Presentamos Unknome, la caja negra de la biología

"Ome" no es un mantra en ciencia, pero es un sufijo cada vez más común en bioquímica, genética y biología molecular. Todos sabemos sobre el genoma. Luego estaba el epigenoma, seguido del proteoma. Ahora está el interactoma, el metaboloma, el transcriptoma y otros. De vez en cuando parecen aparecer más “omes” en la literatura. Como en el genoma que representa el conjunto de genes de un individuo o especie, el sufijo -oma denota un “cuerpo” o conjunto de partes que pueden describirse juntas: el proteoma está formado por todas las proteínas de una célula. El transcriptoma es el conjunto de transcripciones de ADN. El interactoma es el conjunto de todas las partes que interactúan en un proceso, y el metaboloma es el complemento completo de metabolitos en una célula, tejido u organismo en un estado particular. Uno nuevo es el “unnomo”, el conjunto de todos los componentes del que no sabemos nada. Más sobre eso más adelante. El sufijo -ome también se ha utilizado durante mucho tiempo en unidades individuales como ribosomas, citocromos, criptocromos y cromosomas. A los poetas les debería resultar fácil escribir versos sobre bioquímica.

El estudio de todos los omas puede denominarse ómica, con miembros de la familia como la genómica, la proteómica y la transcriptómica. Las ómicas no son sólo un ejercicio taxonómico; es un intento de comprender la desconcertante complejidad a la que se enfrentan los biólogos celulares. Y justo cuando creen que tienen a todos los miembros acorralados en un grupo, surgen las complicaciones.

Por ejemplo, la revista Science anunció recientemente que “Tus células no tienen el genoma con el que naciste”. Al contrario de lo que 23andMe hizo creer a la mayoría de las personas, ninguno de nosotros tiene “un” genoma, excepto en el momento de la concepción. A partir de entonces, el genoma cambia célula a célula, tejido a tejido, a lo largo de la vida. Estos pueden sumar decenas de miles de cambios por célula somática. ¡Las modificaciones del genoma por mutaciones o por procesos de desarrollo nos convierten en universos de genomas!

Como resultado,Cada persona es en realidad un mosaico de genomas, que varían en todo el cuerpo y, a menudo, dentro del mismo órgano o tejido.Estos cambios en el ADN introducenuna diversidad de células somáticas o no reproductivas del cuerpo que puede ser tan importante para la salud como las alteraciones más generalizadas heredadas de los padres.Ahora, los Institutos Nacionales de Salud (NIH) han lanzado un proyecto de 5 años y 140 millones de dólares para mapeareste universo de diversidad genómica y explorar por qué es importante.[Énfasis añadido.]

Dan Landau llama a esto "una gran revolución en la genética humana". Está ansioso por ver los resultados. "Estamos apenas en el comienzo de esta increíble aventura".

Otro artículo de revisión en Science anuncia "El amanecer de la ómica espacial". La reseña del editor dice,

Toda la biología ocurre en el espacio.En los organismos vivos, las células deben interactuar y ensamblarse en tejidos tridimensionales.La posición de cada célula es tan importante como su naturaleza intrínseca para determinar cómo funciona o funciona mal un tejido en una enfermedad. Recientemente, se han inventado muchas tecnologías paraperfilar celdas sin sacarlas de su contexto natural , midiendo la expresión genética y el panorama regulatorio del genoma de una célula junto con su ubicación espacial dentro de un tejido. En una revisión, Bressan et al. describir las características deEstos métodos, denominados colectivamente ómicas espaciales.y analicen lo que les falta para desbloquear todo su potencial.

Los autores, Bressan, Battistoni y Hannon, comienzan con fanfarria: “Así como la secuenciación unicelular ha revolucionado muchos campos de la biología, la 'ómica' espacial, en la que los parámetros moleculares se miden in situ en muestras de tejido intactas, está destinada a potenciar una nueva generación de descubrimientos científicos”.

El perfilado molecular espacial a nivel tisular (y a veces a nivel celular) con tecnologías “multiómicas” permitirá a los investigadores estudiar el genoma, el transcriptoma y el proteoma simultáneamente in situ dentro de un órgano, tejido o célula. Esto agrega otra capa de información que estaba oculta en estudios anteriores.

