Genes esenciales son indispensables los genes de los organismos para crecer y reproducirse en determinadas crías medio ambiente. [1] Sin embargo, ser esencial depende en gran medida de las circunstancias en las que vive un organismo. Por ejemplo, un gen necesario para digerir el almidón solo es esencial si el almidón es la única fuente de energía. Recientemente, se han realizado intentos sistemáticos para identificar aquellos genes que son absolutamente necesarios para mantener la vida, siempre que estén disponibles todos los nutrientes. [2]Estos experimentos han llevado a la conclusión de que el número absolutamente necesario de genes para las bacterias es del orden de 250 a 300. Los genes esenciales de los organismos unicelulares codifican proteínas para tres funciones básicas que incluyen el procesamiento de información genética, envolturas celulares y producción de energía. [1] Esas funciones genéticas se utilizan para mantener un metabolismo central , replicar el ADN , traducir genes en proteínas., mantienen una estructura celular básica y median los procesos de transporte dentro y fuera de la célula. En comparación con los organismos unicelulares, los organismos multicelulares tienen genes más esenciales relacionados con la comunicación y el desarrollo. La mayoría de los genes esenciales en los virus están relacionados con el procesamiento y mantenimiento de la información genética. A diferencia de la mayoría de los organismos unicelulares, los virus carecen de muchos genes esenciales para el metabolismo, [1] lo que los obliga a secuestrar el metabolismo del huésped. La mayoría de los genes no son esenciales, pero transmiten ventajas selectivas y una mayor aptitud . Por tanto, la gran mayoría de genes no son esenciales y muchos pueden eliminarse sin consecuencias, al menos en la mayoría de las circunstancias.
Bacterias: estudios de todo el genoma
Se han empleado dos estrategias principales para identificar genes esenciales en todo el genoma: eliminación dirigida de genes y mutagénesis aleatoria utilizando transposones . En el primer caso, los genes individuales anotados (u ORF ) se eliminan completamente del genoma de forma sistemática. En la mutagénesis mediada por transposones, los transposones se insertan aleatoriamente en tantas posiciones en un genoma como sea posible, con el objetivo de interrumpir la función de los genes diana (ver figura a continuación). Los mutantes de inserción que aún pueden sobrevivir o crecer sugieren que el transposón está insertado en un gen que no es esencial para la supervivencia. La ubicación de las inserciones de transposones se puede determinar mediante hibridación con microarrays [3] o mediante secuenciación de transposones . En la tabla se muestra un resumen de dichas pantallas. [2] [4]
Organismo | Mutagénesis | Método | Leer | ORF | Non-ess. | Esencial | % Ess. | Notas | Árbitro. |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Mycoplasma genitalium / pneumoniae | Aleatorio | Población | Secuenciación | 482 | 130 | 265–350 | 55–73% | --- | [5] |
Mycoplasma genitalium | Aleatorio | Clones | Secuenciación | 482 | 100 | 382 | 79% | antes de Cristo | [6] |
Staphylococcus aureus WCUH29 | Aleatorio | Clones | Secuenciación | 2600 | n / A | 168 | n / A | antes de Cristo | [7] |
Staphylococcus aureus RN4220 | Aleatorio | Clones | Secuenciación | 2.892 | n / A | 658 | 23% | --- | [8] |
Haemophilus influenzae Rd | Aleatorio | Población | Huella-PCR | 1,657 | 602 | 670 | 40% | --- | [9] |
Streptococcus pneumoniae Rx-1 | Dirigido | Clones | Formación de colonias | 2.043 | 234 | 113 | n / A | C | [10] |
Streptococcus pneumoniae D39 | Dirigido | Clones | Formación de colonias | 2.043 | 560 | 133 | n / A | C | [11] |
Streptococcus pyogenes 5448 | Aleatorio | Transposon | Tn-seq | 1.865 | ? | 227 | 12% | --- | [12] |
Streptococcus pyogenes NZ131 | Aleatorio | Transposon | Tn-seq | 1.700 | ? | 241 | 14% | --- | [12] |
Streptococcus sanguinis SK36 | Dirigido | Clones | Formación de colonias | 2.270 | 2.052 | 218 | 10% | a, j | [1] [13] |
