cocaína, nicotina, capsaicina
Estos son solo tres ejemplos familiares de los cientos de miles de moléculas pequeñas también llamadas metabolitos especializados o secundarios que las plantas usan como municiones químicas para protegerse de la depredación.
Desafortunadamente, identificar las redes de genes que usan las plantas para fabricar estos compuestos biológicamente activos, que son la fuente de muchas de las drogas que las personas usan y abusan diariamente, ha enfadado a los científicos durante años, lo que ha obstaculizado los esfuerzos para aprovechar esta vasta farmacopea para producirTerapéutica nueva y mejorada.
Ahora, los genetistas de la Universidad de Vanderbilt piensan que han encontrado una nueva forma efectiva y poderosa para identificar estas redes genéticas escurridizas, que generalmente consisten en un puñado de docenas de genes diferentes, que pueden superar este obstáculo.
"Las plantas sintetizan cantidades masivas de bioproductos que son beneficiosos para la sociedad. Este equipo ha revolucionado el potencial para descubrir estos bioproductos naturales y comprender cómo se sintetizan", dijo Anne Sylvester, directora del programa en la Dirección de Ciencias Biológicas de la Fundación Nacional de Ciencias,que financió la investigación.
El nuevo enfoque revolucionario se basa en la observación bien establecida de que las plantas producen estos compuestos en respuesta a condiciones ambientales específicas.
"Presumimos que los genes dentro de una red que trabajan juntos para hacer un compuesto específico responderían de manera similar a las mismas condiciones ambientales", explicó Jennifer Wisecaver, la investigadora postdoctoral que realizó el estudio.
Para probar esta hipótesis, Wisecaver, trabajando con el profesor de ciencias biológicas Cornelius Vanderbilt Antonis Rokas y el investigador universitario Alexander Borowsky, recurrió a la supercomputadora interna de Vanderbilt en el Centro de Computación Avanzada para Investigación y Educación con el fin de obtener datos de másmás de 22,000 estudios de expresión génica realizados en ocho especies de plantas modelo diferentes.
"Estos estudios utilizan tecnologías genómicas avanzadas que pueden detectar todos los genes que las plantas activan o desactivan en condiciones específicas, como alta salinidad, sequía o la presencia de un depredador o patógeno específico", dijo Wisecaver.
Pero identificar las redes de genes responsables de producir estas pequeñas moléculas a partir de miles de experimentos que miden la actividad de miles de genes no es una cuestión trivial. Ahí es donde intervinieron los científicos de Vanderbilt; idearon un poderoso algoritmo capaz de identificar las redes de genesque muestran el mismo comportamiento por ejemplo, todo encendido en estos estudios de expresión.
El resultado de todo este cálculo de números, descrito en el documento titulado "Un enfoque de red de coexpresión global para conectar genes a vías metabólicas especializadas en plantas" publicado en línea el 13 de abril por The Célula vegetal diario - fue la identificación de docenas, posiblemente incluso cientos de vías genéticas que producen metabolitos pequeños, incluidos varios que los experimentos anteriores habían identificado.
Vered Tzin de los Institutos Jacoob Blaustein de Investigación de Desierto de la Universidad Ben-Gurion en Israel y Georg Jander del Instituto Boyce Thompson de Investigación de Plantas de la Universidad de Cornell en Ithaca, NY, ayudaron a verificar las predicciones del análisis realizado en el maíz, y Daniel Kliebenstein del Departamentode Plant Sciences en la Universidad de California, Davis ayudó a verificar las predicciones en el sistema de plantas modelo Arabidopsis.
Los resultados de su análisis van en contra de la teoría predominante de que los genes que componen estas vías están agrupados en el genoma de la planta. "Esta idea proviene de la observación en hongos y bacterias de que los genes que componen estas vías especializadas de metabolitos sonagrupados ", dijo Rokas." Sin embargo, en las plantas, estos genes parecen estar dispersos en todo el genoma. En consecuencia, las estrategias para descubrir las rutas de los genes de las plantas deberán ser diferentes de las desarrolladas en los otros organismos ".
Los investigadores argumentan que los resultados de su estudio muestran que este enfoque "es un medio novedoso, rico y en gran parte sin explotar para el descubrimiento de alto rendimiento de la base genética y la arquitectura de los productos naturales de plantas"
Si eso demuestra ser cierto, entonces podría ayudar a abrir el grifo de nuevas terapias basadas en plantas para tratar una amplia gama de afecciones y enfermedades.
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Materiales proporcionado por Universidad de Vanderbilt . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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