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Discernimiento fundamental sobre la evolución de la proteína

Mientras que exploraban para los nuevos objetivos para las drogas y las vacunas de la malaria, las personas incluyendo una persona (HHMI) del estudiante de medicina del Howard Hughes Medical Institute alcanzaron un discernimiento fundamental sobre la evolución: diversas especies hacen uso de equipos similares de proteínas en maneras diferentes.

“Hemos observado que los organismos pueden compartir muchas proteínas similares pero conservar la función paralela muy pequeña entre ellas,” dijimos a Taylor Sittler, estudiante de medicina en la universidad de la Facultad de Medicina de Massachusetts en Worcester, Massachusetts. “Por ejemplo, falciparum del Plasmodium--el parásito que causa malaria--las partes con su ordenador principal humano muchas proteínas implicadas en la formación de los cromosomas durante la división celular, pero esas proteínas pueden obrar recíprocamente en maneras diferentes, creando diversos caminos celulares e incluso funciones totalmente diversas. Esto contradice el paradigma actualmente validado que obran recíprocamente las proteínas compartidas simple porque se conservan sus genes. Era muy inesperado,” él agregó.

La malaria es la tercera causa de cabeza de la muerte de la enfermedad infecciosa en el mundo, después de tuberculosis y de SIDA. La Organización Mundial de la Salud estima la enfermedad aguda de las causas del parásito en unos 300 millones de personas de cada año, dando por resultado cerca de 2,7 millones de muertes.

Sittler, que conducto la investigación durante su año de la beca de HHMI en la Universidad de California en San Diego (UCSD), es co-primer autor en un papel publicado en la aplicación del 3 de noviembre de 2005 la naturaleza del gorrón. El papel co-fue sido autor por dos colegas del UCSD, Silpa Suthram, candidato del Ph.D. en bioinformática, y Trey Ideker, profesor adjunto de la bioingeniería.

Las personas hicieron el descubrimiento mientras que compara redes de la proteína del falciparum del P. a las redes de la proteína en cuatro organismos modelo: levadura, moscas del vinagre, ascárides, y píloros de Helicobacter, las bacterias que causa úlceras estomacales. Su análisis drenó en los datos desarrollados por los campos de Stanley del investigador de HHMI, un profesor de la genética y el experto del genoma de levadura en la universidad de Washington en Seattle, y publicados en la misma aplicación la naturaleza.

El descubrimiento muestra la potencia que brota del proteomics, el estudio sistemático de proteínas. Si los genes de un organismo comprenden su heliografía, después las proteínas son la madera de construcción, tejas, y otros materiales de construcción. Los investigadores de Proteomics estudian cómo las proteínas--cuáles son las moléculas biológicas más grandes--mantenga la célula unida, comunique con otras células, tramite los alimentos en energía, y realice los otros trabajos. Comparando las proteínas en diversos organismos, los investigadores pueden determinar cada proteína dentro de caminos celulares. En el caso de organismos enfermedad-que causan, esto puede llevar a las nuevas ideas sobre cómo desarmar el patógeno.

Sittler y los colegas en el UCSD, donde él ganó un masters en bioingeniería, desarrollaron una herramienta de explotación de datos llamada PathBlast para ayudar a acelerar la comparación de proteínas. En vez de comparar las únicas proteínas de diversos organismos, PathBlast compara redes enteras de proteínas. Mientras que las únicas proteínas realizan tareas específicas, los organismos necesitan redes de proteínas lograr trabajos complicados, tales como invasión de la división celular o, en el caso del parásito del Plasmodium, del ordenador principal.

Sittler explicó el valor del análisis de red de la proteína: “Si usted sabe ciertas proteínas están implicadas en la invasión de glóbulos rojos”--algo que el Plasmodium sobresale en los seres humanos--“usted puede conjeturar que las proteínas que obran recíprocamente con esas proteínas también están implicadas en la invasión de los glóbulos rojos.”

O, como co-primer Suthram autor póngalo: El “análisis de interacción de la proteína le da una segunda fuente de información sobre el organismo. Ahora usted puede comparar la serie de la DNA y las redes de la proteína. Eso es lo que hace PathBlast.”

Los científicos entienden la función muy de pocas redes de la proteína, en parte porque el proteomics es relativamente un nuevo campo. Sittler y su PathBlast desarrollado colegas a ayudar a llenar algunos de los entrehierros. Mientras que tamiza con millares de acciones recíprocas de la proteína, PathBlast destaca las redes en un organismo que aparecen similares a las de otro. Los investigadores llaman estas “redes conservadas.”

Usando PathBlast, Sittler y sus colegas buscados conservaron redes entre el falciparum del P. y los cuatro organismos modelo, preveyendo encontrar indirectas sobre cómo el parásito opera. “Esperábamos encontrar algunas proteínas que serían objetivos excelentes para las vacunas o los nuevos productos farmacéuticos,” dijimos a Sittler.

En lugar, descubrieron que el falciparum del P. es muy diferente de los otros organismos. No comparte solamente tres redes de la proteína con levadura y ningunas con la mosca del vinagre, el ascáride, o úlcera-causar bacterias. En cambio, la levadura y la mosca del vinagre comparten 61 redes de la proteína.

“Qué esto apunta es esa función de la proteína puede cambiar, a veces dramáticamente, con relativamente un pequeño cambio en serie de la DNA,” dijo a Sittler. “Usted puede cambiar algunos pares bajos, y la proteína pudo adquirir un papel totalmente diverso.” O, desplegándose en la analogía de la construcción, “un clavo tiene que desarrollar simple una curva, y usted tiene de pronto un gancho de leva.”

“Esto es un papel importante,” dijo a José Vinetz, biólogo de los sistemas en el UCSD y el escolar anterior de la investigación de HHMI-NIH que estudia malaria en el laboratorio y en el campo, en Perú. “Muestra que el Plasmodium se puede utilizar para aprender sobre ser la base de mecanismos biológicos, apenas como otros organismos modelo.”

De estudios anteriores que compararon el genoma del falciparum del P. al de la otra especie, los científicos sabían ya que el parásito es un bicho raro evolutivo--el más de 60 por ciento de sus 5.334 proteínas no se encuentra en otros organismos. Pero, Sittler encontró, el grado de protección de la red de la proteína es incluso más pequeño. “Preveímos que el Plasmodium fuera diferente. Es parte de un grupo de organismos, obliga los parásitos, que son diferentes de bacterias y del resto de los organismos multicelulares,” él dijo. “Pero estadístico hablando, cuando comenzamos a observar las redes de la proteína, el grado de desemejanza fue mucho más alla de lo que preveímos.”

Sin embargo, una de las redes de la proteína que el falciparum del P. comparte con levadura--un complejo implicado en la invasión de la célula--puede, en el extremo, ayudar a las personas a alcanzar su meta original. “Determinamos un complejo del Plasmodium que puede ser giratorio para una mejor comprensión del mecanismo de la acción de las drogas que tratan malaria y ofrecen los objetivos de la proteína para los nuevos productos farmacéuticos,” dijo a Sittler.