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La creciente resistencia a los medicamentos antiinfecciosos se ha convertido en un problema mundial que amenaza con descarrilar los esfuerzos de control de infecciones. La resistencia a los medicamentos contra la malaria no es una excepción. Los informes de resistencia contra la terapia combinada de artemisinina (ACT), el estándar de oro actual para el tratamiento de la malaria , se han vuelto cada vez más frecuentes. Esto plantea preocupaciones sobre el tratamiento actual de la malaria y los esfuerzos de control. Además de una creciente necesidad de desarrollar nuevos medicamentos antipalúdicos, también es importante identificar medidas para retrasar y / o minimizar el desarrollo de resistencia contra estos nuevos medicamentos.

El equipo de investigación del Prof. Paul C. HO y su ex Ph.D. la estudiante Dr. Michelle LIM del Departamento de Farmacia, NUS y el profesor Pablo BIFANI del Instituto Norvatis para Enfermedades Tropicales ha identificado dos genes [VIDEO]no denunciados previamente en Plasmodium falciparum, y el mecanismo putativo que puede causar que desarrolle resistencia a un nuevo fármaco antipalúdico. Plasmodium falciparum actualmente afecta a cientos de millones de personas en todo el mundo.

El profesor Ho dijo:

"El descubrimiento de estos marcadores genéticos y una comprensión temprana de los mecanismos de resistencia a los medicamentos permitirán una mejor terapia de combinación mientras se monitorea la efectividad de nuevos medicamentos antipalúdicos y se minimiza el desarrollo de resistencia a los medicamentos durante la aplicación clínica".

Se ha desarrollado una clase de compuestos farmacológicos de imidazolopiperazina (IPZ) (aminas cíclicas saturadas) con actividad en parásitos en estadio hepático y hepático como un nuevo tipo de fármaco antipalúdico para uso en la profilaxis, el tratamiento y la prevención de la transmisión de la enfermedad de la malaria. Aunque las IPZ recientemente han demostrado ser altamente efectivas contra el parásito de la malaria, hay una fuerte tendencia para que el parásito desarrolle resistencia a la droga. El equipo de investigación ha desarrollado un método de selección que les permite aislar mutantes del parásito de la malaria que han desarrollado propiedades resistentes a los medicamentos contra este nuevo fármaco antipalúdico. Al realizar la secuenciación del genoma completo de estos clones de Plasmodium falciparum resistentes a los medicamentos, encontraron dos genes no denunciados anteriormente asociados con la resistencia a los fármacos, un transportador de acetil-CoA (pfact) y un transportador de UDP-galactosa (pfugt).

Prof Bifani dijo: "Los mecanismos identificados que causan esta resistencia a los medicamentos son miembros de una familia de proteínas transportadoras de membrana (superfamilia facilitadora principal o MFS) responsable de la translocación de pequeñas moléculas a través de las membranas celulares que no se asociaron previamente con la resistencia a los medicamentos en parásitos. El conocimiento de esta asociación ayudará en los esfuerzos futuros en descubrimiento de fármacos, diagnóstico y terapia de combinación ".

Los científicos exploran los misterios detrás de la diversidad de la composición del ADN entre las especies

Para hacer la doble hélice icónica y retorcida que explica la diversidad de la vida, las reglas de ADN especifican que G siempre se empareja con C y A con T.Pero, cuando todo se suma, la cantidad de contenido de G + C frente a A + T entre especies no es un porcentaje fijo simple o una relación uno a uno estándar.

Por ejemplo, dentro de los organismos unicelulares, la cantidad de contenido de G + C puede variar desde el 72 por ciento en una bacteria como Streptomyces coelicolor, mientras que el parásito protozoario que causa la malaria, Plasmodium falciparum, tiene tan poco como un 20 por ciento.

En eucariotas unicelulares, la levadura contiene un 38 por ciento de contenido de G + C, las plantas como el maíz tienen un 47 por ciento y los humanos contienen alrededor del 41 por ciento.

La gran pregunta es ¿por qué?

"Este ha sido uno de los problemas de larga data en la evolución del genoma, y ​​los intentos previos para explicarlo han implicado considerables movimientos de brazos", dijo Michael Lynch, quien dirige un nuevo Centro para Mecanismos de Evolución en el Biodesign Institute de la Universidad Estatal de Arizona.

¿Hay algo dentro de la naturaleza química del ADN que favorece a un nucleótido sobre el otro, o varía el sesgo de la presión de la mutación, y si es así, por qué sería esto diferente entre las especies?

"A falta de observaciones clave sobre el proceso de mutación, ha habido una lucha para comprender cuál es el mecanismo", dijo Lynch.

El grupo de Michael Lynch ahora ha demostrado experimentalmente que la composición de G + C generalmente está muy favorecida, mientras que a menudo se opone por la presión mutacional de varias fuerzas en la dirección opuesta.

