_ Secvențierea balenei albastre și genomul scorpiei etruscă

Genomul balenei albastre a fost publicat în revista Molecular Biology and Evolution, iar genomul scorpiei etruscă a fost publicat în revista Scientific Data.

Modele de cercetare folosind celule animale. culturile pot ajuta la abordarea unor mari întrebări biologice, dar aceste instrumente sunt utile numai atunci când urmăresc harta corectă.

„Genomul este un model al unui organism”, spune Yury Bukhman, primul autor al cercetării publicate și un biolog computațional din Ron Stewart Computational Group de la Institutul Morgridge, o organizație independentă de cercetare care lucrează în afiliere cu Universitatea din Wisconsin-Madison în domenii emergente, cum ar fi biologia regenerativă, metabolismul, virologia și imagistica biomedicală.

„Pentru a manipula culturile celulare sau pentru a măsura lucruri precum expresia genelor, trebuie să cunoașteți genomul speciei – face posibilă mai multe cercetări.”

Interesul echipei Morgridge pentru balena albastră și etrusca shrew a început cu cercetarea mecanismelor biologice din spatele „ceasului de dezvoltare” de la James Thomson, director emerit de biologie regenerativă la Morgridge și profesor de multă vreme de biologie celulară și regenerativă la Școala de Medicină și Sănătate Publică UW.

În general, se înțelege că organismele mai mari durează mai mult să se dezvolte de la un ou fertilizat la un adult matur decât creaturile mai mici, dar motivul pentru care rămâne necunoscut.

„Este important doar pentru cunoștințele biologice fundamentale din această perspectivă. Cum construiești un animal atât de mare? Cum poate funcționa?" spune Bukhman.

Bukhman sugerează că o aplicare practică a acestor cunoștințe este în domeniul emergent al terapiilor bazate pe celule stem. Pentru a vindeca o leziune, celulele stem trebuie să se diferențieze în tipuri de celule specializate. a organului sau țesutului relevant. Viteza acestui proces este controlată de unele dintre aceleași mecanisme moleculare care stau la baza ceasului de dezvoltare.

Înțelegerea genomurilor celui mai mare și mai mic dintre mamifere poate ajuta, de asemenea, la dezlegarea biomedicalei. mister cunoscut sub numele de paradoxul lui Peto. Acesta este un fenomen curios în care mamiferele mari, cum ar fi balenele și elefanții, trăiesc mai mult și sunt mai puțin susceptibile de a dezvolta cancer - adesea cauzate de erori de replicare a ADN-ului care apar ocazional în timpul diviziunii celulare - în ciuda faptului că au un număr mai mare de celule. (și, prin urmare, mai multe diviziuni celulare) decât mamiferele mai mici precum oamenii sau șoarecii.

Între timp, cunoașterea genomului scorpiei etruscă va permite noi perspective în domeniul metabolismului. raportul de volum și rata metabolică rapidă. Aceste necesități mari de energie sunt un produs de dimensiunile sale mici - nu mai mare decât un degetul mare al unui om și cântărind mai puțin de un ban - făcându-l un model interesant pentru a înțelege mai bine reglarea metabolismului.

Balena albastră și etrusca. Proiectele genomului shrew fac parte dintr-un efort de colaborare amplu care implică zeci de colaboratori din instituții din America de Nord și din mai multe țări europene, împreună cu Proiectul Genomelor Vertebrate.

Misiunea VGP este de a aduna referințe de înaltă calitate. genomi pentru toate speciile de vertebrate vii de pe Pământ. Acest consorțiu internațional de cercetători include experți de top în asamblarea și curatarea genomului.

„VGP a stabilit un set de metode și criterii pentru producerea unui genom de referință”, spune Bukhman. „Acuratețea, contiguitatea și completitudinea sunt trei măsuri ale calității.”

Metodele anterioare de secvențiere a genomilor au folosit tehnologii de citire scurtă, care produc lungimi scurte ale secvenței ADN de 150 până la 300 de perechi de baze, numite citiri. Citirile suprapuse sunt apoi asamblate în secvențe contigue mai lungi numite contigs.

Contig-urile asamblate din citiri scurte tind să fie relativ mici în comparație cu cromozomii mamiferelor. Drept urmare, genomurile schițate reconstruite din astfel de contig tind să fie foarte fragmentate și să aibă multe lacune.

