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O footprinting filogenética chamado técnica revela o sistema novo do regulamento do gene

Comparando 140 arranjaram em seqüência genomas bacterianos, os pesquisadores descobriram um sistema para os genes de regulamento essenciais à réplica bacteriana - e fizeram-na unicamente por introdução por teclado e por cliques do rato do computador.

Mikhail Gelfand, um erudito internacional da pesquisa do Howard Hughes Medical Institute no instituto para os problemas de transmissão da informação (IITP) em Moscovo, e seu companheiro pos-doctoral, Dmitry Rodionov, genómica comparativa usada para identificar um sistema novo do factor da transcrição nas bactérias que reprimisse a expressão dos genes envolveu na réplica do ADN. Fizeram a varredura de seqüências do gene e de proteomes de diversos grupos taxonomic de bactérias, identificando não somente uma seqüência altamente conservada do sinal, mas igualmente o factor regulador da transcrição que o limitam, a natureza do repressor do sinal, e outros genes igualmente regularam por este sistema.

“Nós fornecemos uma descrição muito detalhada de um sistema apenas fazendo a bioinformática apenas,” diz Gelfand, director da pesquisa do IITP e do centro de aprendizado da bioinformática. “É uma prova do princípio que você possa ir uma maneira muito longa pela genómica comparativa agora.” Seus resultados serão publicados na introdução de julho das tendências nas genéticas, com a publicação adiantada agora em linha. Gelfand está apresentando o trabalho o 24 de junho de 2005, na reunião anual de eruditos internacionais da pesquisa de HHMI em Mérida, México.

Gelfand e Rodionov começaram sua busca usando uma técnica chamada footprinting filogenética para rever as seqüências ascendentes do ADN de um grupo de genes que codificam para enzimas do reductase do ribonucleotide. Estas enzimas convertem os blocos de apartamentos do ribonucleotide de RNA nos deoxyribonucleotides usados para construir o ADN. Esta conversão é crítica para duplicar o genoma inteiro de uma bactéria antes que se divida para reproduzir.

A busca revelou uma seqüência palíndroma conservada que ocorre a montante de muitos genes do reductase do ribonucleotide (Nrd). Um palíndromo genético é uma seqüência dos nucleotides em uma costa do ADN que lê o mesmos como a seqüência na costa oposta, simplesmente para trás - uma característica comum das seqüências do ADN que são reconhecidas por moléculas reguladoras. Designaram a seqüência a NrdR-caixa.

Porque o sinal foi encontrado em tão muitos grupos diversos de bactérias, os pesquisadores pensaram que pôde representar um mecanismo regulador universal. A pergunta seguinte era se o sinal era de promoção ou reprimindo a expressão de genes de Nrd.

A equipe observou que seu sinal sobreps sempre com o sinal do promotor, a região de ADN exigida para a iniciação da conversão do gene à proteína. As moléculas que promovem a transcrição reconhecem e ligam a esta seqüência, que se encontra apenas fora do gene. Os sinais do Repressor trabalham geralmente permitindo que outras proteínas liguem sobre a seqüência do promotor e obstruam fisicamente promotores. Conseqüentemente, o duo previu que a NrdR-caixa funcionou como uma seqüência do repressor.

Em seguida, os pesquisadores identificaram a proteína do factor da transcrição que liga à NrdR-caixa. Para fazer este, usaram uma aproximação que da bioinformática chamam o perfilamento filogenética, compilando uma lista de genomas que contiveram claramente a NrdR-caixa e aquelas que claramente não a tivessem. Então procurararam os proteomes de 63 espécies de bactérias, procurando as proteínas que seguiram restrita o mesmo teste padrão actual-ou-ausente que a NrdR-caixa. Somente um conjunto da proteína combinou o teste padrão, e representou uma família das proteínas que compartilharam de traços de factores da transcrição.

Para reforçar a previsão que estas proteínas eram os factores da transcrição que ligam a NrdR-caixa, a equipe usou uma outra ferramenta genomic comparativa chamada aglomeração posicional. A aglomeração posicional aproveita-se do facto de que as seqüências funcional relacionadas do gene (tais como os genes para Nrd e seu factor da transcrição) habitam freqüentemente a mesma “vizinhança” do cromossoma.

“Se você está olhando em um genoma, muitos genes serão vizinhos pela coincidência,” Gelfand notaram. “Mas se dois genes são vizinhos em muitos genomas diversos, a seguir são prováveis ser relacionados.” Certamente, os genes de Nrd e a transcrição fatoram os genes aglomerados junto, fornecendo a evidência adicional que a imagem reguladora desenhada pela equipe estava correcta.

Os pesquisadores israelitas mostraram simultaneamente através “molham” experiências da biologia nas bactérias dos Streptomyces que um factor da transcrição desta família reprime a expressão genética de Nrd na pilha bacteriana viva, confirmando as previsões dos pesquisadores do russo. Seguro que tinham identificado um repressor novo de genes bacterianos, de Gelfand e de Rodionov procurarou genomas por outro os locais ascendentes onde a NrdR-caixa ocorreu. Encontraram que regula outros genes relativos à réplica do ADN, tal como as enzimas que cortam, colam, e desembaraçam o ADN novo como é sintetizado, e as enzimas que são envolvidas em recicl blocos de apartamentos do nucleotide.

Embora o trabalho não tivesse a aplicação directa à medicina humana, Gelfand indicou que muitos antibióticos trabalham atacando o processo de réplica bacteriana do ADN. Tão, disse ele, este trabalho identificou alvos potenciais para projetar drogas antibióticas novas. Mas mais importante, o trabalho mostra como as descobertas moleculars de sistemas reguladores inteiros podem ser feitas com a análise cuidadosa dos genomas--sem nunca levantar uma pipeta, disse.

“Há 100 enzimas que funcionam no núcleo do metabolismo bacteriano para que os genes são ainda desconhecidos,” disse Gelfand. Usar ferramentas múltiplas da bioinformática pode descobrir os sistemas da pilha que puderam ter escapado a detecção experimental, ele sugeriu. “Comparando centenas de genomas, você pode ver os testes padrões que não são considerados ao os olhar apenas um par.”