Mycobacterium tuberculosis H37Rv | Aleatorio | Población | Microarray | 3.989 | 2.567 | 614 | 15% | --- | [14] |
Tuberculosis micobacteriana | Aleatorio | Transposon | ? | 3.989 | ? | 401 | 10% | --- | [15] |
Mycobacterium tuberculosis H37Rv | Aleatorio | Transposon | Secuenciación NG | 3.989 | ? | 774 | 19% | --- | [16] [17] |
Mycobacterium tuberculosis H37Rv | Aleatorio | Transposon | Secuenciación NG | 3.989 | 3.364 | 625 | dieciséis% | Hola | [18] |
Tuberculosis micobacteriana | --- | Computacional | Computacional | 3.989 | ? | 283 | 7% | --- | [19] |
Bacilo subtilis 168 | Dirigido | Clones | Formación de colonias | 4.105 | 3.830 | 261 | 7% | a, d, g | [20] [21] |
Escherichia coli K-12 MG1655 | Aleatorio | Población | Huella-PCR | 4.308 | 3.126 | 620 | 14% | --- | [22] |
Escherichia coli K-12 MG1655 | Dirigido | Clones | Formación de colonias | 4.308 | 2.001 | n / A | n / A | a, e | [23] |
Escherichia coli K-12 BW25113 | Dirigido | Clones | Formación de colonias | 4.390 | 3.985 | 303 | 7% | a | [24] |
Pseudomonas aeruginosa PAO1 | Aleatorio | Clones | Secuenciación | 5.570 | 4.783 | 678 | 12% | a | [25] |
Porphyromonas gingivalis | Aleatorio | Transposon | Secuenciación | 1,990 | 1,527 | 463 | 23% | --- | [26] |
Pseudomonas aeruginosa PA14 | Aleatorio | Clones | Secuenciación | 5.688 | 4.469 | 335 | 6% | a, f | [27] |
Salmonella typhimurium | Aleatorio | Clones | Secuenciación | 4.425 | n / A | 257 | ~ 11% | antes de Cristo | [28] |
Helicobacter pylori G27 | Aleatorio | Población | Microarray | 1,576 | 1,178 | 344 | 22% | --- | [29] |
Corynebacterium glutamicum | Aleatorio | Población | ? | 3.002 | 2,352 | 650 | 22% | --- | [30] |
Francisella novicida | Aleatorio | Transposon | ? | 1,719 | 1.327 | 392 | 23% | --- | [31] |
Mycoplasma pulmonis UAB CTIP | Aleatorio | Transposon | ? | 782 | 472 | 310 | 40% | --- | [34] |
Vibrio cholerae N16961 | Aleatorio | Transposon | ? | 3.890 | ? | 779 | 20% | --- | [35] |
Salmonella Typhi | Aleatorio | Transposon | ? | 4.646 | ? | 353 | 8% | --- | [36] |
Staphylococcus aureus | Aleatorio | Transposon | ? | ~ 2600 | ? | 351 | 14% | --- | [37] |
Caulobacter crescentus | Aleatorio | Transposon | Tn-Seq | 3.876 | 3240 | 480 | 12,2% | --- | [38] |
Neisseria meningitidis | Aleatorio | Transposon | ? | 2,158 | ? | 585 | 27% | --- | [39] |
Desulfovibrio alaskensis | Aleatorio | Transposon | Secuenciación | 3,258 | 2.871 | 387 | 12% | --- | [40] |
Tabla 1. Genes esenciales en bacterias . Mutagénesis : los mutantes dirigidos son deleciones de genes; los mutantes aleatorios son inserciones de transposones . Métodos : Los clones indican deleciones de un solo gen, la población indica mutagénesis de población completa, por ejemplo, usando transposones. Los genes esenciales de las pruebas de población incluyen genes esenciales para la aptitud (ver texto). ORF : número de todos los marcos de lectura abiertos en ese genoma. Notas : (a) colección mutante disponible; (b) método de cribado de esencialidad directo (por ejemplo, mediante ARN antisentido) que no proporciona información sobre genes no esenciales. (c) Solo se dispone de un conjunto de datos parcial. (d) Incluye la esencialidad genética prevista y la recopilación de datos de estudios publicados de esencialidad de un solo gen. (e) Proyecto en curso. (f) Deducido por comparación de los dos conjuntos de datos de esencialidad genética obtenidos independientemente en las cepas de P. aeruginosa PA14 y PAO1. (g) El resultado original de 271 genes esenciales se ha corregido a 261, con 31 genes que se pensaba que eran esenciales siendo de hecho no esenciales, mientras que desde entonces se han descrito 20 genes esenciales nuevos. [21] (h) Contar genes con dominios esenciales y aquellos que conducen a defectos de crecimiento cuando se interrumpen como esenciales, y aquellos que conducen a una ventaja de crecimiento cuando se interrumpen como no esenciales. (i) Implicaba una biblioteca mutante completamente saturada de 14 réplicas, con 84,3% de posibles sitios de inserción con al menos una inserción de transposón. (j) Cada gen esencial se ha confirmado de forma independiente al menos cinco veces.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/7/71/Transposon_insertions_and_next_generation_sequencing_map_essential_genes_in_Mycobacterium_tuberculosis.png/800px-Transposon_insertions_and_next_generation_sequencing_map_essential_genes_in_Mycobacterium_tuberculosis.png)
