Os cientistas dão um passo gigante para as pessoas - com plantas!

28 de julho de 2011

Os cientistas dão um passo gigantesco para as pessoas – com as plantas!

Os pesquisadores do Salk Institute e do Dana Farber Cancer Institute contribuem para a produção do maior mapa de interações de proteínas vegetais

28 de julho de 2011

La Jolla—A ciência geralmente progride em pequenos passos, mas em raras ocasiões, uma nova combinação de experiência em pesquisa e tecnologia de ponta produz um 'grande salto à frente'. Uma equipe internacional de cientistas, cujos investigadores seniores incluem o biólogo vegetal do Instituto Salk José Ecker, relatam um desses saltos na edição de 29 de julho de 2011 da Science. Eles descrevem seu mapeamento e análises iniciais de milhares de interações proteína-proteína dentro das células de Arabidopsis thaliana -uma variedade de planta de mostarda que é para biologia vegetal o que o rato de laboratório é para a biologia humana.

“Com este estudo, conseguimos dobrar os dados de interação de proteínas vegetais disponíveis para os cientistas”, diz Ecker, professor do Laboratório de Biologia Molecular e Celular de Plantas. “Esses dados, juntamente com dados de futuros estudos de mapeamento de 'interactomas' como este, devem permitir que os biólogos tornem as plantas agrícolas mais resistentes à seca e às doenças, mais nutritivas e geralmente mais úteis para a humanidade.”

O projeto de quatro anos foi financiado por uma doação de $ 8 milhões da National Science Foundation e foi liderado por Marc Vidal, Pascal Braun, David Hill e colegas do Dana Farber Cancer Institute em Boston; e Ecker no Salk Institute. “Foi uma colaboração natural”, diz Vidal, “porque Joe e seus colegas do Instituto Salk já haviam sequenciado o Arabidopsis genoma e clonamos muitos dos genes codificadores de proteínas, enquanto do nosso lado, no Dana Farber Institute, tínhamos experiência em fazer esses mapas de interação de proteínas para outros organismos, como leveduras”.

Nos estágios iniciais do projeto, os membros do laboratório de Ecker liderados pela técnica de pesquisa Mary Galli converteram a maior parte de sua biblioteca acumulada de Arabidopsis clones de genes codificadores de proteínas em uma forma útil para testes de interação com proteínas. “Para este projeto, mais de 10,000 clones de 'quadro de leitura aberta' foram convertidos e a sequência verificada em preparação para triagem de interação de proteína”, diz Galli.

Vidal, Braun, Hill e seus colegas executaram sistematicamente esses quadros de leitura aberta por meio de um processo de triagem de interação de proteína de alta qualidade, com base em um teste conhecido como tela de dois híbridos de levedura. De mais de quarenta milhões de combinações de pares possíveis, eles encontraram um total de 6,205 Arabidopsis interações proteína-proteína, envolvendo 2,774 proteínas individuais. Os pesquisadores confirmaram a alta qualidade desses dados, por exemplo, mostrando sua sobreposição com dados de interação de proteínas de estudos anteriores.

O novo mapa de 6,205 associações de proteínas representa apenas cerca de dois por cento do “interactoma” proteína-proteína completo para Arabidopsis, uma vez que o teste de triagem abrangeu apenas um terço de todos Arabidopsis proteínas e não era sensível o suficiente para detectar muitas interações de proteínas mais fracas. “Haverá mapas maiores depois deste”, diz Ecker.

Mesmo como uma etapa preliminar, porém, o novo mapa é claramente útil. Os pesquisadores conseguiram classificar os pares de interação de proteínas que encontraram em grupos funcionais, revelando redes e “comunidades” de proteínas que trabalham juntas. “Havia muito pouca informação, por exemplo, sobre como as vias de sinalização dos hormônios vegetais se comunicam”, diz Ecker. “Mas neste estudo fomos capazes de encontrar uma série de ligações intrigantes entre esses caminhos”.

Uma análise mais aprofundada de seu mapa forneceu uma nova visão sobre a evolução das plantas. Ecker e colegas Arabidopsis os dados do genoma, relatados há uma década, revelaram que as plantas duplicam aleatoriamente seus genes em uma extensão muito maior do que os animais. Esses eventos de duplicação de genes aparentemente dão às plantas um pouco da versatilidade genética de que precisam para se manterem adaptadas a ambientes em constante mudança. Neste estudo, os pesquisadores encontraram 1900 pares de suas proteínas mapeadas que pareciam ser produtos de antigos eventos de duplicação de genes.

Usando técnicas avançadas de datação genômica, os pesquisadores foram capazes de avaliar o período de tempo desde cada um desses eventos de duplicação de genes – o período mais longo sendo 700 milhões de anos – e compará-lo com as mudanças nos parceiros de interação das duas proteínas. “Isso fornece uma medida de como a evolução reprogramou as funções dessas proteínas”, diz Vidal. “Nosso grande conjunto de dados de alta qualidade e a frequência naturalmente alta dessas duplicações de genes em Arabidopsis nos permitiu fazer tal análise pela primeira vez.”

Os pesquisadores encontraram evidências de que a Arabidopsis as parcerias de proteínas tendem a mudar rapidamente após o evento de duplicação, e então mais lentamente à medida que o gene duplicado se acomoda em sua nova função e é mantido lá pela pressão evolutiva. “Embora a divergência nas sequências de aminoácidos dessas proteínas possa continuar, a divergência em termos de seus respectivos parceiros diminui drasticamente após uma rápida mudança inicial, que não esperávamos”, diz Vidal.

Na edição de julho de 29 da Ciência pesquisadores do Arabidopsis estudo de mapeamento interactome relatou mais uma demonstração da utilidade de sua abordagem. Liderados por Jeffery L. Dangl da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill, eles examinaram Arabidopsis interações de proteínas com a bactéria Pseudomonas syringae (Psy) e um micróbio semelhante a um fungo chamado Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa). “Embora esses dois patógenos estejam separados por cerca de um bilhão de anos de evolução, verifica-se que as proteínas 'efetoras' que eles usam para subverter Arabidopsis células durante a infecção são direcionadas contra o mesmo conjunto de células altamente conectadas Arabidopsis proteínas”, diz Ecker. “Observamos alguns desses alvos Arabidopsis proteínas e encontraram evidências de que elas servem como 'centros' ou pontos de controle para o sistema imunológico da planta e sistemas relacionados.”

Ecker e seus colegas esperam que esses estudos marquem o início de um período de rápido avanço na compreensão da biologia vegetal e em colocar esse conhecimento em uso para benefício humano. “Isso começa a nos dar uma grande imagem em nível de sistema de como Arabidopsis funciona, e grande parte dessa imagem em nível de sistema será relevante para – e orientará mais pesquisas sobre – outras espécies de plantas, incluindo aquelas usadas na agricultura humana e até mesmo em produtos farmacêuticos”, diz Ecker.

O “Arabidopsis Interactome Mapping Consortium” consiste em mais de 20 laboratórios nacionais e internacionais que contribuem para este estudo com o apoio de várias agências financiadoras, incluindo a National Science Foundation e o National Institutes of Health.

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Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.