I fili di un mistero evolutivo che risale alla nascita della biologia molecolare stanno cominciando a svelare, grazie ad una nuova inchiesta da bioingegneri computazionali della Rice University e la University of Texas MD Anderson Cancer Center.

In una nuova ricerca pubblicata online questa settimana PLoS Computational Biology, Rice Oleg Igoshin e MD Anderson Christian Ray offre una possibile spiegazione per l'esistenza di raggruppamenti a controllo congiunto di geni chiamati operoni, che si trovano nei cromosomi batterici, ma non in quelle degli organismi di ordine superiore come gli esseri umani.

Il nuovo studio harkens a uno dei primi del 20 ° secolo, le scoperte nel campo della biologia molecolare e che potrebbe aiutare a chiarire del 21 ° secolo ostacoli per biologi sintetici.

Nei primi anni 1960, proprio come gli scienziati stavano scoprendo come cellule di informazione trascritta dal DNA per creare le proteine â€â€¹â€â€¹necessarie per la vita, scienziati francesi Jacques Monod e François Jacob ha scoperto che batterio Escherichia coli usato tre geni specializzati per creare le proteine â€â€¹â€â€¹di cui aveva bisogno per abbattere e digerire il lattosio. Hanno anche scoperto che questi tre geni metabolici sono stati attivati â€â€¹â€â€¹e disattivati â€â€¹â€â€¹insieme da un unico punto di controllo.

Monod e Jacob aveva scoperto l'operone prima, una serie di geni multipli che sono controllate come uno. Ha segnato la prima volta che gli scienziati avevano identificato una rete di regolamentazione gene, e li ha guadagnato una quota del Premio Nobel 1965 per la Fisiologia e la Medicina. Monod e Jacob lac operone si rivelò essere il primo di molti operoni batterici. Ma alla fine del 1960, era chiaro che operoni non erano la norma biologica. Nessuno è mai stato trovato negli esseri umani, per esempio, e pochissimi sono stati identificati in organismi multicellulari.

"Non c'è mai stata una spiegazione definitiva del perché la natura preferenzialmente selezionare per operoni nei procarioti, ma non negli eucarioti", ha detto Igoshin, professore associato di bioingegneria presso la Rice. "Inoltre, non sappiamo come i geni vengono raggruppati in operoni. Perché, per esempio, sono alcuni geni interagenti selezionati per essere in un operone, mentre altri non lo sono?"

Igoshin e Ray sono bioingegneri computazionali che applicano la matematica e computazionale bioinformatica per lo studio segnalazione cellulare e altri processi biochimici. Ray, un ex socio di ricerca post-dottorato Rice nel gruppo di ricerca Igoshin, è ora presso il Dipartimento di Biologia dei Sistemi al MD Anderson. Ray e ha iniziato a studiare Igoshin operoni alla fine del 2009 per determinare se la loro evoluzione possa essere stato influenzato dalla natura "rumorosa" di segnali biochimici che regolano la trascrizione genica nei batteri.

"Quando una cellula risponde al suo ambiente, si può utilizzare regolatori per controllare l'espressione genica, ma la quantità di controllo che la cella è limitato dal numero di molecole come RNA messaggeri che mediano la produzione di proteine, " Ray detto. "Così, nei batteri, il numero di copie di una proteina espressa da un gene può variare ampiamente, ad esempio da 50 a 100 uno ora all'altro. E questo avviene anche quando le condizioni di fuori della cella non sono cambiate."