Com un llibre d’instruccions, el genoma agrupa en regions properes els gens necessaris per a algunes funcions

Toni Gabaldón y el seu equip.
Toni Gabaldón y el seu equip.

Investigadors esclareixen com el genoma organitza els grups de gens implicats en processos concrets, com la secreció de toxines.

Han realitzat un estudi amb fongs i han identificat més d’11.000 famílies de gens agrupats o propers en el genoma.

Els resultats de l’estudi es publiquen a Nature Microbiology.

Cadascuna de les cèl·lules d’un organisme viu conté una còpia completa de l’ADN, el llibre d’instruccions de la vida, que es troba molt compactat en els cromosomes. Cada cop que la cèl·lula vol realitzar una funció, ha d’activar determinats gens i, per fer-ho, ha d’obrir o desenrotllar regions de l’ADN i tancar-ne d’altres. Com si hagués de llegir unes instruccions de muntatge, li resulta més fàcil activar dos gens alhora si aquests estan a prop, en pàgines consecutives, que si ha d’anar canviant de manual o obrir-ne diversos alhora per completar una funció.

Fins ara, el coneixement sobre com els genomes d’organismes eucariotes (organismes amb cèl·lules complexes amb nucli) organitzen aquests grups de gens, és a dir, com ubiquen els gens implicats en cada procés físicament propers, era molt limitat. Estudis previs s’havien centrat en alguns d’aquests clústers relacionats amb el metabolisme secundari, responsables de crear compostos com la penicil·lina i d’altres toxines amb propietats antibiòtiques.

Ara, investigadors del Centre de Regulació Genòmica (CRG), a Barcelona, liderats pel professor d’investigació ICREA, Toni Gabaldón, actualment investigador de l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona) i el Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), esclareixen aquest procés d’organització al metabolisme principal, en un estudi publicat a Nature Microbiology. Per fer-ho, s’han centrat en estudiar fongs, ja que tenen genomes més petits i fàcils de seqüenciar que els d’altres espècies eucariotes, com ara plantes i animals. 

“Si tens els gens que necessites per a una funció situats a prop els uns dels altres en el cromosoma, es poden co-regular de manera més coordinada i eficaç, segons interessi”, explica Gabaldón.

Els investigadors primer desenvoluparen un algoritme capaç d’identificar gens propers en genomes de distintes espècies seguint un criteri evolutiu, és a dir, observant si eren clústers conservats al llarg de l’evolució en distintes espècies de fongs, independentment de la funció que tenen. D’aquesta forma, van predir més d’11.000 famílies de gens agrupats o propers en el genoma. I van veure que, dels més de 300 genomes de fongs analitzats, un terç de tots els gens formava part d’un grup conservat.

“La selecció fa que alguns gens estiguin a prop d’altres per rellevància funcional. No és una organització fruit de l’atzar, sinó que ha estat seleccionada perquè facilita la regulació. I hem vist que és bastant comú i que afecta a una part important del genoma”, afirma Gabaldón. “La força selectiva afavoreix les conformacions de gens que permeten una inversió més petita d’energia i una millor regulació”, afegeix.

En estudis anteriors amb grups de gens del metabolisme secundari, s’havia vist que, per activar-se i desactivar-se, aquests gens disposaven d’una mena d’interruptor, un factor de transcripció que els activava o apagava. També s’havia observat que aquests grups de gens passaven d’unes espècies a d’altres en bloc, en transferència horitzontal, tot i que es desconeixia el mecanisme.

En canvi, segons han vist els investigadors del CRG, les observacions en el metabolisme secundari no són representatives del genoma en la seva totalitat i la transferència horitzontal és menys comú. Tanmateix, sí que observaren que un clúster format pels mateixos grups de gens pot aparèixer independentment dues vegades i de manera paral·lela en distints llinatges.

Segurament, els grups de gens s’encarreguen de desenvolupar funcions específiques. “Quan necessites una cosa en un moment molt precís, és quan més necessites que allò estigui co-regulat. Una funció general, que està activa la majoria del temps, no necessita una regulació tan precisa”, explica Marina Marcet-Houben, primera autora de l’estudi.

“Ara tenim una llista de funcions que hem d’explorar. Algunes poden tenir una possible utilitat farmacèutica o industrial. Els gens candidats que hem trobat afecten a moltes espècies distintes i fins ara no s’havien descobert. Molts d’ells són gens interessants i és molt probable que codifiquin funcions amb algun potencial aplicat”, valora Gabaldón. 

Els genomes a partir dels quals els científics han desenvolupat aquest treball pertanyen a bases de dades públiques. En aquest sentit, els investigadors del CRG també han fet públics els seus resultats sobre els grups de gens primaris. “Volem retornar a la comunitat científica el coneixement que hem generat gràcies a la informació i les dades que estaven en el domini públic”.

 

Article de referència

Marina Marcet-Houben and Toni Gabaldón 

Evolutionary and functional patterns of shared gene clusters in fungi

Nature Microbiology(2019), DOI:10.1038/s41564-019-0552-0 

 

Font: CRG