¿Qué es el genoma?

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Sintetizado por primera vez un cromosoma eucariota “de diseño”

sábado, 29 de marzo de 2014

Sintetizado por primera vez un cromosoma eucariota “de diseño”
Un equipo internacional de científicos ha logrado crear un cromosoma eucariota en el laboratorio. En concreto, han sintetizado el de la levadura Saccharomyces cerevisiae, con el que se fabrica el pan, la cerveza y el vino. Este logro supone un gran paso en el campo de la biología sintética que permitirá el diseño de microorganismos para producir nuevos medicamentos, materias primas para la alimentación y biocombustibles.

Desde que en 2010 el empresario científico Craig Venter anunciara que había logrado crear una bacteria artificial, las técnicas de síntesis de ADN han mejorado rápidamente. Con estos conocimientos, los científicos eran capaces de armar sencillos genomas procariotas, por ejemplo, en bacterias; pero armar un genoma eucariota –más complejo y con el ADN dentro del núcleo–, como el de la levadura, era una hazaña.

En 1996 los científicos lograron trazar el mapa genético completo de la levadura. Este organismo unicelular se usa para producir cerveza, biocombustible y medicinas.

Pero si además se le equipa de un conjunto completo de cromosomas sintéticos y cambiables, como el que ha diseñado un equipo científico dirigido por Jef Boeke, director del NYU Langone Medical Center, se pueden crear versiones mejoradas de estas importantes materias primas, incluidos nuevos antibióticos o biocombustibles respetuosos con el medio ambiente.

“Hemos creado una versión modificada de una secuencia de cromosoma natural. Se trata de una versión sintética de la versión nativa”, declara a Sinc Boeke, que es pionero en biología sintética. El trabajo se publica en la revista Science.

Pese a que los investigadores solo sintetizaron uno de los 16 cromosomas de la levadura en este estudio, su esfuerzo representa un paso crucial para construir un genoma eucariota entero.

“El siguiente paso que vamos a dar es trabajar con grupos internacionales para tratar de sintetizar los otros 15 cromosomas de la levadura y ser capaces de ver cómo evoluciona la nueva para saber más acerca de cómo está ‘conectado’ su genoma”, añade el científico.

Esto implicaría que tal genoma podría servir, no solo como una herramienta altamente versátil para producir sustancias comerciales, sino también para aprender más sobre la biología del genoma; por ejemplo, cómo se construyen los genomas, cómo están organizados y qué los hace funcionar.

Según Boeke, “la levadura S. cerevisiae es una de las que se puede manipular genéticamente de manera más fácil, por ello centramos el trabajo en ella. Además, sabemos más sobre esta levadura que sobre cualquier otro microorganismo, con la excepción de E. coli”.

Diseño por ordenador y células vivas

El genoma de la levadura de cerveza eucariota comprende 12 millones de nucleótidos, o letras genéticas, hilvanadas en un orden particular. Los investigadores se centraron en el cromosoma III de la levadura, que comprende más del 2,5% de estos nucleótidos.

Para ello, usaron un software que les permitió hacer pequeños cambios en dicho cromosoma, con el que movieron algunas de las regiones repetitivas y menos utilizadas de ADN entre los genes.

Posteriormente, los científicos construyeron una versión actual del cromosoma hilvanando nucleótidos individuales –bloques de construcción químicos de los genes– y pusieron pequeños marcadores denominados ‘loxPsym’ al lado de los genes que creyeron no esenciales –por lo que podían cambiarlos o borrarlos– y ver si la levadura sobrevivía.

Pusieron estos cromosomas artificiales en células vivas de levadura y comprobaron la habilidad de las células alteradas para crecer en diversos nutrientes y en condiciones distintas.

En cada caso, la versión equipada con un cromosoma sintético funcionó de manera indistinguible de la levadura nativa.

"Este trabajo representa el paso más importante para construir el genoma completo de una levadura sintética", dice Boeke. “Pero el hito que realmente cuenta –añade– es la integración en una célula de levadura viva. Hemos demostrado que las células de levadura que llevan este cromosoma sintético se comportan de manera casi idéntica a las células de levaduras naturales. Tan solo que estas poseen nuevas funciones", asegura el investigador.

Los científicos manipularon las células de levadura al activar varios sitios ‘loxPsym’ para alterar o borrar los genes. Así descubrieron que algunas células crecieron más lentamente.

Otras, con diferente recombinación de genes, crecieron muy rápidamente. Al recombinar el ADN de diferente manera, los científicos creen que serán capaces de generar organismos para hacer más etanol que la levadura natural, por ejemplo, o que pueda crecer mejor en entornos hostiles.

"Cuando se modifica el genoma, un cambio incorrecto puede causar la muerte de la célula. Hemos hecho más de 50.000 cambios en el código de ADN en el cromosoma y nuestra levadura aún vive. Esto es notable y demuestra que nuestra cromosoma sintético es resistente, y que dota a la levadura con nuevas propiedades", subraya Boeke.

Este trabajo establece a la levadura, la eucariota elegida, como la base para la biología del genoma eucariota de diseño.

SINC

Descrito el ADN regulador del páncreas humano

lunes, 13 de enero de 2014

Descrito el ADN regulador del páncreas humano
Un equipo internacional de investigadores ha identificado la información del genoma humano que regula la actividad de los genes en los islotes del páncreas humano. Los resultados demuestran que el mal funcionamiento de dichas regiones está asociado al desarrollo de la diabetes.

Un estudio en el que ha participado el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha identificado la información del genoma humano que regula la actividad de los genes en los islotes del páncreas humano.

Los investigadores han logrado demostrar, en un estudio publicado en la revista Nature Genetics, que el mal funcionamiento de dichas regiones está asociado al desarrollo de la diabetes.

Los autores han descrito el conjunto de regiones reguladoras del genoma que opera en los islotes del páncreas humano, encargados de fabricar insulina.

Para ello, han combinado estudios de marcas epigenómicas, mapas globales de unión de factores de transcripción al genoma, análisis de expresión génica y ensayos de estructura de la cromatina.

“Hemos demostrado que los genes que se activan específicamente en los islotes están controlados por grupos de regiones genómicas reguladoras. Estos grupos establecen contactos físicos con sus genes dianas generando estructuras tridimensionales de la cromatina específicas para dichos genes”, explica José Luis Gómez‐Skarmeta, investigador del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CSIC / Universidad Pablo de Olavide).

Mutaciones y enfermedades humanas

Menos del 5% ADN humano contiene genes que sirven para producir proteínas. El resto contiene secuencias que permiten que unos y no otros genes se activen en determinados órganos, y por lo tanto definen su función. Estas secuencias de ADN no‐codificante se denominan regiones reguladoras.

Los expertos han desarrollado métodos para identificar las regiones reguladoras de forma global en el genoma, lo que ha hecho que ADN no codificante haya sido en gran medida desconocido durante muchos años.

“Este ha sido el motivo que ha llevado a llamarlo ADN basura hasta hace muy poco. Nosotros hemos aplicado dichas tecnologías genómicas para identificar las regiones reguladoras que operan en los islotes del páncreas”, explica Jorge Ferrer, que pertenece al Imperial College de Londres y al Instituto de Investigaciones Biomédicas August Pi i Sunyer de Barcelona y uno de los autores.

Variaciones en la diabetes

Hasta ahora, la inmensa mayoría de mutaciones conocidas que causan enfermedades humanas se situaban en el ADN que codifica proteínas. En el resto del ADN, todos los seres humanos tienen muchas variaciones, pero al no existir mapas funcionales de estas regiones no es posible determinar qué variaciones podrían ser relevantes para la aparición de enfermedades.

Las distintas regiones reguladoras identificadas están enriquecidas en variaciones de la secuencia de ADN asociadas a diabetes, y que interfieren con la actividad reguladora, causando con ello un aumento del riesgo de padecer dicha enfermedad.

“Esta información ayudará a comprender a nivel molecular por qué algunas personas tienden a desarrollar diabetes”, concluye el primer autor del trabajo, Lorenzo Pascuali, del Instituto de Investigaciones Biomédicas August Pi i Sunyer de Barcelona.

CSIC | SINC

El genoma del tiburón elefante revela el origen de la calcificación de los huesos

jueves, 9 de enero de 2014

El genoma del tiburón elefante revela el origen de la calcificación de los huesos
Un estudio internacional con participación española ha secuenciado por primera vez el ADN de un pez cartilaginoso. Los resultados han permitido identificar un grupo de genes implicados en la calcificación de los huesos, y han demostrado además que el tiburón elefante ha evolucionado incluso menos que el celacanto, conocido como "fósil viviente".

Los peces cartilaginosos, como los tiburones, divergieron de los vertebrados óseos hace unos 450 millones de años. Un reciente estudio internacional con participación española ha secuenciado por primera vez el genoma del tiburón elefante (Callorhinchus milii) y ha identificado un grupo de genes implicados en la calcificación de los huesos.

El trabajo, publicado esta semana en la revista Nature, ha utilizado la genómica comparada para estudiar la evolución del sistema esquelético y el proceso de calcificación de los huesos.

“Hemos analizado por primera vez el genoma de un tiburón y lo hemos comparado con el de vertebrados como los humanos, que tienen huesos calcificados”, explica a SINC Tomás Marqués Bonet, uno de los autores e investigador del Instituto de Biología Evolutiva, un centro conjunto de la Universidad Pompeu Fabra y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).

