Actividad genética en un tubo de ensayo
Una imagen precisa de la actividad de los genes puede proporcionar la clave para el desarrollo de nuevas terapias dirigidas
A la hora de buscar las causas de las enfermedades y desarrollar nuevos tratamientos, es absolutamente vital conocer con precisión los fundamentos genéticos. Los investigadores de Würzburg han ideado una nueva técnica con este fin.
Imagen simbólica
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Los procesos patológicos suelen caracterizarse por la alteración de la actividad de los genes en las células afectadas. Por eso, obtener una imagen precisa de la actividad de los genes puede ser la clave para el desarrollo de nuevas terapias específicas. También se puede comprobar si estas terapias funcionan como queremos que lo hagan observando los genes y los procesos que inician.
No es de extrañar que la investigación se centre en métodos y técnicas que proporcionen información detallada sobre la actividad genética de las células individuales. Un equipo de investigación de la Universidad de Würzburg (JMU) ha desarrollado ahora una técnica que supone una mejora significativa de los métodos utilizados hasta ahora. Han participado científicos del Instituto de Biología Molecular de la Infección (IMIB) y del Instituto Helmholtz para la Investigación de la Infección basada en el ARN (HIRI). Han presentado los resultados de su trabajo en el número actual de la revista Nucleic Acids Research.
Análisis de un transcriptoma sintético
"Hemos desarrollado una técnica que puede utilizarse para analizar el paisaje traslacional de un transcriptoma sintético totalmente personalizable, es decir, uno fuera de la célula", así explica Jörg Vogel el resultado central del estudio. Vogel dirige el Instituto de Biología Molecular de la Infección de la JMU y es también el director del HIRI, así como el autor principal del estudio. La nueva técnica ha recibido el nombre científico de INRI-seq, que es la abreviatura de in vitro Ribo-seq.
Un transcriptoma es una colección de todos los genes que están activos en una célula en un momento dado. Consiste en la suma de los ARNm existentes, los transportadores de los planos de las proteínas desde el núcleo celular hasta los ribosomas. Los ribosomas son las "fábricas de proteínas" de la célula; aquí es donde tiene lugar la traducción de la secuencia de nucleótidos del ARNm a la secuencia de aminoácidos de una proteína.
Perfeccionamiento de métodos comparables
En principio, INRI-seq es un perfeccionamiento de métodos comparables que persiguen el mismo objetivo pero que proporcionan resultados menos precisos o presentan otras desventajas. Por ejemplo, la secuenciación del ARN (RNA-seq) determina la concentración de ARNm en las células, lo que permite sacar conclusiones sobre sus genes activos. Sin embargo, la abundancia final de proteínas no siempre se correlaciona con las respectivas concentraciones de ARNm.
Una técnica más precisa es el perfil de los ribosomas (Ribo-seq). En los últimos diez años, se ha convertido en uno de los principales métodos para medir directamente la síntesis de proteínas en todo el transcriptoma. "Aunque el Ribo-seq ha hecho avanzar mucho el estudio de los procesos relacionados con la traducción, el método no ha estado exento de limitaciones", afirma Jörg Vogel.
Numerosas limitaciones de Ribo-seq
Por ejemplo, es un gran reto detectar genes débilmente expresados con Ribo-seq, lo que impide registrar muchos genes en diseños de estudios comunes. Del mismo modo, un estudio Ribo-seq de microbios de hábitats ecológicos importantes como el intestino humano es difícil, ya que muchos de ellos no pueden cultivarse en el laboratorio.
Otro inconveniente, como explica Vogel, es el hecho de que "a nivel mecanístico, los estudios basados en Ribo-seq de moléculas que afectan a la traducción, como los antibióticos especiales, pueden verse obstaculizados por las respuestas celulares". Como la Ribo-seq se realiza en células vivas, puede ser difícil distinguir entre los efectos directos e indirectos sobre la traducción.
Para superar algunas de estas limitaciones, los científicos de Würzburg han desarrollado INRI-seq para el estudio global de la traducción en un entorno sin células. INRI-seq utiliza un sistema de traducción in vitro disponible en el mercado, combinado con un transcriptoma sintetizado in vitro y totalmente personalizable que permite un mejor control de los niveles individuales de ARNm. "Con INRI-seq, por ejemplo, ya no es necesario que las sustancias modificadoras de la traducción atraviesen las membranas celulares ni que se extraigan los ribosomas de un gran número de células vivas", dice Vogel, destacando las ventajas de la técnica. "También se necesita mucha menos cantidad de la sustancia que se quiere estudiar, a menudo cara, como un nuevo antibiótico que sólo puede producirse a pequeña escala. Por tanto, INRI-seq también ahorra tiempo y dinero".
Mayor tasa de éxito en el experimento
El equipo de investigación demostró lo bien que funciona el sistema utilizando un transcriptoma generado sintéticamente de la bacteria Escherichia coli. En comparación con un estudio técnicamente similar en células vivas, INRI-seq identificó casi cuatro veces más sitios donde se inician los procesos de traducción, lo que demuestra su alta sensibilidad.
Por tanto, Vogel y su equipo no dudan de que "INRI-seq tiene un gran potencial como método alternativo para estudiar los procesos de traducción y, por tanto, también las sustancias que pueden influir en estos procesos".
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