Según los científicos de la Universidad de Rice, los pares de proteínas que controlan la respuesta al estímulo en bacterias mantienen un equilibrio sensible entre la especificidad de interacción y la promiscuidad.
Un modelo computacional desarrollado en el Centro de Física Biológica Teórica de Rice ayudará a los biólogos a aprovechar la naturaleza homóloga de los sistemas de señalización bacteriana para revelar las mutaciones mínimas que permiten que una proteína de señalización sea reprogramada eficientemente para preferir una proteína de señalización no asociada.
Su documento de acceso abierto sobre el tema publicado en línea por la revista Oxford University Press Biología molecular y evolución aparecerá en la portada de la edición de diciembre.
La investigación dirigida por el biofísico de Rice y pionero del plegamiento de proteínas José Onuchic, el investigador postdoctoral Ryan Cheng y el ex alumno Faruck Morcos, ahora de la Universidad de Texas en Dallas, amplía el trabajo previo para modelar sistemas de dos componentes que evolucionan conjuntamente los aminoácidosen sus superficies de unión para reconocerse entre sí. Esos sistemas consisten en proteínas en células bacterianas que se señalan entre sí para detectar y responder a los estímulos.
El nuevo trabajo extiende los modelos del equipo para cubrir cómo la mutación de una proteína de señalización afecta su interacción con su compañero, así como su interacción con otros sistemas de señalización. El modelo extendido conecta el hecho de que las proteínas asociadas pueden encontrarse entre sí en unmultitud al mismo tiempo que evita diafonía innecesaria
"Estamos mostrando por primera vez que el método tiene un enorme poder para diseñar nuevos mecanismos de estímulo-respuesta en los organismos", dijo Onuchic, quien predijo que la investigación acercará las disciplinas de la biología sintética y la biología de sistemas. SintéticoLos biólogos diseñan organismos como las bacterias para producir sustancias químicas o actuar como componentes en los circuitos biológicos. El objetivo del equipo de Rice es simplificar su trabajo permitiéndoles modelar muchas posibilidades antes de llevar un proyecto al laboratorio.
"Hay tres objetivos en biología sintética", dijo Onuchic. "El primero es obligar a un organismo a hacer algo que no debe hacer, como producir insulina. El segundo es cambiar un mecanismo para responder de manera diferente a un estímulo particularPuede haber muchas razones, y eso puede afectar el fenotipo de cómo se comporta un organismo. El tercero es volver a cablear diferentes partes de un organismo para comprender cuáles son las partes y qué sucede si las cambiamos. De eso se trata nuestro proyecto," él dijo.
"Queremos entender la selección de secuencia para sistemas de dos componentes, pero también queremos demostrar que nuestro modelo puede predecir fenotipos mutacionales", dijo Cheng, autor principal del artículo. "Con este método, les estamos diciendo a las personas que siquieren 20 mutantes funcionales, simplemente pueden elegir los 20 mejores producidos por nuestro modelo. Simplemente los clasificamos. Alguien que quiera diseñar nuevas interacciones podría usar nuestro modelo, seleccionar mutaciones y generar esas mutaciones ".
Cada célula contiene miles de proteínas de señalización de dos componentes programadas para encontrarse y servir como sensores que activan la acción de una célula, con mayor frecuencia a través de la activación o represión de genes.
"Estos sistemas tienen muchas quinasas que aumentan la respuesta el componente del sensor y hay mucha promiscuidad", dijo Onuchic. "Eso es importante, porque un sistema no tiene una copia de cada cosa; tiene múltiples copias detodo, y están interactuando entre sí todo el tiempo.
"Las proteínas son muy similares, con pequeñas variaciones entre ellas, porque quieres que vean todo en su entorno", dijo. "Si tuvieran la intención de ser completamente específicas de la pareja, sin promiscuidad, serían muy diferentesuno del otro. El problema cuando haces estas mutaciones es que puedes compensar el equilibrio entre interactuar con su compañero de señalización e interactuar con otras proteínas de señalización de una manera nociva ".
"Hemos construido un paisaje coevolutivo que puede predecir qué mutantes conducen a la señalización funcional en las bacterias", dijo Cheng. Los paisajes coevolutivos permiten predecir cómo las mutaciones afectan la señalización en las bacterias y, en consecuencia, la aptitud de un organismo.
Dijo que el modelo de acceso abierto hará que sea más rápido y fácil para los investigadores conectar las mutaciones y determinar si funcionarán y cómo funcionarán.
"Ahora podemos aplicar estos modelos para predecir cómo las mutaciones afectan los fenotipos las características de un organismo. La conexión directa entre las mutaciones a nivel de secuencia y cómo conducen a las propiedades emergentes de un organismo es un santo grial de la biología molecular".dijo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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