Tecnologia Científica

Uma nova ferramenta para a era genômica
Os genes que constituem um genoma nem sempre estão sendo usados; eles podem ser ligados ou desligados ou discados para cima ou para baixo ao longo do tempo, e eles interagem entre si de maneiras complexas.
Por Lori Dajose - 26/10/2020


Domínio público

Já em 1975, biólogos descobriram que as partes codificadoras de proteínas do genoma do chimpanzé e do humano são mais de 99% idênticas. No entanto, chimpanzés e humanos são claramente diferentes de maneiras significativas. Por quê?

A resposta está no fato de que a forma como o DNA é usado é tão importante quanto o que ele diz. Ou seja, os genes que constituem um genoma nem sempre estão sendo usados; eles podem ser ligados ou desligados ou discados para cima ou para baixo ao longo do tempo, e eles interagem entre si de maneiras complexas. Alguns genes codificam instruções para a produção de proteínas específicas e outros codificam informações sobre a regulação de outros genes.

Agora, os pesquisadores do laboratório de Rob Phillips , Fred e Nancy Morris Professor de Biologia e Biofísica, desenvolveram uma nova ferramenta para determinar como vários genes na bactéria comum Escherichia coli são regulados. Embora a E. coli tenha sido usada como organismo modelo em biologia e bioengenharia por décadas, os pesquisadores entendem o comportamento regulatório de apenas cerca de 35% de seus genes. O novo método do laboratório Phillips lança luz sobre como cerca de 100 genes anteriormente não caracterizados são regulados e estabelece a base para estudar muitos outros.

Um artigo descrevendo a nova técnica aparece na revista eLife .

Imagine que você pudesse ler o alfabeto e a pontuação de algum novo idioma, mas não pudesse entender o que as palavras individuais significavam ou qualquer uma das regras gramaticais. Você pode ler um livro e reconhecer cada letra que lê sem ter qualquer compreensão do que uma frase ou parágrafo diz. Isso é análogo ao desafio enfrentado pelos biólogos na era genômica moderna: sequenciar o genoma de um organismo agora é rápido e direto, mas entender como cada gene é regulado é muito mais difícil. Uma compreensão da regulação do gene é a chave para entender a saúde e a doença, e é importante se quisermos um dia reaproveitar as células para que possam fazer coisas para as quais as projetamos.

"Desenvolvemos uma ferramenta geral que os pesquisadores podem usar em quase todos os organismos microbianos", diz Phillips. "Nosso sonho é que alguém como Victoria Orphan [James Irvine Professor de Ciências Ambientais e Geobiologia] pudesse descer ao fundo do oceano e voltar com uma bactéria nunca antes vista, e poderíamos usar nossa ferramenta para determinar não apenas a sequência de seu genoma, mas como ele é regulado. "

"Este foi um projeto de uma década apoiado pelo NIH Director's Pioneer Award e exigiu um esforço árduo e sustentado e financiamento", disse Phillips. "Este é o tipo de projeto em que não há resultados rápidos."


No novo método, os pesquisadores fazem perturbações sistemáticas no genoma e veem o que acontece. Essencialmente, o equivalente a erros tipográficos é cometido no genoma e o impacto desses erros de digitação na função celular é observado. Por exemplo, se você substituir a letra "k" na palavra "caminhar" pela letra "x" para formar "walx", a intenção da palavra original ainda será bastante clara. Este não é o caso se você trocar a letra "w" por um "t" para produzir "falar". Isso sugere que a letra "w" contém informações importantes sobre o significado da palavra original.

Da mesma forma, fazer alterações em um genoma usando o alfabeto do DNA permite aos pesquisadores descobrir quais letras são mais importantes para o "significado" correto.

Para validar seu método, Phillips e colegas examinaram primeiro 20 genes específicos de E. coli que os pesquisadores já sabiam como ligar e desligar. O método deles caracterizou corretamente esses 20 genes. Em seguida, a equipe passou para 80 outros genes menos compreendidos para entender como eles funcionam também.

Por enquanto, o método só foi usado em células bacterianas, mas no final das contas Phillips prevê ser capaz de examinar células eucarióticas (como células humanas), que são mais complexas, com uma versão modificada do método.

"Este foi um projeto de uma década apoiado pelo NIH Director's Pioneer Award e exigiu um esforço árduo e sustentado e financiamento", disse Phillips. "Este é o tipo de projeto em que não há resultados rápidos."

O artigo é intitulado "Decifrando o genoma regulatório de Escherichia coli , cem promotores de cada vez." O primeiro autor do estudo é o ex-aluno de graduação William Ireland (PhD '20). Outros co-autores são alunos de graduação Suzannah Beeler, Emanuel Flores-Bautista, Tom Roeschinger; ex-alunos de pós-graduação Nathan Belliveau (PhD '18 e Nicholas McCarty (MS '20); Michael Sweredoski e Annie Moradian, bioinformático sênior e gerente de laboratório sênior, respectivamente, do Proteome Exploration Laboratory; e Justin Kinney do Cold Spring Harbor Laboratory. O financiamento foi fornecido pelo National Institutes of Health e o Howard Hughes Medical Institute.

 

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