¿En qué se parecen las proteínas en las células de una planta con flores a las redes sociales en Twitter o Facebook? ¿Y cómo podrían estar ambas relacionadas con la forma en que los patógenos enferman a las plantas o las personas?
Shahid Mukhtar, Ph.D., y sus colegas de la Universidad de Alabama en Birmingham abordan estas preguntas en un estudio colaborativo con investigadores del Instituto Gregor Mendel, Viena, Austria. Utilizando la biología de sistemas, identificaron con éxito objetivos proteicos previamente desconocidos defitopatógenos en la planta con flores Arabidopsis thaliana , empleando algunos de los mismos métodos utilizados para analizar redes sociales o redes biológicas. Su marco teórico, dicen, podría ayudar a analizar otras interacciones entre especies para revelar puntos de contacto de patógenos.
En una red social, uno puede mapear las conexiones entre seguidores o amigos en Twitter y Facebook. Algunas personas tendrán una gran cantidad de conexiones, algunas tendrán muchas, y una gran mayoría tendrá muchas menos. Un mapa de estasconexiones es similar a un mapa de ruta de una aerolínea, y la arquitectura de las redes muestra características topológicas como centros y cuellos de botella. El análisis de las redes sociales ha permitido a los expertos identificar a las personas que son los "mejores difusores de información".
Del mismo modo, para la biología, descifrar la arquitectura de red en un ecosistema o entre macromoléculas dentro de las células de una forma de vida puede ayudar a descubrir nuevos componentes en esos sistemas complejos y proporcionar información biológica e hipótesis comprobables.
Una red biológica son las interacciones proteína-proteína dentro de las células. Dichas redes se han estudiado en organismos tan diversos como plantas, humanos y lombrices intestinales. Un mapa de red de esas interacciones proteína-proteína, que significa que las proteínas operan en conjunto con otros socios,se llama una proteína interactoma.
En un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , Mukhtar, profesor asistente en el Departamento de Biología, Facultad de Artes y Ciencias de la UAB, junto con colegas de la UAB y el Instituto Gregor Mendel, analizaron dos interactomas diferentes. El primero es el interactoma proteico global para proteínas dentro de las células de la hojade la planta modelo A. thaliana , llamado Arabidopsis interactoma. También analizaron otro interactoma proteico más específico para receptores en la superficie celular que permite a las plantas ver, oír, oler y responder a señales y peligros ambientales, especialmente a patógenos virulentos. Esta segunda red se llama interactoma de la superficie celular.
Para las proteínas dentro de las células, primero coincidieron con más de 4,300 Arabidopsis genes que codifican proteínas para cinco clases de rasgos observables, conocidos como fenotipos. Los cinco grupos de fenotipos eran genes esenciales que se necesitan para la supervivencia de la planta; genes morfológicos que controlan la forma o apariencia de una planta; genes para procesos celulares o bioquímicos; genes condicionales, donde una mutación muestra su efecto solo cuando la planta está sujeta a tensiones como escasez de agua o temperaturas extremas; y genes sin fenotipo conocido.
Cuando asociaron los fenotipos con una red de interactoma de proteínas que habían mapeado previamente, descubrieron que los grandes nodos hub y cuello de botella estaban enriquecidos para genes de fenotipo condicional y agotados para genes esenciales. Esto contrasta con la controvertida regla de centralidad-letalidad observada en la proteína de levadurainteractomes, donde los grandes nodos hub y cuello de botella se enriquecen para genes esenciales.
patógenos de Arabidopsis son capaces de inyectar proteínas patógenas en las células de la planta, y esas proteínas "efectoras" inyectadas manipulan la red de la planta para la ventaja del patógeno. Mukhtar y sus colegas habían construido previamente dos redes de interacción entre especies de patógenos entre especies de proteínas patógenas y Arabidopsis proteínas dentro de la célula
El equipo descubrió que los grandes centros en el Arabidopsis el interactoma comprendía solo el 6.5 por ciento de los objetivos de las proteínas efectoras del patógeno, lo que lo convirtió en una forma limitada de identificar objetivos utilizando la biología de la red. Pero cuando los investigadores aplicaron un método llamado descomposición ponderada de k-shell para identificar los mejores "difusores de información","similar al análisis reciente de las redes sociales, el Arabidopsis los nodos de proteínas en las capas internas de la descomposición de la cáscara k dieron una tasa de descubrimiento del 33 por ciento para los objetivos efectores del patógeno.
Por lo tanto, el análisis de descomposición de k-shell supera otras medidas de centralidad para el descubrimiento de objetivos efectores.
Para probar esto, luego observaron una red no relacionada, el interactoma de la superficie celular. Estas proteínas de la superficie celular permiten a las plantas detectar el entorno a su alrededor. El análisis de la capa de k predijo que 35 de estas proteínas de la superficie celular eran las másdifusores de información influyentes. Cuando las porciones internas de las proteínas de la superficie celular se probaron para detectar interacciones con proteínas efectoras del patógeno bacteriano Pseudomonas syringae, los investigadores pudieron identificar siete objetivos efectores previamente desconocidos, una tasa de descubrimiento del 40 por ciento.
Los investigadores hicieron mutantes de los siete objetivos efectores y descubrieron que todos los objetivos recientemente identificados mostraban cambios en el crecimiento de patógenos Arabidopsis la planta se va cuando muta.
"Nuestro enfoque centrado en la red", escribieron los investigadores, "tiene una aplicabilidad potencial emocionante en diversos interactomas intra e interespecies, incluidas las redes de interacción proteína-proteína humana, en un esfuerzo por desentrañar los puntos de contacto huésped-patógeno, al tiempo que fomenta ladiseño de estrategias terapéuticas dirigidas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Alabama en Birmingham . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :