La lombriz planaria Schmidtea mediterranea es un animal extraordinario. Incluso cuando se corta en pedazos pequeños, cada pieza puede regenerarse en un planario en miniatura completo y perfectamente proporcionado. La clave de esta habilidad son las fascinantes células madre adultas, una de las cuales puede restaurar un gusano completo. Perocómo Schmidtea mediterranea hasta ahora no se comprende bien estas hazañas. Un paso importante hacia este objetivo es el primer ensamblaje del genoma altamente contiguo de Schmidtea mediterranea que los investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética MPI-CBG en Dresden en cooperación con el Instituto Heidelberg para Estudios Teóricos HITS informan en la edición actual de Naturaleza . El ensamblaje revela un genoma que contiene nuevos elementos gigantes repetidos, nuevos genes específicos de gusanos planos, pero también la ausencia de otros genes que hasta ahora se consideraban absolutamente esenciales para mantener vivo a un animal. El descubrimiento tiene implicaciones potenciales en elcampos de investigación de regeneración, biología de células madre y bioinformática.
Un genoma completo y completamente ensamblado es crítico para comprender las características biológicas de un organismo. Los científicos han intentado previamente secuenciar el genoma de Schmidtea mediterranea pero terminó con una colección de más de 100,000 piezas cortas. La razón de esto es que gran parte del genoma consiste en muchas copias casi idénticas de la misma secuencia que se repite una y otra vez.
Nuevos métodos de secuenciación
Para superar este desafío de un genoma excepcionalmente repetitivo, los grupos de investigación de Jochen Rink y Eugene Myers en el MPI-CBG utilizaron la tecnología de secuenciación de lectura larga de Pacific Bioscience, operada en el DRESDEN-concept Sequencing Center, una operación conjunta entre el MPI-CBG y TU Dresden. Esta tecnología relativamente nueva puede "leer" directamente tramos contiguos del genoma de hasta 40,000 pares de bases o "letras" de largo. Estas lecturas largas son dramáticamente más efectivas para salvar tramos repetitivos en el genoma que ellecturas de 100-500 pares de bases más ampliamente utilizadas, lo que resulta en mejoras de hasta 100 veces en las estadísticas de ensamblaje del genoma sobre ensamblajes anteriores.
Siegfried Schloissnig HITS fue el principal responsable del desarrollo de un nuevo sistema de software, llamado "Marvel", que resuelve más del rompecabezas planteado por las lecturas largas que los sistemas anteriores, y de manera más eficiente. Schmidtea mediterranea el genoma involucró ocho terabytes de datos que tomaron el clúster informático de alto rendimiento en el HITS tres semanas para completar.
genes faltantes
¿Pero qué pueden hacer los científicos con la abundancia de información genética en un ensamblaje del genoma? Una de las sorpresas en el caso de Schmidtea mediterranea fue la probable ausencia de genes altamente conservados como MAD1 y MAD2. Ambos están presentes en casi todos los demás organismos porque cumplen una función en un punto de control que asegura que ambas células hijas obtengan la misma cantidad de cromosomas después de la división celular. Sin embargo, a pesar dela pérdida del gen MAD1 / 2, los planarios conservaron la función de punto de control. Cómo es posible es una de las preguntas que el genoma ayudará a responder. Pero Jochen Rink y su grupo están especialmente entusiasmados con el uso del ensamblaje del genoma para comprender cómo los planarios logranregenerar a partir de una pieza de tejido arbitraria. Rink explica: "Ya conocemos algunos de los genes necesarios para regenerar una cabeza, pero ahora también podemos buscar las secuencias de control regulatorio que activan los genes de la cabeza solo en el extremo frontal de una pieza de regeneración."Además, el grupo Rink ha reunido una gran colección de especies planarias de todo el mundo, muchas de las cuales han perdido la capacidad de regenerarse". Con una poderosa caja de herramientas paraCon el ensamblaje de genomas difíciles ahora en su lugar, esperamos usar pronto las comparaciones de genomas para comprender por qué algunos animales se regeneran, mientras que muchos no lo hacen.Al menos en el caso de los gusanos planos ", resume Rink.
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Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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