Los científicos encontraron así un grupo de genes común a todos los vertebrados que, sin embargo, estaban ausentes en el tiburón, por lo que pensaron que debían ser los responsables de la calcificación de los huesos.

Para confirmar su hipótesis, llevaron a cabo un experimento con peces cebra, una especie con huesos calcificados muy utilizada en los laboratorios.

“Borramos los genes que no estaban en el tiburón y creamos un pez cebra prácticamente sin huesos calcificados –expone Marqués–. Es la prueba final de que estos genes son responsables de la calcificación de los huesos”.

Según el experto, estos hallazgos ayudarán a la comprensión de enfermedades óseas como la osteoporosis y el desarrollo de estrategias terapeúticas más eficaces.

Un fósil viviente

El estudio ha servido también para constatar que el tiburón elefante tiene la evolución más lenta de todos los vertebrados, incluido el famoso pez celacanto, conocido como el ‘fósil viviente’.

“El ejemplo arquetípico de evolución lenta es el celacanto pero el tiburón elefante, que es un tipo de tiburón muy raro, ha cambiado incluso menos”, destaca el investigador catalán.

La especie vive en los fondos oceánicos de Australia y Nueva Zelanda en un entorno que se ha mantenido prácticamente inalterado durante millones de años.

“No ha habido presión selectiva para que este pez tenga que cambiar –explica Marqués–. Si coges los fósiles de hace millones de años tienen exactamente la misma forma que los individuos que puedes ver hoy vivos en la Tierra”.

Además de estos resultados, la investigación proporcionó una serie de hallazgos inesperados relacionados con la inmunidad adquirida. Este sistema de defensa del organismo se desarrolla al entrar en contacto con los patógenos y, según se creía, requiere de la presencia de un grupo especial de células inmunes, las CD4.

“Lo sorprendente ha sido encontrar que los tiburones tienen inmunidad adquirida, porque vemos algunos de los componentes presentes en todos los vertebrados, pero les falta este tipo de moléculas que hasta ahora creíamos crucial”, destaca el experto.

“Aún no conocemos la explicación pero esta información indica que tenemos que replantearnos algunos aspectos del funcionamiento del sistema inmunitario”, añade.

SINC

Secuencian el genoma de los cloroplastos del madroño

sábado, 4 de enero de 2014

Secuencian el genoma de los cloroplastos del madroño
Investigadores de la universidades de Valencia y de Alcalá han secuenciado por primera vez el genoma de los cloroplastos de la planta del madroño (Arbustus unedo), lo que supone una novedad mundial en lo que se refiere a plantas de vida silvestre del Mediterráneo.

El estudio, recién publicado en la revista "Plos One", ha sido desarrollado por investigadores del Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva de la Universidad de Valencia, dirigidos por la catedrática Eva Barreno, en colaboración con los profesores Eva del Campo y Leonardo Casano de la Universidad de Alcalá.

El grupo de investigadores ha descubierto que este genoma presenta pérdidas de genes, duplicaciones y significativas recolocaciones -debidas a inversiones- que, a pesar de todo, han mantenido su tamaño medio -150.897 nucleótidos- en relación al de otros de plantas con flores (angiospermas).

Algunas de estas modificaciones podrían explicar, en parte, por qué algunas plantas de la flora subtropical del Terciario pudieron adaptarse a las drásticas condiciones de sequía que representó la aparición del clima mediterráneo.

El cloroplasto del madroño muestra, frente al de las otras angiospermas secuenciadas, una región de copia pequeña simple (SSC) cinco veces menor, la pérdida completa o de función (pseugoneneización) de varios genes esenciales para la vida de la planta.

Es también novedoso el hecho de que largas "repeticiones en tándem" se sitúen en las zonas de recolocaciones de genes y en los pseudogenes.

Previamente, se pensaba que los genomas plastidiales de las angiospermas estaban muy conservados en términos de la ordenación y composición de sus genes, pero este estudio subraya que la familia Ericáceas representa una línea evolutiva distinta de la del resto de las otras familias del orden Ericales.

También resalta el carácter parafilético de todas las Ericales respecto al resto de las angiospermas con pétalos soldados (Astéridas).

En este trabajo se ha usado la tecnología de secuenciación 454 en la empresa "Lifesequencing" del Parc Científic de la Universidad de Valencia y el arduo proceso de aislamiento de los cloroplastos se realizó con protocolos diseñados por Julián Pérez en 'Secugen'.

Para el estudio se seleccionó una población localizada en la cuenca del río Viejas (Montes de Toledo), en donde se encuentran hábitats óptimos de su área de distribución en la Península Ibérica.

El madroño es un arbusto o pequeño arbolillo, de hojas perennes y lauroides con distribución circunmediterránea que vive en hábitats mediterráneos sometidos a ciertos episodios de neblinas.

(EFE Verde)
 

2010 ·Genoma y Vida by TNB