Sobre la base de estudios experimentales de todo el genoma y análisis de biología de sistemas, Kong et al. (2019) para predecir> 4000 especies bacterianas. [41]
Eucariotas
En Saccharomyces cerevisiae (levadura en ciernes), el 15-20% de todos los genes son esenciales. En Schizosaccharomyces pombe (levadura de fisión) se han construido 4.836 deleciones heterocigotas que cubren el 98,4% de las 4.914 proteínas que codifican marcos de lectura abiertos. 1.260 de estas eliminaciones resultaron ser esenciales. [42]
Las pantallas similares son más difíciles de realizar en otros organismos multicelulares, incluidos los mamíferos (como modelo para los humanos), debido a razones técnicas, y sus resultados son menos claros. Sin embargo, se han desarrollado varios métodos para el gusano nematodo C. elegans , [43] la mosca de la fruta [44] y el pez cebra [45] (ver tabla). Un estudio reciente de 900 genes de ratón concluyó que el 42% de ellos eran esenciales, aunque los genes seleccionados no eran representativos. [46]
Los experimentos de eliminación de genes no son posibles o al menos no son éticos en humanos. Sin embargo, las mutaciones naturales han llevado a la identificación de mutaciones que conducen a una muerte embrionaria temprana o tardía. [47] Tenga en cuenta que muchos genes en los seres humanos no son absolutamente esenciales para la supervivencia, pero pueden causar una enfermedad grave cuando mutan. Dichas mutaciones están catalogadas en la base de datos de herencia mendeliana en línea en el hombre (OMIM). En un análisis computacional de la variación genética y mutaciones en 2.472 ortólogos humanos de genes esenciales conocidos en el ratón, Georgi et al. encontraron una selección fuerte y purificadora y niveles comparativamente reducidos de variación de secuencia, lo que indica que estos genes humanos también son esenciales. [48]
Si bien puede ser difícil demostrar que un gen es esencial en los seres humanos, se puede demostrar que un gen no es esencial o que ni siquiera causa una enfermedad. Por ejemplo, la secuenciación de los genomas de 2.636 ciudadanos islandeses y el genotipado de 101.584 sujetos adicionales encontró 8.041 individuos que tenían 1 gen completamente anulado (es decir, estas personas eran homocigotas para un gen no funcional). [49] De los 8.041 individuos con knock-out completos, se estimó que 6.885 eran homocigotos , se estimó que 1.249 eran heterocigotos compuestos (es decir, tenían ambos alelos de un gen desactivados, pero los dos alelos tenían mutaciones diferentes). En estos individuos, un total de 1.171 de los 19.135 genes humanos ( RefSeq ) (6,1%) fueron completamente eliminados. Se concluyó que estos 1.171 genes no son esenciales en los seres humanos; al menos no se informaron enfermedades asociadas. [49] De manera similar, las secuencias del exoma de 3222 adultos británicos con herencia pakistaní con alta parentesco revelaron 1111 genotipos homocigotos de variantes raras con pérdida predicha de la función genética (LOF = knockouts) en 781 genes. [50] Este estudio encontró un promedio de 140 genotipos de LOF previstos (por sujeto), incluidos 16 heterocigotos raros ( frecuencia de alelos menores <1%), 0,34 homocigotos raros, 83,2 heterocigotos comunes y 40,6 homocigotos comunes. Casi todos los genotipos de LOF homocigotos raros se encontraron dentro de segmentos autocigotos (94,9%). [50] Aunque la mayoría de estas personas no tenían ningún problema de salud obvio derivado de sus genes defectuosos, es posible que se puedan encontrar problemas de salud menores en un examen más detallado.
