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¿Existe algún virus que contenga tanto ADN como ARN en su genoma?

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Se sabe que los virus contienen ADN o ARN, uno y no ambos.

Me encontré con una pregunta: ¿Qué virus contiene tanto ADN como ARN?


Aquí está el resumen de resultados del estudio que describe el descubrimiento del virus híbrido ADN: ARN:

Resultados El análisis bioinformático de las secuencias metagenómicas virales derivadas de un lago ácido y caliente reveló un virus de ADN circular, supuestamente monocatenario, que codifica una proteína de la cápside principal similar a las que se encuentran solo en los virus ARN monocatenarios. La presencia y configuración circular del genoma completo del virus se confirmó mediante amplificación por PCR inversa a partir de ADN nativo extraído del sedimento del lago. El genoma del virus parece ser el resultado de un evento de recombinación de ARN-ADN entre dos grupos de virus aparentemente no relacionados. Se examinaron las bases de datos de secuencias ambientales en busca de genes homólogos dispuestos en configuraciones similares y se identificaron tres genomas de virus putativos similares de ambientes marinos. Este resultado indica la existencia de un grupo de virus extendido pero no detectado previamente.

Y aquí está el enlace al artículo:

https://biologydirect.biomedcentral.com/articles/10.1186/1745-6150-7-13


El virus de la hepatitis B (y otros hepadnavirus) tienen principalmente genomas de ADN de doble hebra, pero incluyen un fragmento corto de ARN

Genoma: El genoma del virión del VHB es circular y de aproximadamente 3,2 kb de tamaño y consta de ADN que en su mayoría es de doble hebra ... La otra hebra, la hebra positiva, es de longitud variable, pero tiene menos de una unidad de longitud, y tiene un oligonucleótido de ARN en su extremo 5 '.

- ¿Qué es el VHB?

No como los otros, Los viriones del VHB contienen tanto ADN como ARN. Además, algunas regiones del genoma empaquetado pueden ser monocatenarias, bicatenarias o incluso triples. Estas características peculiares son un resultado directo del mecanismo de replicación del genoma del VHB que se tratará más adelante en este capítulo.

--Página HBV de Robert

Sin embargo, esto es solo una pequeña porción de ARN que se usa para cebar la replicación genómica.


La mayoría de los viriones tienen ARN o ADN, nunca ambos. La excepción a esta regla es el citomegalovirus humano (HCMV). En 2000, los investigadores informaron que aunque el HCMV contiene principalmente ADN, también transporta cuatro piezas de ARN que se utilizan para sintetizar proteínas virales.

Microbiología: una introducción. Barry L. Batzing


Genoma

En los campos de la biología molecular y la genética, un genoma es todo material genético de un organismo. [1] Consiste en ADN (o ARN en virus ARN). El genoma incluye tanto los genes (las regiones codificantes) como el ADN no codificante, [2] así como el ADN mitocondrial [3] y el ADN del cloroplasto. El estudio del genoma se llama genómica.


Un gen cambia de significado si cambia un carácter

Un ejemplo simple, una palabra así, una especie de gen, como "herramienta’, Invierte completamente el significado, si cambia solo una letra y obtiene una nueva palabra„tomóEl sustantivo "herramienta" cambió a un verbo "tomó" en tiempo pasado.. (hasta → tilt thush → thrust touch → hard) Incluso mover una coma en idiomas eslavos de un lugar a otro en los textos también puede cambiar completamente su significado.


ADN + ARN

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La edición de bases de ADN induce mutaciones sustanciales de ARN fuera del objetivo

En un estudio publicado en Naturaleza el 10 de junio, investigadores del laboratorio del Dr. Yang Hui en el Instituto de Neurociencia de la Academia China de Ciencias (CAS), y colaboradores del Instituto Asociado CAS-MPG para Biología Computacional de CAS y la Universidad de Sichuan demostraron que los editores de base de ADN generaron decenas de de miles de variantes de ARN de un solo nucleótido (SNV) fuera del objetivo y estos SNV fuera del objetivo podrían eliminarse mediante la introducción de mutaciones puntuales en las deaminasas.

Este estudio reveló un aspecto previamente pasado por alto del riesgo de los editores de base de ADN y además proporcionó una solución al problema mediante la ingeniería de desaminasas.

Los métodos de edición de bases de ADN han permitido la corrección de mutaciones puntuales directas en el ADN genómico sin generar rupturas de doble cadena (DSB), pero los posibles efectos fuera del objetivo han limitado la aplicación de estos métodos. Los virus adenoasociados (AAV) son el sistema de administración más común para las terapias génicas de edición de ADN. Dado que estos virus pueden mantener la expresión génica a largo plazo in vivo, el alcance de los posibles efectos del ARN fuera del objetivo inducidos por los editores de bases de ADN es de gran preocupación para su aplicación clínica.

Varios estudios anteriores han evaluado mutaciones fuera del objetivo en el ADN genómico mediante editores de bases de ADN. Mientras tanto, las desaminasas integrales de los editores de bases de ADN de uso común a menudo exhiben actividades de unión de ARN. Por ejemplo, se descubrió que la citosina desaminasa APOBEC1 utilizada en editores de bases de citosina (CBE) se dirige tanto al ADN como al ARN, y se descubrió que la adenina desaminasa TadA utilizada en los editores de bases de adenina (ABE) induce la formación de inosina específica de sitio en el ARN. Sin embargo, no se había evaluado ninguna posible mutación de ARN causada por editores de bases de ADN.

Para evaluar el efecto fuera del objetivo de los editores de bases de ADN a nivel de ARN, los investigadores contaron los SNV del ARN fuera del objetivo en cada réplica de las células tratadas con CBE o ABE, y luego exploraron la posibilidad de eliminar los apuntar a los SNV de ARN mediante ingeniería de desaminasas de editores de bases de ADN.

Transfectaron un tipo de CBE, BE3 (APOBEC1-nCas9-UGI) o ABE, ABE7.10 (TadA-TadA * -nCas9), junto con GFP y con o sin ARN de guía única (sgRNA), en cultivos de HEK293T células. Después de validar la alta eficiencia en el objetivo de la edición de ADN por BE3 y ABE7.10 en estas células HEK293T, realizaron RNA-seq a una profundidad promedio de 125X en estas muestras y evaluaron cuantitativamente los RNA SNV en cada réplica.

La eficiencia de la edición en el objetivo se evaluó en cada réplica de las células tratadas con CBE o ABE para garantizar una edición eficiente. Luego, se comparó el número de SNV de ARN fuera del objetivo en los grupos tratados con CBE y ABE con el grupo de control solo con GFP. Encontraron un número sorprendentemente mayor de SNV de ARN en las células tratadas con el editor de bases de ADN.

Además, los investigadores encontraron que el sesgo de mutación en las células tratadas con BE3 o ABE7.10 era el mismo que el de APOBEC1 o TadA, respectivamente, lo que indica que los efectos fuera del objetivo fueron causados ​​por la sobreexpresión de editores de bases de ADN. También identificaron motivos específicos de CBE y ABE y regiones genéticas de estos SNV de ARN fuera del objetivo.

