La becaria posdoctoral de la UMBC Sarah Stellwagen y la coautora Rebecca Renberg del Army Research Lab han publicado las primeras secuencias completas de dos genes que permiten a las arañas producir pegamento, una versión adhesiva y modificada de seda de araña que mantiene a la presa de una arañaatrapado en su web. Los hallazgos aparecieron en Genes, Genomas, Genética .
El método innovador que emplearon podría allanar el camino para que otros secuenciaran más genes de seda y pegamento, que son difíciles de secuenciar debido a su longitud y estructura repetitiva. Una mejor comprensión de estos genes podría acercar a los científicos al próximo gran avance en biomateriales.
soluciones pegajosas
La telaraña es de lo que están hechas las telas de araña, y se ha promocionado durante años como la próxima gran novedad en biomateriales debido a su resistencia a la tracción inusual combinada con su flexibilidad. Hay más de 45,000 especies conocidas de arañas, cada una de las cuales haceentre uno y siete tipos de seda. Sin embargo, a pesar de muchas secuencias parciales, se sabe menos acerca de la estructura genética completa de la seda de araña: solo se han secuenciado unos 20 genes completos. "Veinte pálidos en comparación con lo que hay", dice Stellwagen.
Además, la seda de araña ha demostrado ser difícil de producir en grandes cantidades. Las arañas convierten gotas líquidas de seda en fibras sólidas y delgadas en un proceso complejo dentro de sus cuerpos. Los científicos pueden producir el líquido, pero "no podemos replicar el proceso depasando de líquido a sólido a gran escala industrial ", dice Stellwagen.
Sin embargo, el pegamento de araña es un líquido tanto dentro como fuera de la araña. Si bien el pegamento "tiene sus propios desafíos", dice Stellwagen, esa diferencia podría hacer que el pegamento de araña sea más fácil de producir en un laboratorio que la seda.
Stellwagen ve un gran potencial para las aplicaciones de pegamento de araña como control orgánico de plagas. Después de todo, ella dice: "Esto evolucionó para capturar presas de insectos".
Por ejemplo, los agricultores podrían rociar el pegamento a lo largo de la pared de un establo para proteger a su ganado de los insectos que pican o causan enfermedades, y luego podrían enjuagarlo sin preocuparse de contaminar las vías fluviales con pesticidas peligrosos. Pueden usar pegamento de manera similar para proteger los cultivos deplagas. También podría aplicarse en áreas donde prevalecen enfermedades transmitidas por mosquitos. "También podría ser divertido jugar con él", dice Stellwagen.
Un "gigante de un gen"
Antes del trabajo de Stellwagen y Renberg, que fue financiado por el Laboratorio de Investigación del Ejército, el gen de seda más largo secuenciado fue de aproximadamente 20,000 pares de bases. Cuando comenzó este proyecto, Stellwagen esperaba secuenciar los genes del pegamento rápidamente y luego seguir adelante, basándose enlo que aprendió de la secuencia. En cambio, ella y Renberg tardaron dos años en finalizar la secuencia.
"Terminó siendo este gigante de un gen que es más del doble del gen de seda más grande anterior", dice Stellwagen. Fue un camino largo y difícil hasta el día en que encontró a Renberg en el laboratorio y dijo: "Icreo que nuestro gen tiene 42,000 bases de largo. Creo que lo terminamos ". Y al final, se estaba arriesgando con una técnica de vanguardia que finalmente produjo la secuencia completa.
No solo el gen fue excepcionalmente largo, sino que, al igual que los genes de la seda de araña, tiene muchas repeticiones de la misma secuencia de bases - A, T, G y C - en el medio. Técnicas modernas de secuenciación llamadas "siguientesecuenciación de generación " funciona generando secuencias de ADN para todos los genes de un organismo, pero cortadas en pedazos pequeños. Luego, como resolver un rompecabezas, los científicos deben unir los extremos superpuestos de las secciones cortas para determinar la secuencia completa.
Sin embargo, si su gen es repetitivo, necesita una sola secuencia, o "lectura", que se extiende desde antes de la región repetitiva hasta más allá del final para saber cuántas repeticiones hay. Si su sección repetitiva es larga, como esen los genes de pegamento que estudiaron Stellwagen y Renberg, la posibilidad de que obtenga la lectura que necesita con los métodos de próxima generación es escasa.
Afortunadamente, las técnicas de secuenciación de "tercera generación" ahora están disponibles. La secuenciación de tercera generación produce lecturas más largas, pero menos de ellas. Solo repitiendo el experimento varias veces tienes la oportunidad de obtener las lecturas que necesitas para determinar el númerode repeticiones y finalmente definir la secuencia completa del gen. "Es un desafío", dice Stellwagen. "Estás recogiendo una aguja de un pajar".
Pero funcionó. Después de dos años de ir a la computadora y no ver resultados positivos, Stellwagen y Renberg finalmente obtuvieron las lecturas que necesitaban para definir la secuencia completa del gen.
Stellwagen ya está pensando en lo que vendrá después. "Ahora que tenemos un protocolo para descubrir genes de seda completos, ¿cómo son las sedas de otras especies?", Pregunta.
"Estoy súper emocionada porque finalmente pude resolver el rompecabezas, porque fue muy difícil", dice Stellwagen. Si bien fue un desafío mucho más grande de lo que esperaba, "En última instancia, aprendimos mucho, y yoestoy feliz de poner eso a disposición de la próxima persona que está tratando de resolver un gen ridículo "
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