La Importancia de los Hongos para el Hombre

Una razón para Secuenciar Genomas fúngicos

Una de las últimas palabras de moda en la investigación genómica es «genómica funcional», que es esencialmente el estudio de la nueva función génica a través de la manipulación directa del genoma. La razón principal para hacer esto es que conocer la secuencia de levaduras y otros organismos ha dejado claro que no conocemos la función de muchos de los marcos de lectura abiertos predichos. La capacidad de manipular el genoma de eucariotas simples como S. cerevisiae y A. nidulans los hace atractivos para comenzar estudios que diluciden la función de estos genes desconocidos. Esto será mucho más difícil de lograr con genes nuevos en el genoma humano, excepto en los raros casos en que la naturaleza nos ha proporcionado mutaciones. Del mismo modo, la genómica funcional que utiliza los métodos actuales de selección de genes en el ratón es difícil y costosa, aunque se están desarrollando nuevas tecnologías que eventualmente pueden hacer que este enfoque sea sostenible. Debido a que los hongos filamentosos representan un vasto grupo de organismos en los que se pueden aplicar muchas de las mismas herramientas disponibles para estudiar los genes de levadura en ciernes, será posible evaluar nuevas funciones génicas en estos organismos. Sus variados estilos de vida y la complejidad de sus funciones celulares deben proporcionar un complemento excelente al trabajo que se realiza en levaduras en ciernes y de fisión.

¿Qué hace de A. nidulans una opción adecuada para un proyecto de secuenciación del genoma? A. nidulans se ha utilizado ampliamente para abordar cuestiones fundamentales de la biología desde la década de 1950. La genética relativamente simple de este hongo filamentoso se ha utilizado para investigar una variedad de fenómenos genéticos, incluidos los mecanismos que regulan el metabolismo del carbono y el nitrógeno, el ciclo celular, las funciones citoesqueléticas y el desarrollo (Morris y Enos 1992; Marzluf 1993;Navarro-Bordonaba y Adams 1994; Osmani y Ye 1996). Como tal, A. nidulans ha desempeñado un papel importante como organismo eucariótico modelo. Probablemente más importante es el papel que este organismo ha desempeñado como un sistema modelo para la investigación de cuestiones relacionadas con la biología de otros miembros del género que impactan positiva y negativamente al hombre. Los miembros del género Aspergillus se utilizan como productores a gran escala de ácido cítrico, enzimas industriales; amilasas, proteasas y lipasas, por nombrar algunas, y otras del género son patógenos del hombre o son responsables del deterioro de los alimentos y la producción de metabolitos secundarios tóxicos como la aflatoxina. El impacto económico total del género Aspergillus solo en los Estados Unidos. la economía se estima en 45 mil millones de dólares. Debido a que A. nidulans ha jugado un papel importante en nuestra comprensión de este género grande y diverso y debido a la clara importancia económica de estos organismos, es imperativo que obtengamos una imagen más detallada de su genoma.

Aspectos anteriores del proyecto del genoma de Aspergillus nidulans basándose en la genética clásica establecieron que su genoma consta de ocho grupos de enlace o cromosomas. Estos grupos de enlace se definieron utilizando métodos genéticos parasexuales y recombinación mitótica para demostrar la vinculación entre genes ampliamente espaciados en brazos cromosómicos (Clutterbuck 1974). Este establecimiento de ocho grupos de enlace se ha confirmado mediante electroforesis en gel de campo pulsado, que resuelve los ocho grupos de enlace en seis bandas, dos de las cuales son dobles y se pueden separar mediante cepas de translocación. Estos estudios estimaron que el genoma era de 31 megabases (Brody y Carbon 1989), en buen acuerdo con las estimaciones del tamaño del genoma utilizando cinética de reasociación y determinación colorimétrica (Bainbridge 1971; Timberlake 1978). Por lo tanto, el genoma de A. nidulans tiene un tamaño de 2,5 × 107 a 3,0 × 107 pares de bases y contiene pocas secuencias de ADN repetitivas. El tamaño relativamente pequeño del genoma de A. nidulans, la cantidad limitada de ADN repetitivo y su importancia como organismo modelo lo hacen adecuado para la secuenciación.