Para eliminar la actividad de ARN fuera del objetivo de los editores de bases, examinaron el efecto de introducir mutaciones puntuales en APOBEC1 o TadA. Tres variantes de alta fidelidad, BE3W90Y + R126E, BE3 (hA3AR128A) y BE3 (hA3AY130F), redujeron los SNV fuera del objetivo de ARN al nivel base. De manera similar, una variante ABE ABE7.10F148A también mostró una eliminación completa de los efectos fuera del objetivo.

Este estudio obtuvo variantes de alta fidelidad para CBE y ABE mediante la introducción de mutaciones puntuales en las deaminasas y proporcionó un método propuesto utilizando ingeniería racional para aumentar la especificidad de los editores de base.


Conclusiones

Los enfoques basados ​​en redes se han utilizado ampliamente para explorar propiedades matemáticas, estadísticas, biológicas y estructurales de un conjunto de entidades (nodos) y las conexiones entre ellas (bordes) en una variedad de sistemas biológicos y sociales (Dagan, 2011 Barberán et al. ., 2012). Dichos enfoques son invaluables para desarrollar un marco cuantitativo para evaluar si y dónde se pueden realizar clasificaciones taxonómicamente significativas en el espacio de secuencia viral (Simmonds et al., 2017). Aquí buscamos evaluar cuantitativamente cuándo y dónde un método de clasificación de red existente basado en el intercambio de genes (Lima-Mendez et al., 2008) funcionaría mal, y descubrimos que solo 1 de cada 4 genomas virales de dsDNA disponibles públicamente eran problemáticos. Los análisis de seguimiento sugirieron que estos genomas eran problemáticos debido a (i) un espacio de secuencia viral submuestreado, (ii) asignaciones taxonómicas incompletas de los géneros ICTV y (iii) frecuencias excepcionalmente altas de intercambio de genes entre virus. El 23% aproximadamente de los VC problemáticos sufren aproximadamente por igual estos problemas con el 6,5%, 7,5% y 8,4% del total de VC que contienen los géneros de ICTV atribuibles a cada problema, respectivamente. Afortunadamente, solo el último grupo seguirá siendo problemático para los enfoques presentados aquí, ya que un mayor muestreo del espacio de secuencia viral y las mejoras en el análisis de redes traerán resolución a las dos categorías anteriores. Por lo tanto, tres cuartas partes de los genomas virales disponibles públicamente se clasifican fácilmente a través de una taxonomía viral basada en la red de intercambio de genes, y otro 14.0% lo será rápidamente con el ∼8% restante identificable como problemático por las propiedades y características de la red.


(ARNip). ARN bicatenario corto de 20 a 23 nucleótidos de longitud con voladizos 3 'de 2 nucleótidos que tienen extremos terminales 5'-monofosfato y 3'-hidroxilo y que Dicer escinde de precursores largos de ARN bicatenario perfectamente complementarios. La cadena guía de ARNip en el complejo de silenciamiento inducido por ARN dirige la interferencia de ARN de una manera específica de secuencia.

21-23 nucleótidos de longitud), moléculas de ARN monocatenario que tienen terminales 5′-monofosfato y 3′-hidroxilo, se escinden de precursores de ARN en horquilla largos por Dicer, e inhiben específicamente la expresión génica en el complejo de silenciamiento inducido por ARN en un de manera específica de secuencia.

(piRNA). ARN monocatenario de 23 a 33 nucleótidos de longitud que tienen terminales 5′-monofosfato y 3′-hidroxilo y se producen a partir de precursores de ARN monocatenario de manera independiente de Dicer. Se encuentran en animales y no en plantas, posiblemente porque los genomas vegetales no codifican ninguna proteína Argonaute (AGO) de la subfamilia PIWI que sea necesaria para la biogénesis del piRNA. Los piRNA guían escisiones específicas de los RNA diana por las proteínas PIWI.

(Proteína AGO). Miembro de una familia de proteínas que se asocian con pequeños ARN interferentes, microARN o ARN que interactúan con PIWI para mediar la interferencia del ARN. Las proteínas AGO contienen un dominio PAZ amino-terminal y un dominio central que se unen al extremo 3 'y al fosfato 5' del ARN pequeño de la cadena guía, respectivamente, así como un dominio PIWI carboxi-terminal que tiene similitud estructural con la ARNasa H. A El subconjunto de proteínas AGO tiene actividad endonucleasa, mientras que la mayoría de los miembros de la subfamilia AGO de mamíferos solo silencian la traducción.

(ARNi). Un proceso de silenciamiento génico dependiente de homología de secuencia de ARN guiado por ARN silenciadores pequeños, como ARN interferentes pequeños, microARN o ARN que interactúan con PIWI unidos a un complejo de ribonucleoproteína multicomponente que contiene proteína Argonaute (AGO).

Complejo silenciador inducido por ARN

(RISC). Un complejo de ribonucleoproteína multicomponente, que comprende la hebra guía de microARN o ARN de interferencia pequeños, proteínas Argonaute (AGO) y cofactores, que silencia la expresión de proteínas a partir de ARNm diana mediante escisión o desintegración del ARN y / o represión traduccional dependiendo de la complementariedad de Secuencias de ARNm a los ARN pequeños empaquetados.

Una de las dos vías de señalización del factor nuclear inmune innato-κB en Drosophila melanogaster. La vía IMD responde al peptidoglicano de tipo DAP de bacterias Gram negativas y algunas Gram positivas. Esto conduce a la producción rápida y robusta de péptidos antimicrobianos.

Proteínas de caja MADS tipo C de MIKC

Un grupo de factores de transcripción que contienen la caja MADS, que participa en la unión y dimerización del ADN con otras proteínas de la caja MADS, y tres dominios conservados adicionales: el dominio interviniente, el dominio de queratina y el dominio carboxi-terminal.

Subclase de transposones que se amplifican en un genoma mediante un proceso que implica la transcripción inversa de ARN a ADN mediante una transcriptasa inversa codificada por un retrotransposón.

También conocidos como "genes saltarines" y "ADN egoísta", secuencias de ADN que codifican las transposasas, las enzimas necesarias para escindir el transposón de su ubicación cromosómica original e integrarlo en una posición diferente dentro del genoma. Los extremos de los transposones consisten en repeticiones de ADN que funcionan como sitios de reconocimiento para la propia transposasa.

Células que se encuentran dentro de la hemolinfa de un insecto y que son equivalentes a las células sanguíneas de los vertebrados. Los diferentes tipos de hemocitos son plasmatocitos, células cristalinas y lamelocitos. Estas células tienen funciones importantes en la inmunidad a través de la secreción de citocinas y la eliminación fagocítica de los invasores.

Escisión endonucleolítica específica de moléculas de ARNm que contienen una secuencia complementaria a la cadena guía de ARN pequeño (ARN de interferencia pequeño, microARN o ARN que interactúa con PIWI) en el complejo de silenciamiento inducido por ARN por el dominio PIWI de un subconjunto de proteínas Argonauta (AGO). . La escisión ocurre en el medio de la región que está emparejada con la base de la hebra guía.

Uno de los sensores citosólicos de ARN bicatenario vírico y artificial en mamíferos, que, tras la activación, puede fosforilar el factor de iniciación de la traducción eucariota eIF2α, lo que conduce a la interrupción global de la traducción y la apoptosis.

Un modelo propuesto para la biogénesis de ARN que interactúan con PIWI primarios y secundarios de animales.