În schimb, echipa a folosit secvențierea de citire lungă, cu citiri de aproximativ 10.000 de perechi de baze în lungime, cu principalul avantaj fiind contigs mai lungi și mai puține goluri.

„Apoi puteți folosi alte metode, cum ar fi cartografierea optică și Hi-C, pentru a asambla contigs în structuri mai mari numite schele, iar acestea pot fi la fel de mari ca un întreg cromozom. ”, explică Bukhman.

Cercetătorii au analizat, de asemenea, dublările segmentare, regiuni mari de secvențe duplicate care conțin adesea gene și pot oferi o perspectivă asupra proceselor evolutive în comparație cu alte specii, fie îndeaproape, fie înrudite la distanță.

Ei au descoperit că balena albastră a avut o explozie mare de duplicări segmentare în trecutul recent, cu un număr mai mare de copii decât delfinul cu bot și vaquita (cel mai mic cetacee din lume, ordinul mamiferelor incluzând balene, delfini și marsuine). Deși cele mai multe dintre copiile genelor create în acest fel sunt probabil nefuncționale sau funcția lor este încă necunoscută, echipa a identificat mai multe gene cunoscute.

Una codifică proteina metalotioneina, despre care se știe că leagă grele. metale și sechestrează toxicitatea acestora — un mecanism util pentru animalele mari care acumulează metale grele în timp ce trăiesc în ocean.

Un genom de referință este, de asemenea, util pentru conservarea speciilor. Balena albastră a fost vânată aproape până la dispariție în prima jumătate a secolului al XX-lea. Acum este protejată de un tratat internațional, iar populațiile se reface.

„În oceanele lumii, balena albastră este practic peste tot, cu excepția zonei arctice înalte. Deci, dacă aveți un genom de referință, atunci poate face comparații și poate înțelege mai bine structura populației diferitelor grupuri de balene albastre din diferite părți ale globului”, spune Bukhman. „Genomul balenei albastre este extrem de heterozigot, există încă multă diversitate genetică, ceea ce are implicații importante pentru conservare.”

Acest lucru ridică întrebarea: cum procedați pentru a obține mostre de la o creatură mare, pe cale de dispariție. care există în vastitatea oceanelor?

„Logistica a reprezentat mai multe provocări, inclusiv faptul că observările de balene albastre în zona noastră sunt foarte rare și aproape imprevizibile”, spune Susanne Meyer, specialist în cercetare la Universitatea din California Santa Barbara, care a petrecut peste un an coordonând permisele, personalul și resursele necesare pentru a procura mostrele.

Odată ce echipa locală de observare a balenelor a determinat momentul și coordonatele observării balenelor, ei l-a adus pe cercetătorul licențiat Jeff K. Jacobsen pentru a efectua biopsiile de balenă utilizând o tehnică standard aprobată de biopsie a pielii cetaceelor, care implică un tub de biopsie personalizat din oțel inoxidabil montat pe o săgeată de arbaletă.

Echipa a obținut mostre de la patru balenele albastre, pe care Meyer le-a folosit pentru a dezvolta și extinde fibroblastele în cultura celulară pentru secvențierea genomului și utilizarea ulterioară în cercetare.

În timp ce genomul scorpiei etruscă nu a fost studiat la fel de amplu ca genomul balenei albastre, echipa a raportat o descoperire interesantă.

„Am descoperit că există relativ puține dublări segmentare în genomul scorpiei”, spune Bukhman, subliniind în același timp că acest rezultat nu se corelează neapărat cu dimensiunea diminuată a scorpiei în sine. „În timp ce scorpiii aparțin unui alt ordin de mamifere, unele rozătoare la fel de mici au o mulțime de duplicări segmentare, iar șoarecele de casă este un fel de campion în sensul în care are cel mai mult. Deci, nu este o chestiune de dimensiune.”

Pe măsură ce Proiectul Genomelor Vertebrate face pași în producerea mai multor genomi de referință de înaltă calitate pentru toate vertebratele, Bukhman speră că contribuțiile la aceste eforturi vor continua să promoveze cercetarea biologică în viitor.

(Fluierul)