Tema 1.2 - Minimal genome (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Genómica
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 19/03/2016
Descargas 59
Subido por

Descripción

Tema 1.2 - Minimal genome: Non-essential genes: transposons mitagenesis, What genes are non-essential?

Vista previa del texto

Genòmica – T1.2 – Sònia Vivo TEMA 1.2: MINIMAL GENOME El minimal genome consisteix en el nombre mínim d’elements genètics amb els quals és possible construir un organisme cel·lular modern i de vida lliure (gens necessaris per poder sobreviure). Els elements genètics són tant els gens codificants de proteïnes (la majoria dels elements genètics són aquests gens), seqüències reguladores i DNA no-codificant i no-regulador.
Craig Venter era un genetista. Estava involucrat en la seqüenciació del genoma humà. Va inventar un mètode més ràpid, eficaç i barat per seqüenciar el DNA (2000-2001). Venter va tenir una idea per tal de sintetitzar u genoma del no res. Volia crear vida sintètica.
Per poder crear vida sintètica primerament s’ha de sintetitzar un nou genoma. Això es feia copiant un genoma ja existent. Va començar copiant amb èxit el genoma de Mycoplasma genitalium (parasit obligat i no té paret). Un cop es té el genoma ja es pot crear una cèl·lula sintètica. El fet de ser capaços de crear cèl·lules té moltes aplicacions biotecnològiques.
Per tal de sintetitzar el genoma és necessari conèixer quins són els gens essencials (aquells gens sense els quals la cèl·lula no podria sobreviure), és a dir, hem de saber el minimal genome. Si sabem quins són aquests gens, el clonatge del genoma serà més senzill ja que només necessitarem els gens essencials i aquells gens que no ho siguin no caldrà afegir-los al genoma.
A principis de mil·lenni es va començar a sintetitzar genomes vírics ja que aquests són més petits (generalment): Al 2002 es va sintetitzar un genoma senser del virus de la polio i al 2003 es va sintetitzar el genoma d’un bacteriòfag.
Per poder trobar els elements genètics hem de comparar genomes (informàticament). Els gens compartits, segurament, seran els gens essencials, el minimal genome.
Venter va utilitzar Mycoplasma genitalium perquè té un dels genomes més petits coneguts en un organisme de vida lliure (NO el més petit, n’hi han de més petits) i pot créixer en un cultiu axènic* al laboratori. A més, té un genoma sense redundància genòmica, és a dir, no té gens duplicats i ha patit, al llarg de l’evolució, una reducció del genoma.
*Cultiu axènic → cultiu on només hi creix una única espècie microbiana provinent d’una sola cèl·lula.
és molt difícil trobar un cultiu axénic a la natura (normalment son cultius on hi ha una barreja de microbiota) però es pot aconseguir artificialment al laboratori.
1 Genòmica – T1.2 – Sònia Vivo ● Non-essential genes: transposon mutagenesis.
Per saber si un gen és essencial o no podem utilitzar la tècnica de transposon mutagenesis. Aquesta tècnica consisteix en crear disrupted genes, és a dir, fer que un gen d’un organisme (en el nostre cas de Mycolasma) tingui una seqüència al mig fet que provoca que el gen perdi la seva funció. Si l’organisme sobreviu amb aquest gen mutat (disrupted gene) significa que aquest no era essencial però si mor, en canvi, vol dir que aquell gen sí era essencial.
Per tal de formar un disrupted gene primerament hem d’aconseguir introduir, en el gen d’interès, un lloc d’inserció pel transposó. El lloc d’inserció o insertion site és una seqüència específica col·locada al genoma. És el lloc on s’incorporarà el transposó. Al genoma de Mycoplasma genitalium van incloure 2.462 lloc d’inserció del transposó. Fent això varen modificar el genoma i, potseriorment, varen seguir un mecanisme de transposició: - Mecanisme de transposició: El mecanisme de transposició té dos passos o mecanismes: 1. Hem d’obtenir un plàsmid amb el DNA que volem incloure al genoma de Mycoplasma genitalium. Aquesta seqüència de DNA ha d’estar flanquejada per dues seqüències TIR.
2. Un altre plàsmid ha de codificar per la proteïna transposase, Aquesta proteïna es col·loca sobre la seqüència o element TIR. Com que hi han dues seqüències TIR, s’hauran de formar dues transposases.
2 Genòmica – T1.2 – Sònia Vivo El primer plàsmid pot unir-se al lloc d’inserció (al genoma de Mycoplasma) quan la seqüència que volem introduir té les proteïnes transposase sobre els elements TIR que la flanquegen.
Transposon mutagenesis és, doncs, la mutació que hem produït al genoma de Mycoplasma. La metodologia que hem utilitzat per fer transposon mutagenesis és l’anomenada Gene by gene.
Si l’organisme mutat per un gen mitjançant aquesta tècnica sobreviu 4 setmanes o més i el creixement és correcte significa que el gen afectat no és essencial. (ATENCIÓ! Recorda que la mutació només ha de ser en 1 gen ja que si hi han mutacions en diferents gens alhora, i l’organisme es mor, no es podrà saber quin/s gen/s eren essencials i quin/s no essencials!!!).
Hi han altres metodologies que permeten obtenir el mateix resultat, transposon mutagenesis no és l’única tècnica existent.
Els investigadors van detectar 100 gens no essencials al genoma de Mycoplasma genitalium dels 475 totals en el seu genoma.
3 Genòmica – T1.2 – Sònia Vivo ● What genes are non-essential? El 48% dels gens són proteïnes que no tenen una funció concreta a l’organisme. Alguns d’aquests gens són necessaris per a que sobrevisqui l’organisme. Al no tenir una funció concreta, però, només estan al genoma per tal mantenir l’organisme viu (no codifiquen per proteïnes). Aquests gens es poden detectar amb la tècnica de transposon mutagenesis.
Exemple: Els introns. Els introns que no “serveixen” perquè no codifiquen per cap proteïna funcional, però si s’elimine del genoma la cèl·lula morirà.
Els resultats de l’experiment de Venter varen ser els següents: el genoma de Mycoplasma genitalium constava de 100 gens no essencials i 428 gens essencials els qual conformaven el minimal genome (382 gens codificadors de proteïnes, 3 gens transportadors de fosfat i 43 gens RNAcoding). Aquests 428 gens essencial són els que necessita Mycoplasma per sobreviure.
Venter, despès de realitzar l’experiment obtenir els resultats anteriors va postular que, teòricament, el minimal genome està constituït per 256 gens. Aquests gens permetrien a mycoplasma fer les rutes necessàries per sobreviure: 4 Genòmica – T1.2 – Sònia Vivo Comparant diferents resultats de diferents experiments Venter va observar que hi havia un percentatge baix de gens essencials compartits entre els organismes. Va veure que no hi havia correspondencia entre els resultats.
Observant (informàticament) 100 genomes, Venter va trobar que nomes 63 eren ubiquitous, és a dir, presents en tots els genomes. Això es deu a tres factors: (1) non included genes that slow down growth, (2) hi han diferents rutes en diferents espècies per fer una mateixa funció, per tant, els gens també canvien i (3) les condicions als diferents laboratoris no eren iguals (fet que pot afectar els resultats).
Teòricament el minimal genome és de 256 gens però experimentalment no ja que els procariotes tenen diferents rutes per obtenir un mateix resultat, així doncs, necessiten més gens però sense incrementar les funcions possibles.
5 ...