Cuando un gusano microscópico de laboratorio desarrolla una rareza sorprendente, los científicos localizan el gen mutado que lo causó. Es realmente interesante. Sin embargo, hallazgos más importantes, médicamente relevantes, pueden estar ocultos en rasgos invisibles para el ojo, incluso con elmejor microscopio
Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia están exponiendo estos secretos protuberancias y surcos del tamaño de micras y la intrincada red de mutaciones genéticas posiblemente detrás de ellos con gran detalle. Su trabajo de genética computacional usando óptica digital podría resultar útil para comprender el debilitamientotrastornos.
"Cuando estas mutaciones débiles se unen, te da un impulso descomunal en el riesgo de enfermedad", dijo Hang Lu, un profesor que aplica la ingeniería y la ciencia de datos al estudio de la neurología.
Trastorno neurológico: el cerebro a menudo se ve normal
"Si observa las enfermedades psiquiátricas, cualquier cosa que sea relevante para los humanos, lo que ve no es tan dramático", dijo Lu. "Los cerebros de las personas que tenían esquizofrenia, trastorno bipolar o autismo no se ven físicamente muy diferentes decerebros sanos. No es que les falte un trozo ".
Los investigadores dirigidos por Lu en la Facultad de Ingeniería Química y Biomolecular de Georgia Tech han desarrollado algoritmos y portaobjetos de microscopio especiales para exponer matices neurológicos previamente desconocidos y mutaciones complejas que pueden estar detrás de ellos. Pero sus hallazgos podrían aplicarse también a la investigación en genética computacional que persigue otrosenfermedades como los trastornos autoinmunes.
Lu y la ex investigadora de Georgia Tech, Adrianna San-Miguel, publicaron sus últimos resultados el 23 de noviembre de 2016 en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Su investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Medicina General y el Instituto Nacional sobre el Envejecimiento, ambas agencias de los Institutos Nacionales de Salud.
Al ver puntos: las computadoras detectan sutilezas
Lu ha reemplazado el ojo humano falible con una computadora competente para identificar fenotipos más débiles, el término del genetista para rasgos físicos basados en genes. En el último experimento, las proteínas nerviosas se marcaron para aparecer como puntos en la parte inferior de los gusanos redondos para que la computadoraescanear.
Cuando ocurren mutaciones, los puntos pueden cambiar muy ligeramente. "A simple vista, son solo puntos sobre un fondo oscuro", dijo Lu. Pero la computadora ve en ellos cambios fenotípicos.
gusano redondo Caenorbabditis elegans , utilizado en el experimento, ayuda a los científicos a comprender lo que puede estar sucediendo en los humanos, porque sus nervios comparten fuertes similitudes con los nuestros. En última instancia, Lu quiere que los conocimientos adquiridos al estudiarlos conduzcan a la localización de biomarcadores genéticos para enfermedades en humanos.
Puncta sináptica: etiquetas verdes brillantes
Los científicos de Georgia Tech redujeron su enfoque a las sinapsis en una sola neurona donde se conecta a los músculos. Estas "puntas sinápticas" fueron marcadas con una proteína verde brillante para formar los puntos.
Algunas mutaciones causaron grandes cambios en la posición y el tamaño de los puntos que el ojo desnudo podría realmente captar. Y tradicionalmente, los genetistas avanzados, genetistas que siguen los cambios en los fenotipos para ver si pueden encontrar los genes que los causan, han utilizado susojos y microscopios para detectar cambios realmente obvios.
Pero las limitaciones naturales en la percepción humana han introducido un sesgo, dijo Lu. Su investigación apunta a reducirlo para aumentar la cantidad de datos que los científicos pueden reunir.
sesgo mutante: se ve divertido
Así es como funciona el sesgo en términos generales. La clasificación de mutantes de no mutantes en el laboratorio generalmente es tediosa con los pequeños gusanos, y eso tiene consecuencias para la ciencia.
"La forma normal de hacerlo sería tomar un pequeño cable de platino y, literalmente, pasar por debajo del microscopio, recoger un gusano, drogarlo, montarlo en un portaobjetos, y luego debe recuperarlo vivo, si creees interesante ", dijo Lu.
El tedio más las capacidades limitadas del ojo humano llevan a los investigadores a buscar mutaciones para identificar gusanos que son notablemente extraños. Es probable que los fenotipos alucinantes sean causados por cambios genotípicos, es decir, mutaciones, por lo que es probable encontrar un fenotipo claropara conducir a un resultado de investigación exitoso.
Estocasticidad: no es un mutante
Como resultado, los investigadores podrían pasar por alto muestras sutiles. Además, acumular suficientes para determinar matices importantes puede resultar demasiado difícil de hacer, y las peculiaridades también pueden interponerse en el camino. Por ejemplo, un solo gusano de aspecto extraño podríano ser un mutante en absoluto
"Siempre puedes encontrar un 'tipo salvaje' básicamente un gusano normal que no se parece en nada a un tipo salvaje", dijo Lu. "Es simplemente un tipo salvaje loco. Genotípicamente, se parece a todos los demás, pero fenotípicamente es muy diferente."
¿Por qué? Porque la naturaleza puede ser estocástica, algo aleatorio, y estropear un gusano individual, incluso cuando no hay un gen mutado.
Fenoespacio: Un mundo revelado
Las miradas pueden engañar al ojo, pero es menos probable que engañen a una cámara de alta resolución conectada a una computadora y a un algoritmo que examina estadísticamente las variaciones débiles para clasificar mutantes de no mutantes.
La técnica de Lu funciona a través de una diapositiva transparente con pequeños tubos que succionan un gusano a la vez bajo el microscopio de la computadora. "Luego congelamos el gusano por un momento, para que podamos tomar su fotografía", dijo Lu. "Luego se descongela, y está totalmente bien "
Hay un tenedor en el tubo que sostiene el gusano. Si el algoritmo detecta un mutante en función de su patrón de puntas sinápticas en la imagen, incluso si esto no es visible a simple vista, el gusano es absorbido por el primer camino para másestudio. Si no es un mutante, es absorbido por el segundo camino.
En el último experimento, el algoritmo analizó variaciones fenotípicas en el punto sináptico de grandes poblaciones de gusanos. Paralelamente, se analizaron los genomas de los gusanos para determinar qué diferencias fenotípicas pueden estar conectadas a genes mutados.
Luego, los investigadores mapearon los genotipos en relación con las diferencias en los fenotipos que sustentaban. Lo que antes tenía tantos matices que era prácticamente invisible, resultó ser una gran red de filigrana.
Aflicción silenciosa: pobre gusano
Luego hubo un hallazgo particularmente afortunado que fue una buena metáfora para el estudio y su potencial para avanzar en la investigación. Los científicos encontraron un alelo muy sutil: una variación de un gen causado por una mutación.
Los gusanos que tenían el alelo eran mutantes reales, pero nadie lo habría adivinado, porque a simple vista, estaban completamente limpios y normales. Incluso se comportaron normalmente a primera vista, y los investigadores pensaron que la computadora podría haberlos ordenadofuera como mutantes por error, hasta que apareció un problema.
"Después de nadar durante unos 40 minutos, se pusieron realmente muy débiles y ya no podían nadar bien", dijo Lu. El alelo parecía estar asociado con algún tipo de trastorno neurológico.
"Visto como una metáfora, este es un ejemplo de cómo podría identificar algo que es relevante para una enfermedad pero increíblemente sutil", dijo, "y nunca lo habría encontrado usando los ojos y un microscopio".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Ben Brumfield. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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