartir módulos con mucho más distante organismos relacionados con: las plantas. Él y sus colegas ampliaron su base de datos con 22.921 asociaciones entre genes y rasgos científicos han encontrado en la planta de la mostaza Arabidopsis thaliana.
Para su sorpresa, los científicos descubrieron 48 módulos compartidos por las plantas y las personas. "Hubo muchos gritos en los pasillos para que uno," dijo el Dr. Marcotte.
Los científicos escogió una extraña módulo especial para compartir, por las plantas y las personas para un estudio más detallado. En los seres humanos, los genes se han relacionado con una enfermedad genética rara llamada síndrome de Waardenburg . Es causada por una alteración en un grupo de células en embriones de llama cresta células de los nervios. Normalmente, las células de la cresta neural del embrión a través de rastreo y forman una franja que recorre la espalda. A continuación, dar lugar a las células nerviosas, células productoras de pigmento y algunos huesos del cráneo. Las personas con este síndrome y tienen síntomas dispersos en las partes del cuerpo producidas por células de la cresta neural. Estos pueden incluir sordera; ojos muy espaciados; un mechón de pelo blanco y manchas blancas en su cara.
Los científicos descubrieron que dos genes vinculados Waardenburg-emparejado genes de plantas de mostaza para la detección de la gravedad. Si estos genes están desactivados por una mutación, una planta no puede crecer en posición vertical.
Dr. Marcotte y sus colegas descubrieron tres más la gravedad de detección de genes de plantas en su base de datos. Decidieron ver si alguno de los tres también jugó un papel en el síndrome de Waardenburg.
Los científicos descubrieron que uno de los genes de plantas de detección por gravedad se convirtió en activo en las células de cresta neural de embriones de rana. Cuando se silencia el gen en las células de la cresta neural, los embriones se deformó.
El Dr. Carroll (que también escribe una columna de la ciencia para The New York Times) vio la nueva investigación como una progresión lógica a partir de los primeros estudios. "Se calienta nuestros corazones que homología profunda está cobrando fuerza como este", dijo.
"Esta es una forma muy efectiva de encontrar la enfermedad de los genes humanos", dijo David Platchetzski de la Universidad de California, Davis , quien no participó en el estudio. "Se puede avanzar mucho más rápidamente."
No hay comentarios:
Publicar un comentario