Un linaje filogenético distintivo de microorganismos eucariotas similares a hongos filamentosos, que incluyen importantes patógenos vegetales, como los que causan enfermedades devastadoras en las plantas de papa.


¿Existe algún virus que contenga tanto ADN como ARN en su genoma? - biología

¿No podemos sentir que en el virus, al fusionarse con el genoma celular y volver a emerger de él, observamos procesos que, en el curso de la evolución, han creado los patrones genéticos exitosos que subyacen a todos los seres vivos? & # 8212 Salvador Luria, 1959 (2)

Recombinación

  • Cuando dos cadenas de ADN similar se alinean entre sí e intercambian secciones, se llama recombinación homóloga.
  • Cuando piezas más cortas de ADN similar se alinean para iniciar un intercambio de piezas más largas y diferentes (de las cuales las piezas más cortas pueden formar parte), eso se llama recombinación específica del sitio.
  • Transposición permite que un fragmento de ADN se mueva dentro del mismo cromosoma, o a un cromosoma diferente, a una ubicación con la que no tiene similitud.

La transferencia de ADN a través de las fronteras de especies

Mientras que la recombinación mueve bloques completos de instrucciones genéticas dentro de una célula, otros procesos mueven bloques completos de información genética de una bacteria a otra bacteria de un tipo diferente. En la analogía entre genes y texto escrito, este movimiento es una transferencia de párrafos o páginas de una biblioteca a otra.

Uno de esos procesos es transformación. Aquí, una bacteria libera fragmentos de instrucciones genéticas en su entorno. Otra bacteria, no necesariamente de la misma cepa, recoge el ADN y lo incorpora a su propio genoma. Por ejemplo, steotococos neumonia que no son patógenos pueden llegar a serlo por transformación (4). Como ilustración de la transformación, piense en un pasajero que salta por la borda de un barco y luego es recogido por otro.

Conjugación es la versión bacteriana del sexo. En conjugación, las células bacterianas realmente se conectan y el "macho" dona un fragmento de ADN a la "hembra". En este caso, el fragmento de ADN se extrajo antes del cromosoma bacteriano. Estos fragmentos de ADN extirpados se denominan plásmidos. (Los plásmidos, que pueden pasar de una célula a otra, son similares a los virus. Pero no tienen una cubierta proteica ni un "ciclo de vida" diferente al de la célula huésped en este aspecto, se asemejan a pequeños cromosomas). El material genético transferido es un pasajero en un barco, en la transferencia de plásmidos por conjugación, los barcos se acercan y el pasajero camina por una pasarela hasta el nuevo barco.

Transducción es otra forma en que las bacterias intercambian material genético. En la transducción, un virus toma un fragmento de ADN de su huésped bacteriano y lo incorpora a su propio genoma viral. Una vez que el virus se ha multiplicado, muchas copias del virus brotan de la célula infectada. Dependiendo del tipo de transducción, algunos o todos los virus hijos llevan copias de partes del ADN bacteriano con ellos. Cuando uno de ellos infecta una nueva célula, inserta el ADN robado en la nueva célula, donde la pieza robada se integra en el ADN de la nueva célula. (La pieza robada puede ser un gen completo con el que la célula adquiere una nueva función, como informaron en junio de 1996 dos científicos de la Facultad de Medicina de Harvard (5)). En la transducción, el pasajero recurre a esconderse dentro de alguna carga, con la esperanza de subir a bordo de un barco diferente de esa manera.

La transducción por virus también funciona en organismos eucariotas. El descubrimiento de que grandes bloques de instrucciones genéticas se pueden intercambiar y transferir entre criaturas es una pista de que la inserción de nuevos genes podría ser el mecanismo detrás de los avances evolutivos. Si los virus pueden transferir genes eucariotas a través de los límites de las especies y pueden instalar sus propios genes en sus huéspedes, el caso del nuevo mecanismo es aún más fuerte.Como veremos, los virus hacen precisamente eso.

Los virus son elementos genéticos móviles (6)

Fue una sorpresa absolutamente asombrosa para nosotros que algo tan extraño como los virus que transportan genes de una célula a otra pueda suceder. & # 8212 Joshua Lederberg (7)

Si su computadora de repente comienza a saludarlo con un mensaje vulgar, reconocerá que la computadora ha contraído un virus. Podría haber llegado a través del módem, podría haber venido con un nuevo programa en un disco, o alguien podría haberlo tecleado sigilosamente. Incluso podría haber estado allí cuando adquiriste originalmente la computadora. Sin embargo, llegó allí, definitivamente es un virus informático y su computadora no lo generó espontáneamente.

Los virus informáticos se denominan virus porque son análogos a los virus biológicos que infectan células vivas. Debido a que los virus son más simples que las células, los biólogos solían pensar que tal vez los virus eran las formas de vida precelulares que requiere el darwinismo. Hoy, sin embargo, incluso los darwinistas no creen que los virus sean este vínculo. Los virus no son capaces de metabolizarse o reproducirse de forma independiente. Los darwinistas ahora piensan que los virus evolucionaron después de las células. ¿Qué es un virus?

Un virus es un fragmento de instrucciones genéticas, generalmente en una capa protectora. Las partículas de virus son diminutas que una célula puede fabricar y contienen hasta mil de ellas antes de romperse. Fueron descubiertos por primera vez cuando los biólogos observaron que algunos agentes causantes de enfermedades podían pasar a través de un filtro demasiado fino para las bacterias. Pueden ser pequeños porque no contienen casi nada de la maquinaria de una célula, solo una pequeña cantidad de ADN o ARN.

Los virus no son seres vivos. Cuando están fuera de su célula huésped, son solo partículas moleculares muy complejas que no tienen metabolismo ni forma de reproducirse. En nuestra metáfora de la computadora, son como software sin hardware, disquetes o disquetes sin computadora. Al no tener un metabolismo independiente, pueden permanecer viables indefinidamente, en las circunstancias adecuadas. "Algunos de ellos incluso pueden cristalizarse, como minerales. En este estado pueden sobrevivir durante años sin cambios & # 8212 hasta que se humedecen y se ponen en contacto con sus huéspedes particulares" (8).

Los virus que infectan a las células eucariotas también varían en tamaño. El poliovirus tiene 7.600 nucleótidos de ARN y el virus vaccinia (viruela vacuna) tiene 240.000 pares de nucleótidos de ADN (10). Para volver a utilizar términos informáticos, los virus informáticos que infectan las computadoras personales varían en tamaño desde 1,9 kilobytes hasta 60 kilobytes. A modo de comparación, una computadora personal muy simple (una célula de levadura) tiene instrucciones genéticas equivalentes a aproximadamente 8 megabytes. Una computadora personal avanzada (una célula humana) contiene aproximadamente 1,5 gigabytes de información almacenada, contando la copia de seguridad y el ADN "silencioso".

Cuando un virus se adhiere a su célula huésped, el huésped puede llevar todo el virus a su citoplasma, donde se elimina la capa protectora del virus. Sin embargo, algunos bacteriófagos utilizan un método de invasión diferente. Permanecen fuera de la célula y un desencadenante químico hace que inyecten su genoma en el citoplasma del huésped. De cualquier manera, el genoma del virus ingresa al citoplasma de la célula huésped.