En la siguiente tabla se muestra un resumen de las pantallas de esencialidad (basadas principalmente en la Base de datos de genes esenciales. [51]
Organismo | Método | Genes esenciales | Árbitro. |
Arabidopsis thaliana | Inserción de T-DNA | 777 | [52] |
Caenorhabditis elegans (gusano) | Interferencia de ARN | 294 | [43] |
Danio rerio (pez cebra) | Mutagénesis por inserción | 288 | [45] |
Drosophila melanogaster (mosca de la fruta) | Mutagénesis por inserción del elemento P | 339 | [44] |
Homo sapiens (humano) | Busqueda de literatura | 118 | [47] |
Homo sapiens (humano) | Pantalla basada en CRISPR / Cas9 | 1.878 | [53] |
Homo sapiens (humano) | Pantalla de trampa genética haploide | ~ 2000 | [54] |
Homo sapiens (humano) | ortólogos de ratón | 2,472 | [55] |
Mus musculus (ratón) | Busqueda de literatura | 2114 | [56] |
Saccharomyces cerevisiae (levadura) | Deleciones de un solo gen | 878 | [57] |
Saccharomyces cerevisiae (levadura) | Deleciones de un solo gen | 1.105 | [58] |
Schizosaccharomyces pombe (levadura) | Deleciones de un solo gen | 1.260 | [42] |
Virus
Los virus carecen de muchos genes necesarios para el metabolismo, [1] lo que los obliga a secuestrar el metabolismo del huésped. Se han realizado exámenes de genes esenciales en algunos virus. Por ejemplo, se encontró que el citomegalovirus humano (CMV) tiene 41 ORF esenciales, 88 no esenciales y 27 aumentantes (150 ORF totales). La mayoría de los genes esenciales y de aumento se encuentran en la región central, y los genes no esenciales generalmente se agrupan cerca de los extremos del genoma viral. [59]
Tscharke y Dobson (2015) compilaron una encuesta exhaustiva de genes esenciales en el virus Vaccinia y asignaron roles a cada uno de los 223 ORF de la cepa Western Reserve (WR) y 207 ORF de la cepa Copenhagen, evaluando su papel en la replicación en cultivo celular. Según su definición, un gen se considera esencial (es decir, tiene un papel en el cultivo celular) si su eliminación da como resultado una disminución en el título del virus de más de 10 veces en una curva de crecimiento de una o varias etapas. Todos los genes implicados en la producción de viriones envueltos, la formación de la cola de actina y la liberación extracelular de viriones también se consideraron esenciales. Los genes que influyen en el tamaño de la placa, pero no en la replicación, se definieron como no esenciales. Según esta definición, se requieren 93 genes para la replicación del virus vaccinia en cultivo celular, mientras que 108 y 94 ORF, de WR y Copenhagen respectivamente, no son esenciales. [60] Los virus vaccinia con deleciones en cualquier extremo del genoma se comportaron como se esperaba, exhibiendo solo defectos leves o del rango del hospedador. Por el contrario, la combinación de deleciones en ambos extremos del genoma para la cepa WR de VACV provocó un defecto de crecimiento devastador en todas las líneas celulares probadas. Esto demuestra que las deleciones de un solo gen no son suficientes para evaluar la esencialidad de los genes y que más genes son esenciales en el virus Vaccinia de lo que se pensaba originalmente. [60]
Uno de los bacteriófagos seleccionados para genes esenciales incluye el micobacteriófago Giles. Al menos 35 de los 78 genes de Giles predichos (45%) no son esenciales para el crecimiento lítico. Se encontró que 20 genes eran esenciales. [61] Un problema importante con los genes de los fagos es que la mayoría de sus genes siguen siendo funcionalmente desconocidos, por lo que su función es difícil de evaluar. Una pantalla del fago SPN3US de Salmonella enterica reveló 13 genes esenciales, aunque sigue siendo un poco oscuro cuántos genes se probaron realmente. [62]
