lunes, 7 de septiembre de 2009

La red de los genes

Las células dendríticas (en verde) y otras células inmunes (en azul) alrededor de un vaso sanguíneo (en rojo).

Las células actúan como pequeñas computadoras, lo que ha hecho suponer a los científicos que los genes controlan todo como si tratará de un circuito: encienden, apagan o desactivan.

Tal y como si se tratara de ENIAC o similar, los biólogos mediante ingeniería inversa han estudiado la red genética de una célula inmune que reconoce las enfermedades invasores al apagar sus circuitos uno por uno.

"La célula es como una computadora. Se puede estudiar por dentro y por fuera para saber que esta pasando", dijo Nir Kohen, inmunólogo en el Hospital General de Massachusetts y co-autor de un estudio, que se publica en el último número de la revista Science. "En una computadora si usas un medidor de tensión y existen 17 piezas en un circuito, pueden modificarse una a una y ver cómo se ilumina todo lo demás".

La red de los genes podría ayudar a los investigadores a entender cómo funciona el sistema inmune, pero el enfoque de la investigación también permitirá poder conocer el funcionamiento de cualquier conjunto de genes.

Los investigadores han tenido dificultades estudiando la actividad genética de células vivas. Un gen puede activar una proteína que a su vez activa a otras, lo que vez provocaría la acción de otros genes y así sucesivamente para centenares o miles de genes.

Miles de estas redes guían las funciones celulares, pero su estudio se dificulta en mamíferos. Los investigadores hasta el momento sólo han podido lograr listas de genes que están relacionados con enfermedades o el desarrollo de estás, pero no se tiene una idea concreta de como se activan.

"En el nivel que estamos tratando de entender, aún no se llega a la complejidad de la red", dijo Aviv Regev, biólogo celular del Instituto Broad y co-autor del artículo en Science.

Para poder dar sentido a la red, Regev y colegas emplearon varios trucos de biotecnología. La primera fue la interferencia de ARN, mediante la cual una cadena de ADN se utiliza para activar o desactivar genes. Otro truco fue el uso de sondas fluorescentes de ADN que cambian de color cuando una proteína se activa por la acción de un gen.

Después de identificar las células del sistema inmune, las llamadas células dendríticas como pueden ser de la bacteria E. coli y de virus, los investigadores identificaron a varios cientos de genes que eran fundamentales para la función inmunológica. Luego usaron interferencia de ARN para activar los genes uno por uno, lo cual sirvió para realizar la medición de los efectos que producían en otros genes de células en las cuales fueron expuestas agentes patógenos.

En el reciente estudio, se describe cómo las distintas partes de la red están implicadas en el reconocimiento de diferentes patógenos. Cerca de 100 genes parecen ser los responsables de la "red de regulación", modulada por la actividad de docenas de otros genes. Algunos de estos genes no habían sido identificados antes como implicados en la función inmune. Un gen, llamado Timeless, conocido por su papel casi exclusivo en el mantenimiento del ritmo circadiano, afecta a 200 genes.

"El cual es un excelente complejo de la utilización de sistema de perturbación para revelar una red regulatoria", comento Trey Ideker, de la Universidad de California en San Diego, genetista que no participa en el estudio. "Los mamíferos son el objetivo final desde un punto de vista de la salud humana, pero el enfoque en la compleja red hace difícil aún su implementación".

En futuros estudios, los investigadores se plantean ir desactivando más de un gen a la vez, para así medir la actividad en cultivos de células que contengan más de un tipo de células inmunitarias. En última instancia, esto proporcionaría a los desarrolladores de medicamentos mejores resultados o incluso conducir a pruebas de diagnóstico en la red de células de un paciente.

Pero los investigadores dicen que la parte más importante del estudio no son los hallazgos que se logren del sistema inmune, sino el enfoque que se utiliza.

"Hemos sido capaces de medir la expresión de cada gen de una célula durante más de una década, pero aún no averiguamos que controla cada expresión, lo que resulta aún más difícil", añade Kohen. "Esto podría hacerse a cualquier proceso biológico".

§ Science

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