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Una nueva técnica Más Rápida de la reproducción - reproducción transcripción-basada

Un único hilo de la DNA de la instalación o del animal puede contener decenas de miles de genes, cada uno programado para producir una proteína específica esencial para el incremento o la supervivencia del organismo. El reto para los genetistas es aislar genes individuales y determinar su función - un proceso cuidadoso que requiere a menudo años de ensayo y error del laboratorio.

Ahora un equipo de investigación internacional ha descubierto una técnica que aerodinamiza dramáticamente clases de este proceso con certeza de genes. Convertido por los científicos en el Centro de Juan Innes de la Universidad de Stanford y de Gran Bretaña, el nuevo procedimiento podía permitir a científicos determinar genes específicos en una cuestión de meses, no años. La técnica, conocida como reproducción transcripción-basada, se describe en la edición del 30 de marzo de los Procedimientos de la National Academy Of Sciences (PNAS).

“Creemos que este método representa un descubrimiento importante en la clonación de genes,” escribimos a los autores del estudio de PNAS.

“El impacto más grande de esta tecnología es probable estar en las instalaciones con grande y los genomas complejos, incluyendo la mayoría de la especie de cosecha,” agregó Sharon R. Long, el Guillermo C. Steere, el Jr. - Profesor de Pfizer Inc. en Ciencias Biológicas en Stanford y al co-autor del estudio. , Que también sirve como decano de la Escuela de Stanford de la Humanidad y de Ciencias, está De Largo una autoridad en biología molecular bacteriana y de la instalación. Ella y sus colegas utilizaron la nueva técnica de la reproducción para aislar y para determinar un gen en la DNA del truncatula del Medicago, o al médico del cañón de arma de fuego - pieza de la familia de legumbre que está estrechamente vinculada a la alfalfa, a las habas y a los guisantes.

“A lo largo de seis meses, terminamos qué tardó a otro grupo varios años para terminar, y determinamos un gen bastante fresco para anudar,” dijo al becario postdoctoral Raka M. Mitra, autor importante de Stanford del estudio de PNAS. “Pensamos que esta tecnología será aplicable a la otra especie y que esperará que aumenta el paso de la investigación biológica en general.”

Genética Reversa

La DNA del Medicago contiene millares de genes, y usar los métodos tradicionales para imaginar lo que lo hace cada uno es un proceso que toma tiempo. “La aproximación estándar usada por los genetistas de la instalación - conocidos como clonación de genes - implica el analizar del sistema en una manera muy controlada, y después el cazar abajo de cuál está fragmentada,” Mitra explicó.

Este proceso comienza aleatoriamente zapping millares de gérmenes de la instalación con la radiación, después creciendo los gérmenes expuestos en un laboratorio. La meta es aumentar una instalación del mutante con una mutación física obvia, después explora a través de la DNA de la instalación hasta que el gen transformado del interés se determine. Por ejemplo, si los investigadores quisieran encontrar los genes responsables de incremento normal de la raíz, buscarían una instalación del mutante con las raíces defectuosas y después conducto un análisis exhaustivo de la DNA de la instalación hasta que localizaran los genes defectuosos que causaron el daño.

La “clonación de Genes en truncatula del M. puede tardar tres a cinco años, en parte porque requiere la polinización de dos generaciones de instalaciones,” Mitra dijo. “Me preguntaba si podríamos evitar esta caza laboriosa para los genes. Partí del principio que la producción transformada de los genes transformó las proteínas - y puede incluso prevenir la producción de la proteína totalmente.”

En células sanas de la instalación y del animal, la producción de la proteína comienza con el gen - un alargamiento corto de la DNA compuesto de las substancias químicas dispuestas en una serie específica que contenga las instrucciones para construir la proteína. Esas instrucciones se copian de la DNA sobre una molécula del ARN en un proceso llamado transcripción. La copia del ARN, o la transcripción, entonces se mueve a otra parte de la célula, donde se utiliza como modelo para fabricar la proteína.

Los genes Transformados, sin embargo, llevan las instrucciones defectuosas que producen las copias defectuosas del ARN, que la célula intenta eliminar lo más rápidamente posible - un hecho eso llevó Mitra y a sus colegas a predecir que el ARN defectuoso aparecería solamente en concentraciones muy inferiores en células transformadas.