Una vez dentro, el virus hace que la maquinaria de la célula huésped entre en uno de dos ciclos, el ciclo lítico o el ciclo lisogénico. En el ciclo lítico, que conduce a la degradación celular, el huésped comienza a llevar a cabo las instrucciones reproductivas en el genoma del virus invasor. Esas instrucciones son, en resumen, "haz más de mí". El anfitrión se convierte en esclavo del invasor, lo deja todo y comienza a fabricar copias del virus. Después de que se han realizado muchas copias, la célula se abre y muere, y se liberan muchos virus. Ésta es la forma normal en que un virus provoca síntomas de enfermedad en su huésped.

En el ciclo lisogénico, la célula huésped no produce más virus, sino que simplemente alberga todo el genoma viral en la célula, generalmente incorporándolo al genoma de la célula. Si el virus es un virus de ARN, como muchos lo son, el ARN primero debe someterse a una "transcripción inversa" en ADN. Mientras alberga los genes virales, la célula puede crecer y multiplicarse normalmente, llevando consigo las nuevas instrucciones inofensivas. Se dice que un virus transportado de esta manera está latente. Recientemente, los científicos han aprendido que incluso durante la latencia, algunos de los genes del virus pueden expresarse (11).

Este método de adquisición de genes no está en duda. Entre las bacterias, por ejemplo, "hay algunos casos bien documentados de homologías entre genes virales y sus contrapartes del hospedador ... Se han producido algunos intercambios anteriores entre fagos relacionados lejanamente y entre fagos y hospedadores" (12). También se sabe que los eucariotas adquieren genes virales, y el fenómeno no es raro. "Se han encontrado retrovirus endógenos y elementos retrovirales en todos los vertebrados investigados. Como regla general, el número de grupos de secuencias virales que se encuentran dentro de una especie de vertebrado dada es proporcional al esfuerzo dedicado a buscar esa especie" (13).

Y ahora se ha demostrado que algunos de los genes que instalan los virus tienen una función beneficiosa para el huésped. De hecho, los médicos ahora usan virus para instalar genes en el nuevo campo de la "terapia génica". Incluso el virus que causa el SIDA, si se desactiva adecuadamente, puede resultar útil de esta manera (14, 15).

Cuando el genoma de Bacillus subtilis fue completamente secuenciado y publicado en julio de 1997, los secuenciadores notaron otro ejemplo interesante de transferencia de genes. ". Algunos de los bacteriófagos en B. subtilis también parecen aportar genes que ayudan a la bacteria huésped ayudándola a resistir sustancias nocivas como los metales pesados ​​"(16). Esta evidencia confirma que los genes instalados por un virus en el genoma del huésped pueden ser beneficiosos, incluso esenciales, para la evolución. del anfitrión.

Un ejemplo de un beneficio conferido por genes virales proviene de los seres humanos. Una secuencia instalada por un retrovirus regula el grupo de genes de amilasa, lo que nos permite producir amilasa en nuestra saliva. Esta secuencia que compartimos con algunos otros primates nos permite comer alimentos con almidón que de otra manera no podríamos (17).

En agosto de 1997, otra secuenciación del genoma completo, de Helicobacter pylori, encontró que muchos genes en él son más similares a los de eucariotas o arqueas que a otras bacterias (18). "Tales observaciones. A menudo se interpretan como evidencia de transferencia lateral de genes en la historia evolutiva de un organismo", dicen los secuenciadores.

Evidencia adicional de que los genes pueden moverse a través de los límites de las especies incluso en eucariotas se encuentra en el número del 13 de junio de 1997 de Ciencias. Un informe de Frederico J. Gueiros-Filho y Stephen M. Beverley de Harvard describe la "Transposición del reino trans" de un fragmento de ADN del tamaño de un gen conocido como elemento transponible (19). El elemento transponible particular que estudiaron, llamado marinero, ya se ha encontrado en planarias, nematodos, ciempiés, muchos insectos y humanos (20). Hasta hace poco, se consideraba que los elementos transponibles carecían de función o eran "ADN basura". Pero John McDonald, profesor del departamento de genética de la Universidad de Georgia, concluye: "Ahora parece que al menos algunos elementos transponibles pueden ser esenciales para los organismos en los que residen. Aún más interesante es la creciente probabilidad de que los elementos transponibles han jugado un papel esencial en la evolución de organismos superiores, incluidos los humanos "(21). Otro equipo de biólogos ha demostrado que por transformación (discutida anteriormente en bacterias) un marinero El elemento puede instalarse en el genoma heredado del pez cebra (22). Por tanto, los virus no son los únicos elementos genéticos móviles.

En conclusión, los virus podrían proporcionar fácilmente una forma para que nuevos genes nunca antes encontrados por una especie se conviertan en parte de su genoma. Que los virus instalen nuevos genes en sus anfitriones no es especulativo & # 8212 es un hecho bien conocido. Se está estableciendo claramente que los genes transferidos son importantes en la evolución. Según Cosmic Ancestry, la transferencia horizontal de genes por virus y otros medios es esencial para el progreso evolutivo.

Referencias

1. Lynn Margulis, Planeta simbiótico: una nueva mirada a la evolución, Basic Books, 1998. p 64.
2. Salvador E. Luria, Crecimiento y variación de virus, A. Isaacs y B.W. Lacey, eds., Cambridge University Press, 1959. págs. 1-10.
3. Lynn Margulis y Dorion Sagan, ¿Qué es la vida? Simon y Schuster, 1995. pág. 73.
4. Neil A. Campbell, Biología, 3ª edición. The Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc., 1993. pág. 301.
5. Matthew K. Waldor y John J. Mekalanos, "Conversión lisogénica por un fago filamentoso que codifica la toxina del cólera" p 1910-1914 v 272, Ciencias, 28 de junio de 1996. Ver también los comentarios de Nigel Williams, p. 1869-1870 y ver "Investigadores de Harvard encuentran que la bacteria del cólera puede recibir instrucción de un virus", por Misia Landau y Keren McGinity en EurekAlert!, 27 de junio de 1996.
6. Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts y James D. Watson, La biología molecular de la célula, 3ª edición. Nueva York: Garland Publishing, Inc., 1994. pág. 274.
7. Joshua Lederberg, "Entrevista con el Prof. Lederberg, Premio Nobel de Fisiología y Medicina de 1958" [transcripción], realizada por Lev Pevzner, 20 de marzo de 1996.
8. Lynn Margulis y Karlene V. Schwartz, Cinco reinos, 2ª edición. W. H. Freeman and Company, 1988. pág. 16.
9. T.A. Marrón, Genética: un enfoque molecular, 2ª edición, Chapman y Hall, 1992. pág. 221.
10. T.A. Marrón, Genética: un enfoque molecular, 2ª edición, Chapman y Hall, 1992. pág. 234.
11. Susan J. Baserga y Joan A. Steitz, "El mundo diverso de las ribonucleoproteínas pequeñas", p. 359-381, El mundo del ARN, R.F. Gesteland y J.F. Atkins, eds., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1993. pág. 374.
12. Allan M. Campbell, "Ecología, evolución y especiación de bacteriófagos", págs. 81-83, Enciclopedia de Virología, Robert G. Webster y Allan Granoff, eds., Academic Press, 1994.
13. John M. Coffin, Stephen H. Hughes y Harold E. Varmus, eds., Retrovirus, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1997. pág. 346.
14. Jon Cohen, "Un nuevo papel para el VIH: un vehículo para mover genes a las células" p 195 v 272, Ciencias, 12 de abril de 1996.
15. Andrew Pollack, "Los científicos reclutan al VIH para combatir otros males", Los New York Times, 19 de enero de 1999.
16. Nigel Williams, "Secuencia de bacterias grampositivas", pág. 478 v 277, Ciencias, 25 de julio de 1997.
17. John M. Coffin, Stephen H. Hughes y Harold E. Varmus, eds., Retrovirus, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1997. pág. 403.
18. Jean-F. Tomb y col. (Otros 41), "La secuencia completa del genoma del patógeno gástrico Helicobacter pylori"p 539-547 v 388, Naturaleza, 7 de agosto de 1997.
19. Frederico J. Gueiros-Filho y Stephen M. Beverley, "Trans-kingdom Transposition of the Drosophila Elemento marinero Dentro del protozoo Leishmania, "p 1716-1719 v 276, Ciencias, 13 de junio de 1997.
20. Daniel L. Hartl, "Marinero Navega hacia Leishmania, "p 1659-1660 v 276, Ciencias, 13 de junio de 1997.
21. Phil Williams, "Los elementos transponibles pueden haber tenido un papel importante en la evolución de los organismos superiores", EurekAlert !, 9 de febrero de 1998.
22. James M. Fadool, Daniel L. Hartl y John E. Dowling. "Transposición del marinero elemento de Drosophila mauritiana en pez cebra, "p 5182-5186 v 95 n 9, Proc. Nat. Acad. Sci., Estados Unidos, 28 de abril de 1998.
23. John M. Coffin, Stephen H. Hughes y Harold E. Varmus, eds., Retrovirus, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1997. p 414.

