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La Nuova tecnica di identificazione dei geni può aiutare i ricercatori che sviluppano le droghe

Una nuova tecnica rapida capace di identificare i geni che si evolvono rapido come pure quelli che cambiano lentamente già ha segnato i nuovi obiettivi con esattezza per i ricercatori sviluppare le droghe contro la tubercolosi e la malaria e potrebbero fare lo stessi per altre malattie infettive, secondo un documento in Natura di questa settimana.

La tecnica, riferita nell'edizione del 29 aprile del giornale, è stata sviluppata dai ricercatori dall'Università di California, Berkeley, Harvard e Università di Princeton e gli Istituti di Sanità Nazionali.

Geni che cambiano lentamente o per niente in un organismo, o da un organismo ad un altro, solitamente produzione da essere pezzi critici di macchinario molecolare e, in un organismo contagioso, di obiettivi attraenti per i ricercatori che sperano di ucciderla

Alternativamente, i geni che cambiano rapido sono presunti per essere sotto pressione evolutiva selettiva, quale la necessità per un microbo di passare continuamente il suo cappotto esterno a rilevazione di fuga dal sistema immunitario umano. Tali geni possono dire a ricercatori come gli organismi sono più furbo del sistema immunitario o sviluppano la farmacoresistenza.

Questa nuova tecnica è una partenza totale dai metodi correnti di individuazione dei geni in piena evoluzione e già ha segnato i geni con esattezza precedentemente sconosciuti nei parassiti di malaria e della tubercolosi che potrebbero essere obiettivi potenziali della droga.

“Nel metodo comparativo tipico, ricercatori catturi i geni equivalenti da parecchi organismi, come gli esseri umani e scimpanzé e mouse, allinili su e conti le differenze,„ Cacciatore spiegato B. Fraser del co-author, un dottorando in molecolare e biologia cellulare a Uc Berkeley. “Quel vi dà un'idea di che generi di cambiamenti un gene ha subito sopra evoluzione e dai generi di cambiamenti vedete, potete arguire qualcosa circa il modo che sta evolvendosi - se è stato fatto pressione su per cambiare o è stato fatto pressione su per restare lo stessi.

“Stiamo uscendo con un simile risultato finale - conoscendo che generi di pressioni evolutive sono sui geni differenti - ma possiamo farlo con appena una sola sequenza del genoma, invece di allineare i geni dai genoma differenti e paragone delle sequenze.„

Fraser lavora nel laboratorio di Michael Eisen, un assistente universitario dell'aggiunta di Uc Berkeley di molecolare e biologia cellulare e un membro QB3 del consorzio (Istituto di California per Ricerca Biomedica Quantitativa).

“Questa tecnica può essere usata per identificare rapidamente i geni patogeni che interattivo molto attentamente con il sistema immunitario umano, poiché questi geni sono sotto pressione tremenda evolversi rapidamente,„ ha detto il co-author Joshua B. Plotkin, un collega minore nella Facoltà delle Arti e delle Scienze a Harvard. “Tali geni sono obiettivi principali affinchè le nuove droghe ed i vaccini ricambino gli agenti patogeni micidiali.„

La tecnica comprende un'analisi statistica di intero genoma, confrontante la tariffa di cambiamento di un gene specifico alla tariffa di cambiamento media all'interno del genoma. Il genoma di un organismo è una sequenza dei nucleotidi del DNA - A, G, T o C (per adenina, guanina, timine e citosina) - raggruppati nei tripletti, chiamati codoni. Codici di Ogni codone affinchè un amminoacido specifico siano messi insieme insieme per creare una proteina. La timina di serie, la citosina e l'adenina - un codone del TCA - rende sempre un amminoacido della serina, per esempio.

Poiché 64 tripletti del DNA possono essere fatti dai quattro nucleotidi disponibili del DNA ma ci sono soltanto 20 amminoacidi differenti, alcuni amminoacidi sono codificati da più di un codone. L'Arginina, per esempio, è codificata da sei codoni differenti: CGA, CGC, CGG, CGT, AGA e AGG.