En un sentido, todo el genoma de A. nidulans ya está secuenciado. Dos bibliotecas cosmid que contienen 5134 clones individuales se construyeron hace varios años y se almacenaron como clones individuales en placas de microtitulación. Estas bibliotecas se clasificaron más tarde por hibridación en subconjuntos específicos de cromosomas que se estima que cubren 9 el 95% de cada cromosoma (Brody et al. 1991). El mapeo de estas bibliotecas se ha llevado aún más lejos. Usando un método de algoritmo de costo aleatorio rápido, las dos bibliotecas cosmid se utilizaron para construir un mapa físico del cromosoma IV de A. nidulans (Wang et al. 1994). Este trabajo se ha ampliado para desarrollar mapas físicos de los ocho cromosomas del genoma de A. nidulans. Estos mapas y los métodos utilizados para derivarlos se pueden encontrar en el sitio web://fungus.genetics.uga.edu:5080/. El uso de estos métodos para construir mapas físicos para cada uno de los cromosomas proporciona la base sobre la que podría comenzar la secuenciación a gran escala del ADN del genoma de A. nidulans. Sin embargo, también es importante señalar que estos mapas también han suscitado cierta preocupación por parte de los miembros de la Asociación. comunidad nidulana porque hay varios casos en los que no son colineales con el mapa genético. La falta de colinealidad puede reflejar la mala calidad del mapa genético, que se basa en asignar el orden de los genes a partir de cruces de tres puntos. Alternativamente, estos pedidos podrían ser incorrectos porque los marcadores genéticos utilizados estaban demasiado separados, lo que impedía un pedido adecuado. Es evidente que este es un problema que se resolverá a tiempo, una vez que se conozca la secuencia completa del genoma.

Entonces, ¿por qué no estamos secuenciando el genoma de A. nidulans u otros hongos filamentosos? Los esfuerzos actuales de secuenciación están dirigidos a organismos microbianos de importancia médica, como las bacterias causantes de enfermedades. Se cree que la elucidación de su secuencia genómica tiene el potencial de producir conocimientos inmediatos sobre nuevas estrategias terapéuticas. Esto es algo desafortunado, ya que estamos ignorando grupos enteros de organismos mientras tratamos de determinar si la secuenciación del genoma completo será útil. A medida que estos proyectos avanzan, necesitamos considerar otras razones para la secuenciación del genoma, incluida la importancia de poder analizar la función génica después de la identificación de marcos de lectura abiertos por análisis de secuencias. Aquí es precisamente donde se encuentra ahora el esfuerzo del genoma de la levadura. Los investigadores se enfrentan a determinar nuevas funciones genéticas, y lo mismo será cierto para cualquier organismo para el que determinemos la secuencia completa. Algunos de estos genes serán específicos de la levadura, otros tendrán funciones en todos los hongos y otros funcionarán en todos los eucariotas. Para saber a qué clase pertenece cada gen, será importante obtener secuencias de numerosos organismos. Sería muy desafortunado que los científicos de la vida no asumieran un papel activo en la elección de aquellos organismos cuyos genomas deberían secuenciarse. Es probable que la cuidadosa selección de organismos nos proporcione una mayor comprensión de los procesos de especiación y evolución del genoma. En el caso de los hongos, que se supone que divergieron hace unos mil millones de años, estas preguntas son particularmente relevantes.

Nosotros, como científicos, debemos preocuparnos por otro tema que plantearán los estudios del genoma. Este problema es que no es posible derivar la función génica de una comparación de secuencias génicas. Considere el problema general de las familias de enzimas grandes. La reacción química catalizada por enzimas de la familia puede ser la misma, pero sus sustratos pueden ser muy diferentes. Debido a esto, la comparación directa de secuencias puede proporcionar una guía solo para la función de un producto genético, pero no para los sustratos sobre los que actúa. Por lo tanto, en este ejemplo podríamos decir que un producto genético comparte un sitio catalítico con el de otros miembros de la familia, pero no podemos decir en qué vía bioquímica funciona. A medida que comenzamos a investigar la función de nuevos productos genéticos, debemos tener en cuenta que, aunque dos genes codifican proteínas similares, pueden funcionar de manera diferente, o como en el caso de enzimas con actividades similares, pueden funcionar en vías diferentes. Esto proporciona otra razón para estudiar la función génica en más de un pequeño número de sistemas. Finalmente, un gen puede revelar su función celular más fácilmente en un sistema que en otro porque la biología del sistema tiene un requisito especial para la función.

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