Miles de genes nuevos están ocultos dentro de la “materia oscura” de nuestro genoma.
Anteriormente se pensaba que era ruido remanente de la evolución, un nuevo estudio Descubrieron que algunos de estos diminutos fragmentos de ADN pueden producir miniproteínas, lo que potencialmente abre un nuevo universo de tratamientos, desde vacunas hasta inmunoterapias para cánceres cerebrales mortales.
La preimpresión, que aún no ha sido revisada por pares, es la última de un consorcio global que busca nuevos genes potenciales. Proyecto del Genoma Humano A principios de siglo, los científicos han intentado descifrar el libro genético de la vida, que ya se había completado en su primer borrador. En las cuatro letras genéticas (A, T, C y G) y en las proteínas que codifican se esconde una gran cantidad de información que podría ayudarnos a enfrentar a nuestros enemigos médicos más frustrantes, como el cáncer.
Los hallazgos iniciales del Proyecto Genoma Humano fueron una sorpresa. Los científicos encontraron menos de 30,000 genes que forman y mantienen nuestro cuerpo en funcionamiento, aproximadamente un tercio de lo que se había predicho anteriormente. Ahora, aproximadamente 20 años después, a medida que las tecnologías que secuencian nuestro ADN o mapean las proteínas se han vuelto cada vez más sofisticadas, los científicos se preguntan: "¿Qué nos hemos perdido?? "
El nuevo estudio llenó el vacío al investigar partes relativamente inexploradas del genoma, llamadas "no codificantes", que aún no se han vinculado a ninguna proteína. Al combinar varios conjuntos de datos existentes, el equipo se centró en miles de posibles genes nuevos que producen aproximadamente 3,000 miniproteínas.
Aún queda por comprobar si estas proteínas son funcionales, pero los estudios iniciales sugieren que algunas están implicadas en un cáncer cerebral infantil mortal. El equipo está poniendo a disposición de la comunidad científica sus herramientas y resultados para que se sigan explorando. La plataforma no se limita a descifrar el genoma humano; también puede ahondar en el mapa genético de otros animales y plantas.
Aunque aún quedan misterios, los resultados “ayudan a proporcionar una imagen más completa de la parte codificante del genoma”, dijo Ami Bhatt de la Universidad de Stanford. les dijo a Ciencias:.
¿Qué hay en un gen?
Un genoma es como un libro sin puntuación. Su secuenciación es relativamente fácil hoy en día, gracias a Costos más baratos y mayor eficienciaDarle sentido es otra cuestión.
Desde el Proyecto Genoma Humano, los científicos han buscado en nuestro mapa genético las “palabras” o genes que forman las proteínas. Estas palabras de ADN se descomponen en codones de tres letras, cada uno de los cuales codifica un aminoácido específico, el componente básico de una proteína.
Cuando se activa un gen, este se transcribe en ARN mensajero. Estas moléculas transportan la información genética desde el ADN hasta la fábrica de proteínas de la célula, llamada ribosoma. Imagínenselo como un panecillo cortado por la mitad, con una molécula de ARN que lo atraviesa como si fuera un trozo de tocino.
Al definir por primera vez un gen, los científicos se centran en los marcos de lectura abiertos, que están formados por secuencias de ADN específicas que dictan dónde comienza y termina un gen. Como una función de búsqueda, el marco escanea el genoma en busca de genes potenciales, que luego se validan con experimentos de laboratorio basados en una miríada de criterios, entre ellos, si pueden producir proteínas de un tamaño determinado (más de 100 aminoácidos). Las secuencias que cumplen con los requisitos se compilan en GENCODE, una base de datos internacional de genes reconocidos oficialmente.
Los genes que codifican proteínas han atraído la mayor atención porque ayudan a comprender las enfermedades e inspiran formas de tratarlas. Pero gran parte de nuestro genoma es “no codificante”, es decir, grandes secciones de él no producen ninguna proteína conocida.
Durante años, estos fragmentos de ADN se consideraron basura, los restos inservibles de nuestro pasado evolutivo. Sin embargo, estudios recientes han comenzado a revelar un valor oculto. Algunos fragmentos regulan la activación o desactivación de los genes. Otros, como los telómeros, protegen contra la degradación del ADN a medida que se replica durante la división celular y previenen el envejecimiento.
