La risposta sta nel fatto che il modo in cui viene utilizzato il DNA è importante quanto ciò che dice. Cioè, i geni che compongono un genoma non vengono sempre utilizzati; possono essere attivati o disattivati nel tempo e interagiscono tra loro in modi complessi. Alcuni geni codificano istruzioni per produrre proteine specifiche e altri codificano informazioni sulla regolazione di altri geni.
Ora, i ricercatori del laboratorio di Rob Phillips, ovvero, i professori di biologia e biofisica, Fred e Nancy Morris, hanno sviluppato un nuovo strumento per determinare come sono regolati i vari geni del comune batterio Escherichia coli. Sebbene l'E. Coli sia stato utilizzato come organismo modello in biologia e bioingegneria per decenni, i ricercatori comprendono il comportamento regolatorio di solo il 35% circa dei suoi geni. Il nuovo metodo del laboratorio Phillips, fa luce su come quasi 100 geni precedentemente non caratterizzati, siano regolati e pone le basi per studiarne molti altri. Un documento che descrive la nuova tecnica è recentemente apparso sulla rivista eLife .
Immaginiamo di poter leggere l'alfabeto e la punteggiatura di una nuova lingua, ma di non riuscire a capire cosa significano le singole parole o nessuna delle regole grammaticali. Potresti leggere un libro e riconoscere ogni lettera che leggi senza avere alcuna comprensione di ciò che descrive una frase o un paragrafo. Ciò è analogo alla sfida affrontata dai biologi nell'era genomica moderna: il sequenziamento del genoma di un organismo è ora rapido e semplice, ma in realtà capire come ogni gene è regolato è molto più difficile. La comprensione della regolazione genica è la chiave per comprendere la salute e la malattia ed è importante se un giorno dobbiamo riutilizzare le cellule in modo che possano fare le cose per le quali le abbiamo progettate.
"Abbiamo sviluppato uno strumento generale che i ricercatori potrebbero utilizzare su quasi tutti gli organismi microbici", afferma Rob Phillips. "Il nostro sogno è che qualcuno come Victoria Orphan [James Irvine Professor of Environmental Science and Geobiology] possa scendere sul fondo dell'oceano e tornare con un batterio mai visto prima, e noi potremmo usare il nostro strumento su di esso per determinare non solo la sequenza del suo genoma ma soprattutto come è regolato ".
Nel nuovo metodo, i ricercatori apportano perturbazioni sistematiche al genoma e vedono cosa succede. In sostanza, l'equivalente di errori tipografici viene fatto nel genoma e si osserva l'impatto di tali errori di battitura sulla funzione cellulare. Ad esempio, se sostituisci la lettera "k" nella parola "walk" con la lettera "x" per cambiarla in "walx", l'intento della parola originale è ancora abbastanza chiaro. Questo non è il caso se si scambia la lettera "w" con una "t" per produrre "talk". Ciò suggerisce che la lettera "w" trasporta importanti informazioni sul significato della parola originale. Allo stesso modo, apportare modifiche a un genoma utilizzando l'alfabeto del DNA consente ai ricercatori di capire quali lettere sono più importanti per il "significato" corretto.
Per convalidare il loro metodo, Phillips e colleghi hanno prima esaminato 20 particolari geni di E. coli che i ricercatori sapevano già come attivare e disattivare (il loro metodo ha caratterizzato correttamente questi 20 geni). Successivamente, il team è passato ad altri 80 geni meno conosciuti per capire anche come funzionano. Per ora, il metodo è stato utilizzato solo su cellule batteriche , ma alla fine Phillips prevede di poter esaminare anche le cellule eucariotiche (come le cellule umane), che sono più complesse, con una versione modificata del metodo.
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