"En promedio, la selección natural o algún otro factor (posiblemente asociado con fuerzas de recombinación) favorece el contenido de G + C, independientemente de la clase de ADN, el tamaño del genoma de una especie, o donde la especie se encuentra en el árbol evolutivo de la vida, "dijo Lynch.El estudio fue publicado en la revista Nature Ecology and Evolution .

Errar es universal

La evolución de la conducción son mutaciones del ADN [VIDEO], errores en el genoma que se introducen y transmiten a la siguiente generación, de modo que con el tiempo proporcionan el combustible para la invención de nuevas adaptaciones o rasgos.Para llegar al meollo de la cuestión, los científicos querían una forma de cuantificar el espectro completo de mutaciones de ADN en el laboratorio en una amplia franja de especies.

Esto ahora se puede hacer debido en parte a las nuevas tecnologías para hacer que la secuenciación de ADN sea más rápida y económica. Ha impulsado una edad de oro de la biología experimental evolutiva.

"Comenzamos con el conocimiento del espectro mutacional que se produce a nivel del genoma en aproximadamente 40 especies examinadas en mi laboratorio", dijo Lynch. "Puede usar esa información para calcular cuál sería la composición de GC en ausencia de selección. Y luego podemos comparar esta expectativa nula con el contenido real del genoma, la diferencia se debe a la selección".

En un experimento de tour de force que es la encuesta más grande hasta la fecha, examinaron cada una de las mutaciones de ADN en diferentes especies, secuenciando miles de millones de bases químicas de ADN."Esto representó una carga de trabajo, un esfuerzo y un costo muy sustanciales que fueron necesarios para probar diferentes modelos evolutivos con alto poder estadístico", dijo Hongan Long, un investigador postdoctoral que dirigió los experimentos.

También aprovecharon el análisis de 25 conjuntos de datos actuales de mutaciones y 12 nuevos experimentos de acumulación de mutaciones (MA) (muchos de su propio laboratorio), incluidas bacterias y una colección de organismos multicelulares que incluyen levaduras, gusanos, moscas de la fruta, chimpancés y humanos .

Durante cada experimento MA, realizaron la secuenciación completa del genoma de aproximadamente 50 líneas bacterianas diferentes que habían sido pasadas a través de cuellos de botella severos de una sola célula para miles de divisiones celulares.

"Este pasaje de una sola célula de cada línea actúa como un filtro, eliminando la capacidad de la selección natural para modificar la acumulación de todas las mutaciones, excepto las más graves y deletéreas, proporcionándonos una visión efectiva e imparcial del proceso de mutación", dijo Long.

Con cada generación, midieron cuidadosamente la tasa de mutación o cada vez que se cambia una sola letra de ADN.

Esto puede suceder de dos maneras: un único par base de ADN G o C se convierte en la dirección A + T; o puede suceder lo contrario, con una base A o T cambiando en la dirección G + C.

Después de todo el número y el crujido de datos, surgió un patrón llamativo entre el contenido de G + C y las expectativas basadas en las mutaciones de ADN."Resulta que están correlacionados", dijo Lynch. "La composición de G + C siempre es más alta de lo esperado, en función de la neutralidad. Eso nos dice que hay una selección generalizada. Por lo tanto, la mutación determina el patrón general, pero la selección para G's y C's sobre A's y T's aumentan el contenido del genoma por encima de la expectativa de mutaciones neutrales.

Esto parece ser casi universalmente cierto ".

El final del principio

Ahora que han demostrado la correlación de composición de G + C, ha abierto la puerta a muchas más preguntas y respuestas que siguen siendo difíciles de alcanzar.

"Una pregunta es, '¿por qué el espectro de la mutación cambia tan dramáticamente a través de las especies'"? preguntó Lynch. "Las especies no tienen el mismo espectro de mutaciones. Hay especies cuyos perfiles de mutaciones son más ricos en AT y otros más ricos en GC. Todavía no conocemos los mecanismos detrás de tal divergencia en el espectro mutacional".

Pueden deberse a simples diferencias en química y biofísica.

Una fuerza general que puede ser relevante es la estabilidad del ADN, impulsada por la química de las letras del ADN. Las fuerzas que mantienen intacta la escalera de ADN se llaman enlaces de hidrógeno. G: los pares C involucran tres enlaces de hidrógeno, mientras que los pares A: T involucran solamente dos.

"El pensamiento predominante es que más contenido de G: C se suma a la estabilidad del genoma", dijo Lynch.

Otra posibilidad es durante la reproducción, cuando las cadenas de ADN se entrelazan de cada padre para hacer un óvulo fertilizado, pueden producirse desajustes en el emparejamiento de bases, lo que lleva a errores que las enzimas de corrección de ADN tienen que corregir más adelante. Algunas veces, una G puede cambiarse a una A, o una T a una C, convirtiendo genes durante este proceso de reparación de desajuste.

"En general, se cree que es parcial hacia Gs y Cs", dijo Lynch.

Ahora, con su configuración experimental en su lugar, el equipo de Lynch está listo para explorar más a fondo los mecanismos de la evolución y las fuerzas fundamentales detrás de este gran misterio.