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L'impronta filogenetica chiamata tecnica rivela il nuovo sistema di regolamento del gene

Confrontando 140 hanno ordinato i genoma batterici, i ricercatori hanno scoperto un sistema per i geni di regolamentazione essenziali alla replica batterica - e la hanno fatta solamente dalle battiture del computer e dai clic di mouse.

Mikhail Gelfand, uno studioso internazionale della ricerca di Howard Hughes Medical Institute all'istituto per i problemi di trasmissione di informazioni (IITP) a Mosca ed il suo collega postdottorale, Dmitry Rodionov, genomica comparativa usata per identificare un nuovo sistema di fattore di trascrizione in batteri che reprime l'espressione dei geni ha compreso nel replicazione del dna. Hanno scandito le sequenze del gene e i proteomes di parecchi gruppi tassonomici di batteri, identificanti non solo una sequenza altamente conservata del segnale, ma anche il fattore di trascrizione regolatore che lo limitano, la natura del repressore del segnale ed altri geni egualmente hanno regolamentato da questo sistema.

“Abbiamo fornito una descrizione molto dettagliata di un sistema appena facendo la bioinformatica da solo,„ dice Gelfand, Direttore della ricerca e del centro di formazione dello IITP di bioinformatica. “È una prova del principio che potete ora andare un modo molto lungo da genomica comparativa.„ I loro risultati ora saranno pubblicati nell'emissione di luglio delle tendenze relative alla genetica, con la pubblicazione in anticipo online. Gelfand sta presentando il lavoro il 24 giugno 2005, alla riunione annuale degli studiosi internazionali della ricerca di HHMI in Mérida, il Messico.

Gelfand e Rodionov hanno iniziato la loro ricerca facendo uso di una tecnica chiamata impronta filogenetica per esaminare le sequenze verso l'alto del DNA di un gruppo di geni che codificano per gli enzimi della riduttasi del ribonucleotide. Questi enzimi convertono le particelle elementari del ribonucleotide di RNA in deoxyribonucleotides usati per costruire il DNA. Questa conversione è critica per la duplicazione di intero genoma di un batterio prima che si divida per riprodurrsi.

La ricerca ha rivelato una sequenza palindromica conservata che accade controcorrente da molti geni della riduttasi del ribonucleotide (Nrd). Un palindromo genetico è una sequenza dei nucleotidi su un filo di DNA che legge lo stessi come la sequenza sul filo opposto, solo indietro - una caratteristica comune delle sequenze del DNA che sono riconosciute dalle molecole regolarici. Hanno designato la sequenza la NrdR-casella.

Poiché il segnale è stato trovato in tanti diversi gruppi di batteri, i ricercatori hanno ritenuto che potrebbe rappresentare un meccanismo regolatore universale. La domanda seguente era se il segnale era promuovente o reprimente l'espressione dei geni di Nrd.

Il gruppo ha osservato che il loro segnale si sovrapponeva sempre con il segnale del promotore, la regione di DNA richiesta per l'inizio della conversione del gene a proteina. Le molecole che promuovono la trascrizione riconoscono e legano a questa sequenza, che si trova appena fuori del gene. I segnali del repressore funzionano comunemente permettendo che altre proteine leghino sopra la sequenza del promotore e blocchino fisicamente i promotori. Di conseguenza, il duo ha predetto che la NrdR-casella ha funzionato come sequenza del repressore.

Dopo, i ricercatori hanno identificato la proteina di fattore di trascrizione che lega alla NrdR-casella. Per fare questo, hanno usato un approccio che di bioinformatica chiamano il delineamento filogenetico, compilante una lista dei genoma che hanno contenuto chiaramente la NrdR-casella e quelle che non la hanno avuta chiaramente. Poi hanno cercato i proteomes di 63 specie di batteri, cercanti le proteine che hanno seguito rigorosamente lo stesso reticolo attuale-o-assente della NrdR-casella. Soltanto un cluster della proteina ha abbinato il reticolo ed ha rappresentato una famiglia delle proteine che hanno diviso i tratti dei fattori di trascrizione.

Per rinforzare la previsione che queste proteine erano i fattori di trascrizione che legano la NrdR-casella, il gruppo ha utilizzato un altro strumento genomica comparativo chiamato raggruppamento posizionale. Il raggruppamento posizionale approfitta del fatto che le sequenze dal punto di vista funzionale relative del gene (quali i geni per Nrd ed il suo fattore di trascrizione) abitano frequentemente nella stessa “vicinanza„ del cromosoma.

“Se state guardando in un genoma, molti geni saranno vicini dalla coincidenza,„ Gelfand hanno notato. “Ma se due geni sono vicini in molti diversi genoma, quindi sono probabili essere riferiti.„ Effettivamente, i geni di Nrd ed i geni di fattore di trascrizione hanno ragruppato insieme, fornendo la prova supplementare che la maschera regolatrice ritirata dal gruppo era corretta.

I ricercatori israeliani hanno mostrato simultaneamente attraverso “bagnano„ gli esperimenti di biologia nei batteri degli streptomiceti che un fattore di trascrizione da questa famiglia reprime l'espressione genica di Nrd nella cella batterica vivente, confermante le previsioni dei ricercatori russi. Sicuro che avevano identificato un nuovo repressore dei geni batterici, di Gelfand e di Rodionov ha cercato i genoma altro siti verso l'alto in cui la NrdR-casella ha accaduto. Hanno trovato che regolamenta altri geni relativi al replicazione del dna, quali gli enzimi che tagliano, inseriscono e districano il nuovo DNA come è sintetizzato e gli enzimi che sono compresi nel riciclaggio delle particelle elementari del nucleotide.

Sebbene il lavoro non abbia applicazione diretta a medicina umana, Gelfand ha precisato che molti antibiotici funzionano attaccando il trattamento del replicazione del dna batterico. Così, disse, questo lavoro ha identificato gli obiettivi potenziali per la progettazione delle droghe antibiotiche nuove. Ma più d'importanza, il lavoro mostra come le scoperte molecolari di interi sistemi di regolazione possono essere fatte con l'analisi attenta dei genoma--senza mai sollevare una pipetta, ha detto.

“Ci sono 100 enzimi che funzionano alla memoria di metabolismo batterico per cui i geni sono ancora sconosciuti,„ hanno detto Gelfand. Facendo uso degli strumenti multipli di bioinformatica può scoprire i sistemi delle cellule che potrebbero sfuggire alla rilevazione sperimentale, ha suggerito. “Confrontando le centinaia di genoma, potete vedere i reticoli che non sono veduti quando li esamina appena una coppia di.„