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Megaplasmido de 1 Mb) dentro de Pseudomonas stutzeri. "
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100%).
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20 de diciembre de 2012: Evolución: una mirada desde el siglo XXI por James A. Shapiro
Jeudy S, Abergel C, Claverie J-M, Legendre M, "Translation in Giant Viruses: A Unique Mixture of Bacterial and Eukaryotic Termination Schemes" [html], doi: 10.1371 / journal.pgen.1003122, 8 (12): e1003122, PLoS Genet., 13 de diciembre de 2012. "Estos virus gigantes también están equipados de manera única con genes que codifican componentes centrales del aparato de traducción. La presencia de esos genes, que se cree que son características de los organismos celulares, revivió interrogantes fundamentales sobre el origen evolutivo de estos virus y el vínculo que podrían tener con la aparición de eucariotas. Un número creciente de estudios apoyan la idea de que los virus gigantes tienen orígenes antiguos, posiblemente anteriores a la radiación de los eucariotas ".
Phuong Thi Le et al., "Un enfoque automatizado para la identificación de transferencias de genes horizontales de genomas completos revela el rizoma de Rickettsiales" [resumen], doi: 10.1186 / 1471-2148-12-243, Biología Evolutiva BMC, 12 de diciembre de 2012.
11 de diciembre de 2012: James Shapiro señala su artículo web sobre HGT de eucariotas a bacterias.
9 de diciembre de 2012: Los detalles moleculares bien establecidos de la transferencia horizontal en la evolución de la resistencia bacteriana a los antibióticos son difíciles de reconciliar con el neodarwinismo & # 8212 James A. Shapiro
2 de diciembre de 2012: Más de 1.000 genes en coanoflagelados parecen haber llegado por transferencia.
28 de noviembre de 2012: Archaea adquirió más de 1000 genes por transferencia de eubacterias.
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7 de noviembre de 2012: 910 genes aparentemente transferidos de procariotas, hongos o virus proporcionan actividades esenciales o específicas de las plantas.
7 de noviembre de 2012: Diversos bacteriófagos portan genes de proteínas "dirigidas al núcleo eucariota".
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27 de septiembre de 2011: Los virus de ADN circular monocatenario han entrado en genomas eucariotas muchas veces. Recientemente se encontraron más de 300 ejemplos.
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Revirtiendo la sabiduría convencional, ciertas familias de virus son antiguas, ScienceDaily, 17 de noviembre de 2010.
21 de noviembre de 2010: El genoma humano contiene aproximadamente 1,8 millones de residuos de secuencia Alu reconocibles. Ahora se considera que tienen mucha importancia estructural y evolutiva. & # 8212 Roy Britten
19 de noviembre de 2010: . El material genético derivado de todos los tipos de genomas virales conocidos y estrategias de replicación puede ingresar a la línea germinal animal.
Interesante artículo HGT es el tema del correo electrónico y un enlace de Jeff Krolick, 5 de noviembre de 2010.
2 de noviembre de 2010: El problema del software para el origen de la vida no se ignora, por una vez.
26 de octubre de 2010: Estamos encontrando conjuntos de genes que nunca esperaría encontrar en la vida viral, pero que esperaría encontrar en organismos celulares.
Yong E. Zhang et al., "Redistribución cromosómica de genes con sesgo masculino en la evolución de los mamíferos con dos estallidos de ganancia genética en el cromosoma X" [html], doi: 10.1371 / journal.pbio.1000494, PLoS Biol 8 (10) : e1000494, 5 de octubre de 2010.
1 de octubre de 2010: Su única función parece ser la de transferir genes.
Cl & # 233ment Gilbert y C & # 233dric Feschotte, "Genomic Fossils Calibrate the Long-Term Evolution of Hepadnaviruses" [html], doi: 10.1371 / journal.pbio.1000495, PLoS Biol 8 (9): e1000495, septiembre de 2010. Ver también comentario: Se encontró un virus antiguo escondido en el genoma del pinzón por Cassandra Willyard, Science Now, 28 de septiembre de 2010. "Un 'fósil viral' recién descubierto enterrado profundamente en el genoma del pinzón cebra indica que la familia de virus de la hepatitis B & # 8212conocida como hepadnavirus & # 8212 se originó hace al menos 19 millones de años. Junto con los hallazgos recientes sobre otros virus, el trabajo sugiere que todos los virus pueden ser mucho más antiguos de lo que se pensaba ".
28 de septiembre de 2010: Lejos de ser insignificantes, estos eventos LGT ciertamente han remodelado radicalmente las tendencias evolutivas en los organismos receptores, y se puede esperar que se descubran roles similares en otros animales.
Yuyu Niu, Yang Yu, Agnieszka Bernat et al., "Monos rhesus transgénicos producidos por transferencia de genes en embriones en etapa de escisión temprana utilizando un vector basado en virus de inmunodeficiencia de simios" [resumen], doi: 10.1073 / pnas.1006563107, Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos, en línea el 24 de septiembre de 2010.
El estudio de Rice examina cómo las bacterias adquieren inmunidad por Jade Boyd, Rice News & amp Media Relations, 15 de septiembre de 2010. Las bacterias son atacadas por virus llamados fagos y el CRISPR contiene secuencias genéticas de fagos. El sistema CRISPR es heredable y programable, lo que significa que algunas secuencias pueden estar allí cuando el organismo se crea por primera vez, y también se pueden agregar nuevas cuando nuevos fagos atacan al organismo durante su ciclo de vida., dice Michael Deem, profesor John W. Cox de ingeniería bioquímica y genética.
ADN promiscuo: transferencia horizontal de elementos transponibles y por qué es importante para la evolución eucariota por Sarah Schaack, Cl & # 233ment Gilbert y C & # 233dric Feschotte, doi: 10.1016 / j.tree.2010.06.001, Trends Ecol Evol. [Resumen de PubMed], septiembre de 2010.
13 de septiembre de 2010: Orígenes, evolución e impacto fenotípico de nuevos genes
Huiquan Liu et al., "Transferencia horizontal generalizada de genes de virus de ARN bicatenario a genomas nucleares eucariotas" [resumen], doi: 10.1128 / JVI.00955-10, Revista de Virología, Noviembre de 2010. "Nuestros hallazgos implican que la transferencia horizontal de genes virales de ARN bicatenario está muy extendida entre eucariotas y puede dar lugar a nuevos genes funcionalmente importantes".
Daniel W. Bellott et al., "Evolución convergente de los cromosomas Z de pollo y X humanos por expansión y adquisición de genes" [resumen], doi: 10.1038 / nature09172, p612-616 v466, Naturaleza, 29 de julio de 2010. "Concluimos que tanto el cromosoma Z como el cromosoma X experimentaron una ganancia genética neta sustancial".
Claudia P. Marquez y Ellen J. Pritham, "Fantasma, una nueva subclase de Mutador Transposones de ADN encontrados en virus de insectos y ampliamente distribuidos en animales "[resumen], doi: 10.1534 / genetics.110.116673, p1507-1517 v185, Genética, Agosto de 2010. "Aquí describimos un grupo de transposones de ADN no caracterizados previamente, denominados Phantom, identificados en los genomas de una amplia gama de taxones eucariotas, incluidos muchos animales. Curiosamente, también se identificaron tres proteínas Phantom en dos virus de insectos y el análisis filogenético sugiere un movimiento horizontal de insecto a virus, proporcionando una nueva línea de evidencia sobre el papel de los virus en la transferencia horizontal de transposones de ADN en animales ".
Sylvia Schaffer et al., "La reconstrucción del estado ancestral revela una evolución independiente múltiple de caracteres morfológicos de diagnóstico en la 'Oribatida superior' (Acari), en conflicto con los esquemas de clasificación actuales" [resumen], doi: 10.1186 / 1471-2148-10-246, v10 n246, Biología Evolutiva BMC, 11 de agosto de 2010. "Las historias de carácter de seis rasgos morfológicos indican que su evolución siguió un patrón bastante complejo de múltiples ganancias (y pérdidas) independientes".
4 de agosto de 2010: las esponjas tienen muchos genes que solo los animales más avanzados utilizan para codificar órganos, nervios y músculos.
30 de julio de 2010: Diecinueve de las especies. tenían secuencias virales de ARN incrustadas en su ADN.
23 de julio de 2010: La célula, y de hecho la evolución, puede marcar estos microARN de manera muy flexible en diferentes células para abordar varios objetivos, y solo necesitan un complejo de proteínas para hacer el trabajo.
Los virus 'amigables' del intestino revelaron, doi: 10.1038 / news.2010.353, por Amy Maxmen, NatureNews, en línea el 14 de julio de 2010. "El equipo encontró genes que codifican proteínas nunca antes detectadas en virus bacterianos. Cuando están en bacterias, estas proteínas son parte de vías responsables del metabolismo de los carbohidratos y la síntesis de aminoácidos. Los virus que portan estos genes podrían alterarlos e insertarlos en las bacterias intestinales, lo que podría cambiar el metabolismo de una persona ".
Un país de las maravillas viral en el intestino humano por Gisela Telis, ScienceNow, 14 de julio de 2010.
Adam D. Ewing y Haig H. Kazazian Jr, "La secuenciación de alto rendimiento revela una amplia variación en el contenido de L1 específico para humanos en genomas humanos individuales" [resumen], doi: 10.1101 / gr.106419.110, Investigación del genoma, en línea el 20 de mayo de 2010. ". Estimamos que la tasa de retrotransposición de L1 en humanos está entre 1/95 y 1/270 nacimientos".
