Los datos, publicados en Comunicaciones de la naturaleza y disponible a través de una aplicación en línea, muestra la actividad de cada gen de ratón, más de 45,000 genes, en la sangre de ratones con diez enfermedades diferentes. Para las seis enfermedades que involucran el pulmón, también se examinaron muestras de pulmón.
Anteriormente, los investigadores tendrían que crear, infectar, eliminar, obtener muestras de ratones y extraer y secuenciar el ARN para estudiar los genes que les interesan. Usando una nueva aplicación que el laboratorio creó para este estudio, los investigadores podránVerifique la actividad de cualquier gen en una variedad de enfermedades sin necesidad de sus propios ratones. Esto podría evitar que miles de ratones se utilicen en experimentos individuales.
El equipo de investigación, dirigido por la líder del grupo Crick Anne O'Garra y coordinado por Christine Graham, trabajó con muchos colaboradores de Crick, Reino Unido y Estados Unidos. Usaron la tecnología de secuenciación de próxima generación, 'RNA-seq',para medir la actividad genética a través de las diferentes enfermedades. Como los genes necesitan transcribir su ADN en ARN para funcionar, el análisis del ARN revela cuán activo es cada gen, en este caso después de la infección o el desafío de alérgenos.
"La actividad genética puede mostrarnos cómo el cuerpo responde a las infecciones y los alérgenos", explica Anne. "Hay miles de genes involucrados en cualquier respuesta inmune, por lo que Akul Singhania, un Postdoc de Bioinformática, en nuestro laboratorio utilizó enfoques avanzados de bioinformática para agruparlos genes en módulos. Estos módulos representan grupos de genes que están co-regulados y a menudo pueden ser anotados para determinar su función y roles fisiológicos conocidos. Por ejemplo, de 38 módulos pulmonares hay un módulo asociado con alergia, y visto solo en elmodelo de alergia, que contiene más de 100 genes y otro módulo asociado con células T que contiene más de 200 genes ".
"Al secuenciar tanto el tejido pulmonar como la sangre, también podemos ver cómo la respuesta inmune en la sangre refleja la respuesta local en el pulmón, y viceversa. Esto nos ayudará a comprender lo que podemos aprender de las firmas genéticas en la sangre, ya que para la mayoría de las enfermedades los médicos no pueden obtener muestras de pulmón de los pacientes de manera realista ".
Usando la nueva aplicación, los investigadores en cualquier parte del mundo pueden buscar actividad genética en los pulmones y la sangre de ratones infectados con una variedad de patógenos: el parásito Toxoplasma gondii , virus de la influenza y virus sincitial respiratorio RSV, la bacteria Burkholderia pseudomallei , el hongo Candida albicans o el alergeno, ácaro del polvo doméstico. También pueden ver actividad genética en la sangre de ratones con listeria, citomegalovirus murino, el parásito de la malaria Plasmodium chabaudi chabaudi o una crónica Burkholderia pseudomallei infección
En el estudio, el equipo de investigación analizó las firmas genéticas asociadas con estas enfermedades para ayudar a comprender la respuesta inmune. Descubrieron una amplia gama de respuestas inmunes en el pulmón, donde los módulos discretos estaban dominados por genes asociados con el Tipo I o Tipo IIinterferones, IL-17 o respuestas de tipo alérgico Se sabe que los interferones tipo I se liberan en respuesta a los virus, mientras que el interferón tipo II IFN-g activa los fagocitos para matar los patógenos intracelulares, e IL-17 atrae a los neutrófilos causando respuestas inmunes inflamatorias tempranasCuriosamente, las firmas del gen de interferón estaban presentes en los módulos de sangre de manera similar al pulmón, pero la IL-17 y las respuestas de alergia no.
Sorprendentemente, los genes asociados con el interferón tipo I fueron altamente activos tanto en los pulmones como en la sangre de los ratones infectados con el Toxoplasma gondii parásito y también visto en respuesta a la Burkholderia pseudomallei bacteria, aunque en menor medida. Esto desafía la opinión de que los genes asociados con interferón tipo I son necesariamente indicativos de infecciones virales, como el laboratorio había demostrado previamente en tuberculosis.
"Descubrimos que los ratones sin vías de interferón en funcionamiento eran menos capaces de luchar toxoplasma infección. Esto era cierto tanto para los interferones tipo I como para el tipo II, que tienen una relación compleja entre sí. Descubrimos que ambos juegan un papel clave en la protección contra el parásito en parte al controlar los neutrófilos en la sangre quelos números pueden causar daños al host ".
De la obsolescencia a la oportunidad
El proyecto de investigación comenzó en 2009, utilizando una técnica conocida como microarrays para detectar la actividad genética en muestras de pulmón y sangre y estaba casi completa y lista para ser analizada en 2015. El microarray era una técnica bien establecida, pero los reactivos necesarios eranEl fabricante descontinuó repentinamente antes de que se procesaran las muestras finales. Sin el equipo para terminar la secuencia, el proyecto estaba en problemas.
Con esta tecnología de microarrays que ya no es posible, el equipo necesitaba un enfoque diferente. En este momento, una técnica llamada RNA-Seq había salido al mercado, ofreciendo una mejor manera de cuantificar la actividad genética.
Tras las negociaciones entre Anne y el fabricante, a su equipo se le ofrecieron reactivos RNA-Seq de última generación sin cargo, para procesar las muestras a partir de finales de 2016. También se les proporcionó espacio de almacenamiento para las enormes cantidades de datos generados.
Como las muestras de tejido y sangre de los experimentos de microarrays se congelaron en almacenamiento, Christine Graham en el laboratorio de Anne pudo volver a las mismas muestras y procesarlas heroicamente de nuevo, esta vez para la secuenciación de ARN. Gracias al excelente almacenamiento delas muestras, esto fue posible sin el uso de animales adicionales. Aunque requirió mucho tiempo y una gran tarea para Christine, para 2018 el equipo tenía todos los datos de secuencia que necesitaban.
Con una gran cantidad de datos para procesar, Akul Singhania se dedicó a darle sentido a todo. Utilizando técnicas avanzadas de bioinformática, agrupó los miles de genes y millones de puntos de datos en una forma visual y significativa a la que nos referimos como módulos,y creó la aplicación para que todos puedan acceder a los datos.
"Diez años desde que comenzó el proyecto, ahora tenemos un recurso de acceso abierto de expresión génica que cualquier persona en el mundo puede usar para buscar sus genes favoritos y también para ver si están regulados por la señalización de interferón tipo I o tipo II"dice Anne. "Nadie dijo que la ciencia fuera fácil, pero ciertamente vale la pena".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por El Instituto Francis Crick . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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