Sulla Base di un'idea da Plotkin, il gruppo azzerato dentro sulla predisposizione dei codoni alle mutazioni puntiformi - alterazione di singolo nucleotide del DNA - ed il fatto che non tutte le mutazioni puntiformi hanno lo stesso effetto. Una mutazione puntiforme casuale in alcuni codoni è meno probabile creare un codone quel codici per un amminoacido differente. Per esempio, la conversione di CGA al CGC ancora provocherebbe un'arginina, lasciante la sequenza aminoacidica della proteina immutata. Sulla Base della struttura del codice genetico - cioè, i codoni connettenti della tabella di traduzione agli amminoacidi - il gruppo poteva dire quali codoni erano più probabili essere subiti una mutazione in un codone per un amminoacido differente.

Contando, per esempio, la frequenza dei sei codoni che codificano per l'arginina in un singolo gene e confrontante lo alla frequenza in tutto il genoma completo, i ricercatori possono determinare se il gene probabilmente ha evoluto più veloce o più lento del genoma complessivamente.

“Noi aggiungiamo su sopra un intero gene che i tripletti sta usando e poi chiediamo, “Penseremmo vedere questo genere di uso dei tripletti appena per caso oppure no? “„ Fraser ha detto. “Se non, è insolito e ci dà una bugna a come il gene sta evolvendosi.„

“Abbiamo bisogno di intera sequenza del genoma perché dobbiamo imparare, per ogni genoma, che cosa la sua distribuzione di sfondo dei tripletti è,„ lui abbiamo aggiunto. “Se non conoscessimo quello, non potremmo trovare un gene con una partenza significativa da quello.„

La tecnica funziona soltanto con alcuni amminoacidi. I nuovi risultati vengono da un'analisi di arginina, leucina e serina, di cui ciascuno è codificata per vicino sei codoni differenti e glicina, che ha codificato per vicino quattro codoni differenti.

Il gruppo, che Jonathan Dushoff, un ricercatore postdottorale a Princeton e il NIH incluso, ha usato la sua tecnica per analizzare i 4.000 geni nel genoma del batterio della tubercolosi (Mycobacterium tuberculosis) e i 5.000 geni nel genoma del parassita di malaria (falciparum del Plasmodio).

I geni in questi organismi che sono risultato essere in piena evoluzione erano in gran parte quei geni che codificano per gli antigeni, cioè, proteine che ricoprono la superficie dell'agente patogeno ed esortano una risposta immunitaria. Costantemente cambiando il suo cappotto dell'antigene, un agente patogeno può eludere il sistema immunitario, evolventesi finalmente in un nuovo sforzo per sfidare ancora il sistema immunitario umano.

“Il fatto che abbiamo trovato la maggior parte dei antigeni stava evolvendo rapidamente sotto il nostro che la nostra tecnica funziona,„ Fraser confermato metrico ha detto.

I ricercatori egualmente hanno scoperto i geni precedentemente non riconosciuti che stanno evolvendo rapido. Questi geni sono candidati attraenti per ulteriore ricerca su cui i geni possono interagire con il sistema immunitario umano.

“Egualmente lo abbiamo trovato che all'interno delle classi di antigeni, alcuni sono nell'ambito di selezione molto più forte che altri, di cui la gente non avesse trovato prima,„ abbiamo detto. “Possiamo fare le ipotesi circa quale realmente stanno interagendo con il sistema immunitario e quale non sono, in base a questa nuova individuazione.„

Fraser ha sottolineato che la tecnica, citata come volatilità di codone, ora complementa il terreno comunale comparativo di metodi del gene. La volatilità di Codone può dire circa pressione evolutiva recente sui geni, mentre i metodi comparativi possono dire circa pressione evolutiva sopra milioni di anni.

Il metodo di volatilità di codone presenta le limitazioni, tuttavia, ha detto. Conta sul fatto che la proporzione di ciascuno dei quattro nucleotidi del DNA è equo costante attraverso l'intero genoma di un organismo. In esseri umani, tuttavia, la proporzione è differente ai posti differenti nel genoma. Tuttavia, Fraser ha detto che il gruppo è sul lavoro che modifica il metodo per analizzare la volatilità di codone nel genoma umano.