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El huella filogenético llamado técnica revela el nuevo sistema de la regla del gen

Comparando 140 ordenaron los genomas bacterianos, los investigadores han destapado un sistema para los genes de regulación esenciales para la réplica bacteriana - y la hicieron solamente por golpes de teclado y clic del ratón de la computador.

Mikhail Gelfand, escolar internacional de la investigación del Howard Hughes Medical Institute en el instituto para los problemas de transmisión de información (IITP) en Moscú, y su becario postdoctoral, Dmitry Rodionov, genómica comparativa usada para determinar un nuevo sistema del factor de la transcripción en bacterias que reprime la expresión de genes implicó en la réplica de la DNA. Exploraron series del gen y los proteomes de varios grupos taxonómicos de las bacterias, determinando no sólo una serie altamente conservada de la señal, pero también el factor regulador de la transcripción que lo limitan, la naturaleza del represor de la señal, y otros genes también regularon por este sistema.

“Ofrecimos una descripción muy detallada de un sistema apenas haciendo la bioinformática solamente,” dice a Gelfand, director de la investigación y del centro de formación del IITP de bioinformática. “Es una prueba del principio a que usted puede ir mismo un camino largo por genómica comparativa ahora.” Sus conclusión ahora serán publicadas en la aplicación de julio tendencias en genéticas, con la publicación temprana en línea. Gelfand está presentando el trabajo el 24 de junio de 2005, en la reunión anual de los escolares internacionales de la investigación de HHMI en Mérida, México.

Gelfand y Rodionov comenzaron su búsqueda usando una técnica llamada huella filogenético para revisar las series por aguas arriba de la DNA de un grupo de los genes que cifran para las enzimas de la reductasa del ribonucleótido. Estas enzimas convierten los bloques huecos del ribonucleótido del ARN en los deoxyribonucleotides usados para construir la DNA. Esta conversión es crítica para duplicar el genoma entero de una bacteria antes de que divida para reproducirse.

La búsqueda reveló una serie palindrómica conservada que ocurría contracorriente desde muchos genes de la reductasa del ribonucleótido (Nrd). Un palíndromo genético es una serie de nucleótidos en un cabo de la DNA que lee lo mismo que la serie en el cabo opuesto, sólo de retroceso - una característica común de las series de la DNA que son reconocidas por las moléculas reguladoras. Señalaron la serie la NrdR-caja.

Porque la señal fue encontrada en tan muchos grupos diversos de bacterias, los investigadores pensaron que puede ser que represente un mecanismo regulador universal. La pregunta siguiente era si la señal era que ascendía o de represión de la expresión de los genes de Nrd.

Las personas observaron que su señal recubrió siempre con la señal del promotor, la región de DNA requerida para el lanzamiento de la conversión del gen a la proteína. Las moléculas que ascienden la transcripción reconocen y atan a esta serie, que miente apenas fuera del gen. Las señales del represor trabajan común permitiendo que otras proteínas aten encima de la serie del promotor y cieguen físicamente a promotores. Por lo tanto, el dúo predijo que la NrdR-caja funcionó como una serie del represor.

Después, los investigadores determinaron la proteína del factor de la transcripción que ata a la NrdR-caja. Para hacer esto, utilizaron una aproximación de la bioinformática que llaman el perfilado filogenético, compilando un filete de los genomas que contuvieron sin obstrucción la NrdR-caja y los que no la tenían sin obstrucción. Entonces exploraron los proteomes de 63 especies de bacterias, buscando las proteínas que siguieron estrictamente la misma configuración presente-o-ausente que la NrdR-caja. Solamente un atado de la proteína igualó la configuración, y representó una familia de proteínas que compartieron rasgos de los factores de la transcripción.

Para fortalecer la predicción que estas proteínas eran los factores de la transcripción que atan la NrdR-caja, las personas utilizaron otra herramienta genomic comparativa llamada agrupamiento posicional. El agrupamiento posicional se aprovecha del hecho de que las series funcionalmente relacionadas del gen (tales como los genes para Nrd y su factor de la transcripción) habitan con frecuencia la misma “vecindad” del cromosoma.

“Si usted está observando en un genoma, muchos genes serán vecinos por coincidencia,” Gelfand observaron. “Pero si dos genes son vecinos en muchos genomas diversos, después son probables ser relacionados.” De hecho, los genes de Nrd y la transcripción descomponen en factores los genes agrupados juntos, proporcionando pruebas adicionales que el retrato regulador drenado por las personas estaba correcto.

Los investigadores israelíes mostraron simultáneamente por “mojan” experimentos de la biología en bacterias de los Streptomyces que un factor de la transcripción de esta familia reprime la expresión génica de Nrd en la célula bacteriana viva, confirmando las predicciones de los investigadores rusos. Confiado que habían determinado un nuevo represor de genes bacterianos, de Gelfand y de Rodionov exploró los genomas para otro los sitios por aguas arriba en donde ocurrió la NrdR-caja. Encontraron que regula otros genes relacionados con la réplica de la DNA, tal como las enzimas que cortan, pegan, y desenredan la nueva DNA como se sintetiza, y las enzimas que están implicadas en el reciclaje de bloques huecos del nucleótido.

Aunque el trabajo no tenga uso directo al remedio humano, Gelfand señaló que muchos antibióticos trabajan atacando el proceso de la réplica bacteriana de la DNA. Tan, él dijo, este trabajo ha determinado los objetivos potenciales para diseñar las nuevas drogas antibióticos. Pero más importantemente, el trabajo muestra cómo los descubrimientos moleculares de sistemas reguladores enteros se pueden hacer con el análisis cuidadoso de genomas--sin nunca levantar una pipeta, él dijo.

“Hay 100 enzimas que funcionan en la base del metabolismo bacteriano para la cual los genes son todavía desconocidos,” dijo a Gelfand. Usando las herramientas múltiples de la bioinformática puede destapar los sistemas de la célula que pudieron haber escape la detección experimental, él sugirió. “Comparando centenares de genomas, usted puede ver las configuraciones que no se consideran al observarlas apenas un par de.”