Elizabeth J. Duncan y Peter K. Dearden, "Evolución de un dominio regulador genómico: el papel de la cooptación genética y la duplicación genética en el potenciador del complejo dividido" [resumen], doi: 10.1101 / gr.104794.109, p917-928 v20, Investigación del genoma, Jul (en línea el 10 de mayo) 2010. "Tal captura de una secuencia en una vía de señalización debido a un dominio de cromatina local puede ser un mecanismo general por el cual nuevos genes se reclutan en vías de señalización de células antiguas".
Maynard ND, Birch EW, Sanghvi JC, Chen L, Gutschow MV, et al., "Una pantalla genética avanzada y un análisis dinámico de dependencias de host de fagos Lambda revelan una extensa red de interacción y una nueva estrategia anti-viral" [html] , doi: 10.1371 / journal.pgen.1001017, 6 (7): e1001017, PLoS Genet., en línea el 8 de julio de 2010. "Nuestros resultados demuestran una red altamente integrada entre lambda y su host".
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29 de junio de 2010: Una de las posibilidades más dramáticas es que los elementos del ADN hayan entrado en la línea germinal de los virus. & # 8212 extraído de una revisión en línea de Lo que Darwin se equivocó.
"Jumping Genes" encuentra nuevos hogares en humanos con más frecuencia de lo que estimó anteriormente Vincent Dollard, Emory University (también Physorg.com), 25 de junio de 2010.
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Claudia P. Marquez y Ellen J. Pritham, "Fantasma, una nueva subclase de Mutador Transposones de ADN encontrados en virus de insectos y ampliamente distribuidos en animales "[resumen], doi: 10.1534 / genetics.110.116673, Genética, en línea el 10 de mayo de 2010. Los elementos fantasmas que se encuentran en los virus dsDNA se suman al creciente cuerpo de evidencia. que los virus dsDNA pueden actuar como vectores para el movimiento horizontal de TE entre eucariotas.
2 de mayo de 2010: Los elementos transferibles se propagan entre especies dispares haciendo autostop en los genomas de parásitos compartidos por estas especies.
1 de mayo de 2010: Los análisis filogenéticos implican la transferencia ancestral de estos genes de un hongo a un ancestro de numerosas especies modernas de áfidos.
1 de mayo de 2010: un gen de función dual es muy antiguo según un par de microbiólogos alemanes.
28 de abril de 2010: Los sistemas de genes conservados revelados por los fenólogos planta-vertebrado ilustran una homología más antigua que la "homología profunda" de los metazoos que es actualmente un foco de la biología del desarrollo evolutivo (evo-devo).
Wenheng Zhang et al., "Genes de simetría floral y el origen y mantenimiento de la cigomorfia en un mutualismo planta-polinizador" [resumen], doi: 10.1073 / pnas.0910155107, Proc. Natl. Acad. Sci. Estados Unidos, 6 de abril de 2010. "Varios estudios de especies filogenéticamente diversas indican que la cigomorfia ha evolucionado de forma independiente a través del reclutamiento repetido de CYC2-como genes. "
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15 de abril de 2010: Los gérmenes que comemos pueden suministrar genes a los microbios en nuestro intestino.
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3 de abril de 2010: Los cromosomas completos se pueden transferir horizontalmente a cepas de hongos aisladas reproductivamente.
11 de marzo de 2010: Hans-Peter Wheeler señala un artículo sobre un virus en la línea germinal humana.
5 de marzo de 2010: Los genes de los microbios de nuestro intestino son 150 veces más numerosos que los genes humanos.
Virginie Doceul, Michael Hollinshead et al., "Repulsión de viriones superinfectantes: un mecanismo para la propagación rápida del virus" [resumen], doi: 10.1126 / science.1183173, p873-876 v327, Ciencias, 12 de febrero de 2010. "Aquí, mostramos que el virus vaccinia se propaga. Cuatro veces más rápido de lo que permitiría su ciclo de replicación".
Yoav Raz y Emmanuel David Tannenbaum, "La influencia de la transferencia horizontal de genes en la aptitud media de las poblaciones unicelulares en entornos estáticos" [Resumen de acceso abierto], doi: 10.1534 / genetics.109.113613, Genética, en línea el 1 de marzo de 2010. ". La ventaja de HGT] debe residir en su capacidad para promover una adaptación más rápida en entornos dinámicos, una interpretación que es consistente con la observación de que la HGT puede ser promovida por tensiones ambientales en una población".
Nikoh N, McCutcheon JP, Kudo T, Miyagishima S, Moran NA, et al., "Genes bacterianos en el genoma del áfido: ausencia de transferencia funcional de genes de Buchnera a su anfitrión" [html], PLoS Genet 6 (2): e1000827 , doi: 10.1371 / journal.pgen.1000827, 26 de febrero de 2010.
Los virus son agentes esenciales dentro de las raíces y el tallo del árbol de la vida por Luis P. Villarreal y Guenther Witzany, doi: 10.1016 / j.jtbi.2009.10.014, Journal of Theoretical Biology, 21 de febrero de 2010.
17 de febrero de 2010: sugerimos que ambos. se derivaron de proteínas bacterianas ancestrales.
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8 de febrero de 2010: Estas transferencias laterales de genes entre bacterias y animales podrían ser una fuente importante de innovación evolutiva.
Frank Ryan, "Yo, virus: por qué eres solo medio humano" [enlace], Científico nuevo, 29 de enero de 2010.
4 de febrero de 2010: Nuestros resultados implican que la selección natural ha favorecido tanto el movimiento como la fijación de estos alelos invasivos excepcionales.
16 de enero de 2010: Los cromosomas Y del chimpancé y del ser humano han experimentado una renovación total desde que las especies divergieron.
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13 de enero de 2010: Una babosa marina adquirió la fotosíntesis de las algas & # 8212 Sidney K. Pierce
7 de enero de 2010: Se ha integrado un gen de un virus no retroviral en varios genomas de mamíferos, incluido el nuestro.
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26 de diciembre de 2009: . La Proteína. es previamente desconocido, específico para mamíferos placentarios y derivado de un transposón de ADN exacto.
16 de diciembre de 2009: El gigante Marsellavirus] adopta genes de otros organismos, incluidos eucariotas, bacterias y otros virus.
13 de diciembre de 2009: Algunos microorganismos pueden sobrevivir a viajes interplanetarios encerrados dentro de rocas despegadas de planetas por impactos de cometas y asteroides. Pertenece a la investigación en ASU sobre la fotosíntesis.]
11 de diciembre de 2009: . el porcentaje de genes transferidos. podría estar cerca del 100%.
25 de noviembre de 2009: ¿Las mariposas y las orugas alguna vez fueron especies separadas, unidas por hibridación?
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30 de mayo de 2009: Para los procariotas, vías metabólicas completas. podría agregarse en virtud de la transferencia horizontal de genes (HGT).
28 de mayo de 2009: Este brazo "adaptativo". puede ser el resultado fortuito de la invasión del ADN introducido por un virus o microbio que infecta a una criatura parecida a un pez.
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Los virus de las crenarqueas antiguas se describen en un artículo de Astrobiología al que Cody Bennett nos señala en un correo electrónico, el 5 de abril de 2009.
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28 de marzo de 2009: Las bacterias adquieren rápidamente vías metabólicas completas mediante la transferencia horizontal de múltiples genes.
19 de marzo de 2009: . La transferencia lateral entre eucariotas y entre eucariotas y bacterias parece ser un proceso continuo y no demasiado infrecuente.
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28 de febrero de 2009: Postulamos que estos cambios permiten que los factores de transcripción bacteriana incorporen genes recién adquiridos en circuitos reguladores ancestrales y aún así retengan el control de los miembros centrales de un regulón.
27 de febrero de 2009: Está bien documentado que los eucariotas utilizan genes de origen viral para asegurar funciones fisiológicas.
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19 de enero de 2009: Los virus de ARN no retrovirales pueden haber contribuido más sustancial y directamente a la evolución de los genomas de mamíferos de lo que se suponía hasta ahora.
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24 de diciembre de 2008: Invasiones del genoma retroviral. se han producido a lo largo de la evolución de los vertebrados y continúan hasta nuestros días.
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4 de noviembre de 2008: Solo una teoria, por Kenneth R. Miller
30 de octubre de 2008: La transferencia horizontal (HT) de transposones de ADN aparentemente ha producido una innovación evolutiva en los mamíferos.
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30 de septiembre de 2008: La transferencia horizontal de genes con los animales va a estar más extendida de lo que se cree ahora.
18 de septiembre de 2008: El virófago podría ser un vehículo que medie la transferencia lateral de genes entre virus gigantes.
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IA explicable para decodificar la biología del genoma

