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Comprensione fondamentale circa evoluzione della proteina

Mentre cercava i nuovi obiettivi per le droghe ed i vaccini di malaria, un gruppo compreso un collega (HHMI) dello studente di medicina di Howard Hughes Medical Institute ha raggiunto una comprensione fondamentale circa evoluzione: le specie differenti usano i simili insiemi delle proteine nei modi diversi.

“Abbiamo osservato che gli organismi possono dividere molte simili proteine ma conservare la funzione parallela pochissima loro,„ abbiamo detto Taylor Sittler, uno studente di medicina all'università di facoltà di medicina di Massachusetts a Worcester, Massachusetts. “Per esempio, falciparum del plasmodio--il parassita che causa la malaria--le azioni con il suo host umano molte proteine in questione nella formazione dei cromosomi durante la divisione cellulare, ma quelle proteine possono interagire nei modi diversi, creando le vie cellulari differenti e perfino le funzioni interamente differenti. Ciò contraddice il paradigma corrente accettato che le proteine comuni interagiscono semplicemente perché i loro geni sono conservati. Era abbastanza inattesa,„ ha aggiunto.

La malaria è la terza causa principale della morte della malattia infettiva nel mondo, dopo la tubercolosi e l'AIDS. L'organizzazione mondiale della sanità stima ogni anno la malattia acuta di cause del parassita in circa 300 milione di persone, con conseguente circa 2,7 milione morti.

Sittler, che ha condotto la ricerca durante il suo anno di amicizia di HHMI all'università di California a San Diego (UCSD), è co-primo autore su un documento pubblicato nell'emissione del 3 novembre 2005 della natura del giornale. Il documento co-è stato creato da due colleghi del UCSD, Silpa Suthram, un candidato di Ph.D. in bioinformatica e Trey Ideker, un assistente universitario della bioingegneria.

Il gruppo ha fatto la scoperta mentre confrontando le reti della proteina del falciparum del P. alle reti della proteina in quattro organismi di modello: lievito, mosche di frutta, ascaridi e pilori di Helicobacter, i batteri che causa le ulcere allo stomaco. La loro analisi ha attinto i dati elaborati dai campi di Stanley del ricercatore di HHMI, da un professore della genetica e dall'esperto nel genoma di lievito all'università di Washington a Seattle e pubblicati nella stessa emissione della natura.

La scoperta montra la potenza germogliante del proteomics, lo studio sistematico delle proteine. Se i geni di un organismo comprendono la sua cianografia, quindi le proteine sono il legname, assicelle ed altri materiali da costruzione. I ricercatori di Proteomics studiano come proteine--quale sono le più grandi molecole biologiche--tenga insieme la cella, comunichi con altre celle, trasformi le sostanze nutrienti in energia ed effettui i vari processi. Confrontando le proteine negli organismi differenti, i ricercatori possono identificare ogni proteina all'interno delle vie cellulari. Nel caso degli organismi malattia-causanti, questo può piombo alle nuove idee circa come disarmare l'agente patogeno.

Sittler ed i colleghi al UCSD, in cui utile una laurea in bioingegneria, hanno sviluppato uno strumento di data mining chiamato PathBlast per contribuire ad accelerare il confronto delle proteine. Invece di paragone delle proteine singole dagli organismi differenti, PathBlast confronta le intere reti delle proteine. Mentre le singole proteine eseguono le mansioni specifiche, gli organismi hanno bisogno delle reti delle proteine di compire i processi complicati, quale l'invasione ospite, del parassita del plasmodio nel caso, o della divisione cellulare.

Sittler ha spiegato il valore dell'analisi di rete della proteina: “Se sapere determinate proteine sono comprese nell'invasione dei globuli rossi„--qualcosa che il plasmodio eccella negli esseri umani--“potete congetturare che le proteine che interagiscono con quelle proteine egualmente sono comprese in globuli rossi d'invasione.„

O, come co-primo Suthram autore mettalo: “L'analisi d'interazione della proteina vi dà una seconda fonte di informazione circa l'organismo. Ora potete confrontare sia la sequenza del DNA che le reti della proteina. Quello è che cosa PathBlast fa.„

Gli scienziati capiscono la funzione molto di poche reti della proteina, in parte perché il proteomics è un campo relativamente nuovo. Sittler ed il suo PathBlast sviluppato colleghi da contribuire a colmare alcune delle lacune. Mentre setaccia con migliaia di interazioni della proteina, PathBlast evidenzia le reti in un organismo che sembrano simili a quelle di un altro. I ricercatori chiamano queste “reti conservate.„

Facendo uso di PathBlast, Sittler ed i suoi colleghi cercati hanno conservato le reti fra il falciparum del P. ed i quattro organismi di modello, pensanti trovare i suggerimenti circa come il parassita funziona. “Stavamo sperando di trovare alcune proteine che sarebbero obiettivi eccellenti per i vaccini o i nuovi prodotti farmaceutici,„ abbiamo detto Sittler.

Invece, hanno scoperto che il falciparum del P. è molto differente dagli altri organismi. Non ne divide le soltanto tre reti della proteina con lievito e con la mosca di frutta, l'ascaride, o ulcera-causare i batteri. Al contrario, il lievito e la mosca di frutta dividono la 61 rete della proteina.

“Cui questo indica è quella funzione della proteina può cambiare, a volte drammaticamente, con relativamente un piccolo cambio nella sequenza del DNA,„ ha detto Sittler. “Potete cambiare alcune coppie di basi e la proteina potrebbe intraprendere un ruolo interamente differente.„ O, spiegando l'analogia della costruzione, “un chiodo deve sviluppare semplicemente una curvatura ed avete improvvisamente un amo.„

“Questo è un documento importante,„ ha detto Joseph Vinetz, un biologo dei sistemi al UCSD ed ex studioso della ricerca di HHMI-NIH che studia la malaria in laboratorio e nel campo, nel Perù. “Indica che il plasmodio può essere usato per imparare circa essere alla base dei meccanismi biologici, appena come altri organismi di modello.„

Dagli studi più iniziali che hanno confrontato il genoma del falciparum del P. a quello di altre specie, gli scienziati già hanno saputo che il parassita è una persona stravagante evolutiva--più di 60 per cento delle sue 5.334 proteine non sono trovati in altri organismi. Ma, Sittler ha trovato, il grado di conservazione della rete della proteina è ancora più piccolo. “Abbiamo invitare il plasmodio per essere differente. Fa parte di un gruppo di organismi, obbliga i parassiti, che sono differenti dai batteri e da tutti gli altri organismi multicellulari,„ lui ha detto. “Ma statisticamente parlando, quando abbiamo cominciato esaminare le reti della proteina, il grado di diversità è andato molto al di là di cui abbiamo preveduto.„

Tuttavia, una delle reti della proteina che il falciparum del P. divide con lievito--un complesso in questione nell'invasione delle cellule--può, alla fine, aiutare il gruppo a raggiungere il loro scopo originale. “Abbiamo identificato un complesso del plasmodio che può essere chiave per una migliore comprensione del meccanismo di atto delle droghe che trattano la malaria e forniscono gli obiettivi della proteina per i nuovi prodotti farmaceutici,„ ha detto Sittler.