Aún así, el dogma era que estas secuencias no producían proteínas.
Una nueva lente
Cada vez hay más pruebas de que las áreas no codificantes tienen segmentos productores de proteínas que afectan la salud.
Un estudio Descubrieron que una pequeña sección faltante en áreas supuestamente no codificantes causaba problemas intestinales hereditarios en los bebés. En ratones modificados genéticamente para imitar el mismo problema, restaurar el fragmento de ADN (aún no definido como gen) redujo sus síntomas. Los resultados resaltan la necesidad de ir más allá de los genes codificadores de proteínas conocidos para explicar los hallazgos clínicos, escribieron los autores.
Estos fragmentos, denominados marcos de lectura abiertos no canónicos (ncORF), o “genes-tal-vez”, han aparecido en diversos tipos de células y enfermedades humanas, lo que sugiere que tienen funciones fisiológicas.
En 2022, el consorcio detrás del nuevo estudio comenzó a investigar funciones potenciales, con la esperanza de ampliar nuestro vocabulario genético. En lugar de secuenciar el genoma, analizaron conjuntos de datos que secuenciaban el ARN a medida que se transformaba en proteínas en el ribosoma.
El método captura el resultado real del genoma, incluso cadenas de aminoácidos extremadamente cortas que normalmente se consideran demasiado pequeñas para formar proteínas. Su búsqueda produjo un catálogo de más de 7,000 “posibles genes” humanos, algunos de los cuales formaban microproteínas que finalmente se detectaron dentro de células cancerosas y cardíacas.
Pero, en general, en ese momento “no nos centramos en las cuestiones de expresión o funcionalidad de las proteínas”, escribió el equipo. Por eso, ampliaron su colaboración en el nuevo estudio y dieron la bienvenida a especialistas en ciencia de las proteínas de más de 20 instituciones de todo el mundo para que descifraran los “genes-posibles”.
También incluyeron varios recursos que proporcionan bases de datos de proteínas de varios experimentos, como el Organización del proteoma humano y la Atlas de péptidos—y agregó datos de experimentos publicados que utilizan el sistema inmunológico humano para detectar fragmentos de proteínas.
En total, el equipo analizó más de 7,000 “genes-posibles” de una variedad de células: sanas, cancerosas y también líneas celulares inmortales cultivadas en el laboratorio. Al menos una cuarta parte de estos “genes-posibles” se tradujeron en más de 3,000 miniproteínas. Estas son mucho más pequeñas que las proteínas normales y tienen una composición de aminoácidos única. También parecen estar más en sintonía con partes del sistema inmunológico, lo que significa que podrían ayudar a los científicos a desarrollar vacunas, tratamientos autoinmunes o inmunoterapias.
Es posible que algunas de estas miniproteínas recién descubiertas no tengan ninguna función biológica, pero el estudio ofrece a los científicos una nueva forma de interpretar las funciones potenciales. Para el control de calidad, el equipo organizó cada miniproteína en un nivel diferente, en función de la cantidad de evidencia de los experimentos, y las integró en una base de datos existente para que otros lo exploren.
Apenas estamos empezando a investigar la materia oscura de nuestro genoma. Aún quedan muchas preguntas por responder.
“Una capacidad única de nuestra colaboración multiconsorcial es la capacidad de desarrollar consenso sobre los desafíos clave” que creemos que necesitan respuestas, escribió el equipo.
Por ejemplo, en algunos experimentos se utilizaron células cancerosas, lo que significa que ciertos “genes-posibles” podrían estar activos solo en esas células, pero no en las normales. ¿Deberían llamarse genes?
A partir de aquí, el aprendizaje profundo y otros métodos de IA pueden ayudar a acelerar el análisis. Aunque la anotación de genes está “históricamente arraigada en la inspección manual” de los datos, escribieron los autores, la IA puede procesar múltiples conjuntos de datos mucho más rápido, aunque sea solo como un primer paso para encontrar nuevos genes.
¿Cuántos podrían descubrir los científicos? “50,000 está dentro del ámbito de lo posible”, afirma el autor del estudio Thomas Martinez les dijo a Ciencias:.
Crédito de la imagen: Miroslaw Miras obtenidos de Pixabay
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- Fuente: https://singularityhub.com/2024/12/09/thousands-of-new-genes-may-be-hidden-in-dna-dark-matter/