Los investigadores utilizaron secuencias de ADN de experimentos de alta resolución para entrenar una red neuronal llamada BPNet, cuyos mecanismos internos de "caja negra" fueron luego descubiertos para revelar patrones de secuencia y principios de organización del código regulador del genoma. Crédito: Ilustración cortesía de Mark Miller, Instituto Stowers de Investigación Médica.

Investigadores del Instituto Stowers de Investigación Médica, en colaboración con colegas de la Universidad de Stanford y la Universidad Técnica de Múnich, han desarrollado inteligencia artificial (IA) explicable avanzada en un tour de force técnico para descifrar las instrucciones reguladoras codificadas en el ADN. En un informe publicado en línea el 18 de febrero de 2021, en Genética de la naturaleza, el equipo descubrió que una red neuronal entrenada en mapas de alta resolución de interacciones proteína-ADN puede descubrir patrones sutiles de secuencias de ADN en todo el genoma y proporcionar una comprensión más profunda de cómo estas secuencias están organizadas para regular genes.

Las redes neuronales son potentes modelos de inteligencia artificial que pueden aprender patrones complejos a partir de diversos tipos de datos, como imágenes, señales de voz o texto, para predecir propiedades asociadas con una precisión impresionante. Sin embargo, muchos ven estos modelos como ininterpretables ya que los patrones predictivos aprendidos son difíciles de extraer del modelo. Esta naturaleza de caja negra ha obstaculizado la amplia aplicación de las redes neuronales a la biología, donde la interpretación de patrones predictivos es primordial.