Uno de los primeros pasos en este viaje fue el surgimiento de tecnologías “ómicas” unicelulares que operan en tejidos desagregados. Estos métodos permitieron el descubrimiento de nuevos tipos de células, arrojaron nueva luz sobre el desarrollo del organismo e iniciaron el proceso de creación de catálogos completos de tejidos humanos y de ratón.Sin embargo, los procesos biológicos ocurren en un contexto espacial,y elLa disposición tridimensional (3D) de las células en un tejido tiene un efecto profundo en sus funciones. …. Independientemente de su poder indiscutible, las mediciones realizadas en células o núcleos desagregadoscarecen de esta capa de información.La necesidad de tal conocimiento ha impulsado el desarrollo de “ómicas espaciales”: métodos capaces de medir las características moleculares de las células en su contexto nativo 3D.

Los autores dicen que "estamos en el comienzo mismo de la revolución de la ómica espacial" y que "el progreso se está produciendo a una velocidad vertiginosa" que sin duda dará a los científicos "una comprensión mucho más profunda de la biología en contexto".

Como ejemplo del profundo efecto de las influencias espaciales y ambientales en un organismo, investigadores de Harvard descubrieron que neuronas específicas se activan cuando un ratón comete un error al navegar por un laberinto de realidad virtual.

Los investigadores descubrieron que cuando un ratón cometía y corregía un error mientras navegaba,el subtipo de neuronas se activó . Esto se mantuvo incluso cuando guiaron al ratón para que se equivocara, ya sea girando el laberinto o cambiando las señales de color. Sin embargo, si el ratón no cometió un error, o cometió un error pero no lo corrigió, las neuronas no se activaron.

Cuando las neuronas se activaron,lo hicieron al unísono , lo que provocó un experimento de seguimiento en el que los investigadores estimularon las células con luz. Encontraron que elLas neuronas están esencialmente conectadas entre sí., lo que significa que la corriente eléctrica que les indica que disparen puede fluir directamente de una celda a la siguiente.

El estudio de estas neuronas de forma aislada no habría revelado esta actividad dinámica y concertada.

Científicos de la Universidad de Leiden (Países Bajos) descubrieron que el “interactoma citosólico protege contra el desarrollo de proteínas” con un proceso continuo de “origami biológico a nivel molecular”. Según Phys.org, el

El líder del grupo, Alireza Mashaghi, dijo: “Cuando una célula experimenta estrés, una proteína puede desplegarse hasta formar una cadena completamente desplegada. Una vez que eso haya sucedido, es muy difícil de revertir. Pero notamos que el citoplasma frena este proceso. sin permitir que el desarrollo llegue hasta el final. Esto protege las proteínas y garantiza una funcionalidad adecuada, y también facilita que las proteínas se repliquen una vez que se resuelve el estrés”.

La investigación sobre esto se publicó en Advanced Biology, "El interactoma citosólico protege contra el desarrollo de proteínas en un experimento de una sola molécula".

De la Biblioteca Pública de Ciencias llega la noticia de "El 'unnomo': el conjunto de transcripciones de genes del que no sabemos casi nada". Esta caja negra consta de "miles de proteínas poco estudiadas codificadas por genes del genoma humano, cuya existencia se conoce pero cuyas funciones en su mayoría no se conocen".

La secuenciación del genoma humano ha dejado claro que codifica miles de probables secuencias de proteínas cuyas identidades y funciones aún se desconocen. Hay múltiples razones para esto, incluida laTendencia a centrar los escasos dólares de investigación en objetivos ya conocidos. y la falta de herramientas, incluidos anticuerpos, para interrogar a las células sobre la función de estas proteínas. Perolos riesgos de ignorar estas proteínas son significativos,argumentan los autores, ya que esEs probable que algunos, quizás muchos, desempeñen funciones importantes en procesos celulares críticos., y pueden proporcionar información y objetivos para la intervención terapéutica.

Phys.org se hace eco de esta noticia que dice que investigadores en el Reino Unido están creando una base de datos pública de estas proteínas en la que confían que se reducirá con el tiempo. El Proyecto Unknome [Genoma Desconocido] ha comenzado en http://www.unknome.org. Las proteínas se clasifican según lo poco que se sabe sobre ellas, lo que estimula la curiosidad de los investigadores por descubrir qué hacen.

Está claro que las ómicas están descubriendo capas adicionales de información biológica en los sistemas vivos. Los anticuados conceptos de genes y proteínas de la década de 1960, como el Dogma Central, están siendo abrumados por esta nueva visión de la organización dinámica multidimensional. Si los genetistas anteriores miraban un mapa plano en 2-D, la nueva generación está mirando una ciudad próspera. Los viejos dogmas sobre la evolución darwiniana parecen lamentablemente inadecuados para comprender la complejidad a este nivel. La ciencia del siglo XXI requerirá un marco teórico equipado para manejar el flujo de información en el tiempo y el espacio. Hay uno. Se le conoce como diseño inteligente.