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Proteína-misfolding acelera a evolução do fermento

Sob o esforço, as pilhas de fermento podem desencadear um mecanismo notável baseado em proteína-misfolding isso dão-lhes características novas sem exigir mutações genéticas.

Os pesquisadores no laboratório de Susan Lindquist do membro de Whitehead têm mostrado agora que este mecanismo está provocado muito mais frequentemente como as pilhas se submetem ao esforço, sugerindo que estivesse costurado para jogar exactamente este papel na evolução.

O mecanismo é baseado em uma proteína do prião-um misfolded em uma configuração incomum que possa mudar sua função dentro de uma pilha.

“Quando as coisas forem óptimos, simplesmente uma em milhão aletas das pilhas de fermento no estado do prião,” observa Susan Lindquist. “Mas sob o esforço, o organismo não está mantendo sua proteína também, assim que é mais provável que lançará nesse estado. O mais se força, mais que é provável mudar a esse estado.”

No fermento, o prião [PSI+] é uma versão misfolded da proteína Sup35, que joga um papel chave em como as pilhas traduzem suas moléculas do RNA de mensageiro em proteínas. Uns estudos mais adiantados mostraram que [PSI+] muda como extremidades da tradução do RNA de mensageiro, assim descobrindo variações genéticas escondidas criando as proteínas alteradas que mudam a pilha.

A maioria dos fenótipos resultantes (variações do organismo) não têm nenhum efeito na sobrevivência da pilha nem fazem coisas mais ruins. “Mas aproximadamente um quarto do tempo, os fenótipos são bons,” diz Lindquist, que é igualmente um investigador do Howard Hughes Medical Institute e um professor da biologia em Massachusetts Institute of Technology. “Às vezes o fermento pode crescer em fontes de energia que não poderia crescer sobre antes, ou em antibióticos do withstand não poderia suportar.”

Mas era apenas uma coincidência, como alguns biólogos mantiveram, que as pilhas de fermento mantiveram este mecanismo para centenas de milhões de anos? Ou evoluiu realmente como uma maneira para que o fermento evolua mais rapidamente?

Desde que a mudança que induz é mais comumente prejudicial do que benéfico, se este mecanismo é significado realmente acelerar a evolução, deve se transformar umas circunstâncias inferiores mais comuns que sejam fatigantes para os pilha-ambientes que não são seridos ao fenótipo actual da pilha. Isto é, Lindquist diz, nas situações onde vale tomando uma possibilidade.

Para testar esta hipótese, os cientistas examinaram primeiramente o que os genes puderam ajudar a induzir o estado do prião, arando através do genoma inteiro de Saccharomyces Cerevisiae, o fermento do padeiro comum que os biólogos estudaram intensiva por muitos anos. Jens Tyedmers, um autor principal no papel publicado na biologia de PLoS o 25 de novembro, testado 4700 tensões do fermento que cada um faltou um dos genes no genoma de fermento, e testado então a capacidade de cada tensão para criar o prião.

Entre as tensões as mais bem sucedidas em gerar prião, “nós encontramos muitos genes que são envolvidos basicamente em regular a resposta de uma pilha ao esforço,” relatamos Tyedmers, anteriormente um postdoc no laboratório de Lindquist e agora um líder de projecto de investigação no centro para a biologia molecular em Heidelberg, Alemanha.

Com esse incentivo, Maria Lucia Madariaga, um outro autor principal no papel, foi sobre fazer testes de esforço no fermento.

“Nós quisemos usar algumas circunstâncias que você encontraria na natureza,” notamos Madariaga, anteriormente um aluno diplomado no laboratório de Lindquist e agora um candidato da DM na Faculdade de Medicina de Harvard. O “fermento que pendura para fora em um vinhedo é sujeito ao calor, ao sal e a outro esforços.”

Após ter criado estes ambientes resistentes em pratos de Petri, os pesquisadores viram que quando as pilhas de fermento não cresceram correctamente mais, começaram formar o prião mais frequentemente. “Alguma da produção aumentada estes esforços até a dobra 60, um efeito inesperada grande do prião,” diz Madariaga.

“Quando as coisas forem óptimos, simplesmente uma em milhão aletas das pilhas de fermento no estado do prião,” observa Lindquist. “Mas sob o esforço, o organismo não está mantendo sua proteína também, assim que é mais provável que lançará nesse estado. O mais se força, mais que é provável mudar a esse estado.”

Esse encontrar ajuda a fazer ao caso auxílios desse este mecanismo na evolução de aceleração. “É sempre difícil provar todo o argumento sobre como um mecanismo evoluiu, mas este oferece uma história lógica coerente,” diz.

A funcionalidade similar do prião aparece em outras espécies de fermento que evoluíram sobre uma escala de 800 milhão-anos, Lindquist adiciona. “É muito duro compreender como este organismo permitiria aquele a menos que o mecanismo estiver servindo realmente uma finalidade útil às vezes.”

Quando os fenótipos novos do prião-estado puderem passar sobre suas mudanças a seus descendentes, são igualmente bastante prováveis perder seus prião. Mas se os fenótipos são bem sucedidos bastante, a pressão selectiva no organismo pode revelar as variações genéticas subjacentes que lhes deram seus talentos no primeiro lugar.

Mais conhecido como os agentes infecciosos na doença das vacas loucas, prião igualmente podem jogar papéis positivos na biologia, os cientistas sublinham. “Um prião não é necessariamente prejudicial; no fermento pode ser uma maneira diferente para que uma pilha codifique a informação,” diz Tyedmers.