Uno de los grandes problemas no resueltos en biología es el segundo código del genoma: su código regulador. Las bases de ADN (comúnmente representadas por las letras A, C, G y T) codifican no solo las instrucciones sobre cómo construir proteínas, sino también cuándo y dónde producir estas proteínas en un organismo. El código regulador es leído por proteínas llamadas factores de transcripción que se unen a tramos cortos de ADN llamados motivos. Sin embargo, cómo determinadas combinaciones y arreglos de motivos especifican la actividad reguladora es un problema extremadamente complejo que ha sido difícil de precisar.

Ahora, un equipo interdisciplinario de biólogos e investigadores computacionales dirigido por la investigadora de Stowers, Julia Zeitlinger, Ph.D., y Anshul Kundaje, Ph.D., de la Universidad de Stanford, han diseñado una red neuronal, llamada BPNet para Base Pair Network, que puede ser interpretado para revelar el código regulatorio al predecir la unión del factor de transcripción de las secuencias de ADN con una precisión sin precedentes. La clave fue realizar experimentos de unión de factor de transcripción-ADN y modelado computacional con la resolución más alta posible, hasta el nivel de bases de ADN individuales. Esta mayor resolución les permitió desarrollar nuevas herramientas de interpretación para extraer los patrones de secuencia elemental clave, como los motivos de unión del factor de transcripción y las reglas combinatorias mediante las cuales los motivos funcionan juntos como un código regulador.

"Esto fue extremadamente satisfactorio", dice Zeitlinger, "ya que los resultados encajan a la perfección con los resultados experimentales existentes y también revelaron conocimientos novedosos que nos sorprendieron".

Por ejemplo, los modelos de redes neuronales permitieron a los investigadores descubrir una regla sorprendente que gobierna la unión del factor de transcripción bien estudiado llamado Nanog. Descubrieron que Nanog se une cooperativamente al ADN cuando múltiples de su motivo están presentes de manera periódica, de modo que aparecen en el mismo lado de la hélice de ADN en espiral.

"Ha habido un largo rastro de evidencia experimental de que tal periodicidad de motivos a veces existe en el código regulatorio", dice Zeitlinger. "Sin embargo, las circunstancias exactas eran esquivas y Nanog no había sido sospechoso. Descubrir que Nanog tiene tal patrón y ver detalles adicionales de sus interacciones fue sorprendente porque no buscamos específicamente este patrón".

"Esta es la ventaja clave de utilizar redes neuronales para esta tarea", dice Žiga Avsec, Ph.D., primer autor del artículo. Avsec y Kundaje crearon la primera versión del modelo cuando Avsec visitó Stanford durante sus estudios de doctorado en el laboratorio de Julien Gagneur, Ph.D., en la Universidad Técnica de Munich, Alemania.

"Los enfoques bioinformáticos más tradicionales modelan datos utilizando reglas rígidas predefinidas que se basan en el conocimiento existente. Sin embargo, la biología es extremadamente rica y complicada", dice Avsec. "Mediante el uso de redes neuronales, podemos entrenar modelos mucho más flexibles y matizados que aprenden patrones complejos desde cero sin conocimientos previos, lo que permite nuevos descubrimientos".

La arquitectura de red de BPNet es similar a la de las redes neuronales utilizadas para el reconocimiento facial en imágenes. Por ejemplo, la red neuronal primero detecta bordes en los píxeles, luego aprende cómo los bordes forman elementos faciales como el ojo, la nariz o la boca, y finalmente detecta cómo los elementos faciales juntos forman una cara. En lugar de aprender de los píxeles, BPNet aprende de la secuencia de ADN sin procesar y aprende a detectar motivos de secuencia y, finalmente, las reglas de orden superior mediante las cuales los elementos predicen los datos de unión de resolución base.

Una vez que el modelo está entrenado para ser altamente preciso, los patrones aprendidos se extraen con herramientas de interpretación. La señal de salida se remonta a las secuencias de entrada para revelar motivos de secuencia. El último paso es usar el modelo como un oráculo y consultarlo sistemáticamente con diseños de secuencias de ADN específicos, similar a lo que se haría para probar hipótesis experimentalmente, para revelar las reglas por las cuales los motivos de secuencia funcionan de manera combinatoria.

"La belleza es que el modelo puede predecir muchos más diseños de secuencia que podríamos probar experimentalmente", dice Zeitlinger. "Además, al predecir el resultado de las perturbaciones experimentales, podemos identificar los experimentos que son más informativos para validar el modelo". De hecho, con la ayuda de las técnicas de edición de genes CRISPR, los investigadores confirmaron experimentalmente que las predicciones del modelo eran muy precisas.

Dado que el enfoque es flexible y aplicable a una variedad de diferentes tipos de datos y tipos de células, promete conducir a una comprensión cada vez mayor del código regulador y cómo la variación genética afecta la regulación genética. Tanto el Laboratorio Zeitlinger como el Laboratorio Kundaje ya están usando BPNet para identificar de manera confiable motivos de unión para otros tipos de células, relacionar motivos con parámetros biofísicos y aprender otras características estructurales en el genoma, como las asociadas con el empaquetamiento de ADN. Para permitir que otros científicos usen BPNet y lo adapten a sus propias necesidades, los investigadores han puesto a disposición todo el marco de software con documentación y tutoriales.


Agradecemos a Felix Grewe por su asistencia en biología computacional y al Museo Field de Historia Natural por el acceso a sus servidores. También agradecemos a Benjamin Rubin por su ayuda en la determinación de la tubería bioinformática para este proyecto. También agradecemos a Maureen Coleman, Michaela Gack y Cathy Pfister por sus útiles discusiones. También agradecemos el apoyo de la National Science Foundation (NSF DEB 1900357).

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Palabras clave: Formicidae, elementos virales endógenos, biología del genoma comparativo, microbios, diversidad viral.

Cita: Flynn PJ y Moreau CS (2019) Evaluación de la diversidad de virus endógenos en los genomas de hormigas. Parte delantera. Microbiol. 10: 1139. doi: 10.3389 / fmicb.2019.01139

Recibido: 31 de enero de 2019 Aceptado: 06 de mayo de 2019
Publicado: 22 de mayo de 2019.

Gustavo Caetano-Anoll & # x00E9s, Universidad de Illinois en Urbana & # x2013Champaign, Estados Unidos

David Richard Nash, Universidad de Copenhague, Dinamarca
Frank O & # x2019Neill Aylward, Virginia Tech, Estados Unidos
Lumi Viljakainen, Universidad de Oulu, Finlandia

Copyright & # x00A9 2019 Flynn y Moreau. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la Licencia de atribución Creative Commons (CC BY). Se permite el uso, distribución o reproducción en otros foros, siempre que se acredite al autor (es) original (es) y al propietario (es) de los derechos de autor y se cite la publicación original en esta revista, de acuerdo con la práctica académica aceptada. No se permite ningún uso, distribución o reproducción que no cumpla con estos términos.



Comentarios:

  1. Masud

    ¡Pobre de mí! ¡Desafortunadamente!

  2. Waefreleah

    Es una pena que no haya nada en lo que pueda ayudarte. Espero que seas de ayuda aquí.

  3. Arajin

    Este mensaje bastante valioso

  4. Daigal

    Eliminado (sección confundida)

  5. Runihura

    ¡Sí, se aconsejó!

  6. Cony

    Expreso gratitud por la ayuda en esta pregunta.

  7. Gukree

    Creo que no tienes razón. Te invito a discutir. Escribe en PM, hablaremos.



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