Los "genes de salto" son omnipresentes. Cada dominio de la vida alberga estas secuencias de ADN que pueden "saltar" de una posición a otra a lo largo de un cromosoma; de hecho, casi la mitad del genoma humano está formado por genes de salto. Dependiendo de supuntos específicos de escisión e inserción, los genes saltarines pueden interrumpir o desencadenar la expresión génica, impulsando la mutación genética y contribuyendo a la diversificación celular. Desde su descubrimiento en la década de 1940, los investigadores han podido estudiar el comportamiento de estos genes saltarines, generalmente conocidos como transposones o transponibleselementos TE, principalmente a través de métodos indirectos que infieren la actividad individual de los resultados a granel. Sin embargo, tales técnicas no son lo suficientemente sensibles como para determinar con precisión cómo o por qué saltan los transposones, y qué factores desencadenan su actividad.
Reportando en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , los científicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han observado la actividad de genes de salto en tiempo real dentro de las células vivas. El estudio es el esfuerzo de colaboración de los profesores de física Thomas Kuhlman y Nigel Goldenfeld, en el Centro de Física de Células Vivas,Un Centro de Fronteras Físicas de la Fundación Nacional de Ciencias.
"En este estudio, pudimos ver que en realidad está ocurriendo más acción de este gen de salto de lo que cabría esperar de estudios anteriores", dijo Kuhlman, cuyo equipo realizó los experimentos in vivo. "Además, nosotrosaprendimos que las tasas a las que estos genes saltan dependen sensiblemente de cómo crecen las células, por ejemplo, si hay alimento disponible para que las células crezcan. En otras palabras, la activación de genes de salto no es completamente aleatoria, depende del medio ambiente.realimentación."
Para observar estos eventos individuales de evolución celular en células vivas, el equipo de Kuhlman ideó un sistema biológico sintético utilizando la bacteria Escherichia coli. Los científicos combinaron la expresión de reporteros fluorescentes, genes que codifican en este caso, azul y amarillo fluorescentesproteínas - a la actividad de salto de los transposones. Los científicos podrían registrar visualmente la actividad del transposón usando microscopía fluorescente.
"Estos son genes que saltan y cambian de ubicación dentro del genoma de una célula", dijo Kuhlman. "Conectamos esa actividad a un sistema molecular, de modo que cuando comienzan a saltar, la célula entera se fluoresce. En nuestro experimento, las células fluorescían más cuando no estaban muy contentas. Una escuela de pensamiento sugiere que una tasa de mutación incrementada como esta podría ser una ventaja en condiciones tan infelices, para que las células se diversifiquen ".
Para ayudar a diseñar el experimento y calcular lo que habría sucedido si el salto hubiera ocurrido de manera puramente aleatoria, el equipo de Goldenfeld desarrolló simulaciones por computadora del crecimiento de colonias bacterianas y predijo cómo se vería la señal experimental en el caso aleatorioEstos cálculos mostraron que los experimentos no podían interpretarse simplemente como una actividad de transposón aleatorio e incluso proporcionaron pistas sobre las fuentes de no aleatoriedad, incluida la retroalimentación ambiental y la herencia.
"Nuestro trabajo implicó una gran cantidad de análisis de imágenes computacionales, seguido de análisis estadístico", dijo Goldenfeld. "Para extraer señales y conclusiones de los datos en bruto, la simulación y los cálculos teóricos fueron parte integral del diseño e interpretación experimental. Este tipo deEl proyecto de colaboración solo fue posible con la estructura única proporcionada por el Centro para la Física de las Células Vivas ".
"El objetivo de investigación general a largo plazo es una comprensión más profunda de cómo funciona la evolución a nivel molecular. La observación directa de cómo los genomas en las células se reestructuran permite una determinación precisa de las tasas de adaptación y puede arrojar luz sobre una gran cantidad de"Preguntas evolutivas importantes, que van desde el surgimiento de la vida hasta la propagación del cáncer, donde las células sufren mutaciones y transformaciones rápidas de sus genomas", agregó Kuhlman.
Kuhlman y Goldenfeld son miembros del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica y del Departamento de Física de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. El trabajo involucró a varios estudiantes graduados, incluido el autor principal Hyuneil Kim, Gloria Lee, Nicholas Sherery Michael Martini.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Siv Schwink. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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