¿Pero la marcha atrás también sería verdad? ¿Si una célula produce cantidades inferiores de una transcripción del ARN, ésa significa el ARN es el producto defectuoso de un gen dañado? Si es así los investigadores podrían aerodinamizar el proceso entero de la gen-identificación usando genética reversa. Primero, buscarían RNAs que ocurren en concentraciones inferiores y determinan la serie química de esas moléculas del ARN, después utilizan esa información para localizar el gen que corresponde con en la DNA de la instalación.

Fijación de Nitrógeno

En el experimento de PNAS, Mitra y sus compañeros de trabajo utilizaron su nueva técnica de clonación transcripción-basada para determinar un gen de la instalación que desempeña un papel importante en la producción de nitrógeno usable para las instalaciones y los animales. Todas Las cosas vivas necesitan el nitrógeno hacer las proteínas. Lamentablemente, el gas del nitrógeno, que compone el casi 80 por ciento de la atmósfera, está inutilizable por las instalaciones y los animales.

Sin Embargo, hay las bacterias de la suelo-vivienda que transforman el nitrógeno atmosférico en una pasta que las instalaciones puedan absorber en sus raíces y después convertir en las proteínas - un proceso llamado fijación de nitrógeno. Los Animales, a su vez, consiguen su fuente primaria del nitrógeno de las instalaciones, que hace la fijación de nitrógeno bacteriana esencial para todo el animal - y el ser humano - vida.

“Nuestro laboratorio tiene una meta determinada - para determinar los genes que permiten que las instalaciones establezcan la simbiosis beneficiosa para la fijación de nitrógeno, que es también un clave a la agricultura sostenible,” conocidos De Largo. Como parte de ese esfuerzo, ella y sus colegas han estado estudiando la transmisión de señales química compleja que ocurre entre las bacterias y las instalaciones nitrificantes. Los Investigadores han descubierto que el Medicago y otras legumbres permiten que las bacterias invadan sus raíces y que tomen la residencia hacia adentro tumor-como los órganos llamados los nódulos.

“Este lazo es mutuamente beneficioso,” Mitra explicó. “Las bacterias se benefician porque se incluyen en un ambiente protector - el nódulo - donde se introducen los azúcares de la instalación. La instalación se beneficia porque las bacterias convierten el nitrógeno del aire en el amoníaco, que la instalación utiliza para hacer las proteínas.”

Exactamente cómo las legumbres y las bacterias comunican los restos algo de un misterio. “Por razones desconocidas, en cuestión de minutos de reconocer la señal química bacteriana, los niveles del calcio en las células de raíz de la instalación comienzan a oscilar,” Mitra dijo. “Estos niveles suben rápidamente, después caen despacio hacia abajo. Este proceso - el clavar llamado del calcio - las repeticiones repetidamente, hasta una tasa de cerca de una oscilación por minuto, y continúa por horas.”

En un esfuerzo de entender mejor este fenómeno, el equipo de investigación comparó las instalaciones normales del Medicago con una versión del mutante aumentada en el laboratorio. “Este mutante nos era determinado interesante porque exhibió el calcio que clavaba comportamiento pero que no podía que establecer un lazo simbiótico con las bacterias nitrificantes,” Mitra dijo.

Usando tecnología de la gen-viruta del microarray, los investigadores vigilaron los niveles del ARN producidos por 10.000 genes en instalaciones normales y del mutante. “En las instalaciones del mutante, encontramos un gen, llamado DMI3, que produjo extremadamente - los niveles bajos del ARN,” Mitra dijo. “La versión normal del gen DMI3 produce una proteína que sea notable similar a las fitoproteínas de tabaco que se saben para modular sus comportamientos en respuesta al calcio.”

Esto que encontraba llevó al equipo de investigación a concluir que el gen DMI3 puede desempeñar un papel importante en la reacción de la instalación a las oscilaciones del calcio. El mes pasado, un equipo de investigación Holandés y Francés publicó resultados similares en la Ciencia del gorrón. Sin Embargo, ese grupo utilizó métodos tradicionales de la clonación de genes para determinar DMI3 - un proceso que llevó por lo menos cuatro años completo, comparado a seis meses usando la reproducción transcripción-basada.

“El fondo es éste,” Long dijo. “En curso de trabajo en la fijación de nitrógeno, hemos descubierto un método general para determinar y reproducir genes importantes de la instalación que es rápido y puede ser aplicable a casi cualquier especie de la instalación.”