Análisis cuantitativo de esencialidad genética
En teoría, los genes esenciales son cualitativos. [1] Sin embargo, dependiendo del entorno circundante, ciertos mutantes genéticos esenciales pueden mostrar funciones parciales, que pueden determinarse cuantitativamente en algunos estudios. Por ejemplo, la deleción de un gen particular puede reducir la tasa de crecimiento (o la tasa de fertilidad u otros caracteres) al 90% del tipo salvaje. Si existen isoenzimas o rutas alternativas para los genes esenciales, se pueden eliminar por completo. [1]
Letalidad sintética
Dos genes son sintéticamente letales si ninguno es esencial, pero cuando ambos están mutados, el doble mutante es letal. Algunos estudios han estimado que la cantidad de genes letales sintéticos puede ser del orden del 45% de todos los genes. [63] [64]
Genes condicionalmente esenciales
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/c/cc/Essential_metabolic_genes_in_bacteria.png/300px-Essential_metabolic_genes_in_bacteria.png)
Muchos genes son esenciales solo en determinadas circunstancias. Por ejemplo, si el aminoácido lisina se suministra a una célula, cualquier gen que se requiera para producir lisina no es esencial. Sin embargo, cuando no se suministra lisina, los genes que codifican las enzimas para la biosíntesis de lisina se vuelven esenciales, ya que no es posible la síntesis de proteínas sin lisina. [4]
Streptococcus pneumoniae parece requerir 147 genes para el crecimiento y la supervivencia en la saliva , [65] más que los 113-133 que se han encontrado en estudios previos.
La eliminación de un gen puede provocar la muerte o un bloqueo de la división celular . Si bien el último caso puede implicar "supervivencia" durante algún tiempo, sin la división celular, la célula aún puede morir eventualmente. De manera similar, en lugar de la división celular bloqueada, una célula puede tener un crecimiento o metabolismo reducido que varía de casi indetectable a casi normal. Por lo tanto, hay un gradiente de "esencial" a completamente no esencial, nuevamente dependiendo de la condición. Así, algunos autores han distinguido entre genes " esenciales para la supervivencia " y " esenciales para la aptitud ". [4]
El papel de los antecedentes genéticos . De manera similar a las condiciones ambientales, el trasfondo genético puede determinar la esencialidad de un gen: un gen puede ser esencial en un individuo pero no en otro, dado su trasfondo genético. Las duplicaciones de genes son una posible explicación (ver más abajo).
Dependencia metabólica . Los genes implicados en determinadas vías biosintéticas, como la síntesis de aminoácidos , pueden volverse no esenciales si uno o más aminoácidos son suministrados por el medio de cultivo [1] o por otro organismo. [66] Ésta es la razón principal por la que muchos parásitos (por ejemplo, Cryptosporidium hominis ) [67] o bacterias endosimbiónicas perdieron muchos genes (por ejemplo, clamidia ). Estos genes pueden ser esenciales pero solo están presentes en el organismo huésped. Por ejemplo, Chlamydia trachomatis no puede sintetizar nucleótidos de purina y pirimidina de novo , por lo que estas bacterias dependen de los genes biosintéticos de nucleótidos del huésped. [68]
Se puede encontrar otro tipo de dependencia metabólica, no relacionada con las interacciones entre especies, cuando las bacterias se cultivan en condiciones de nutrientes específicas . Por ejemplo, más de 100 genes se vuelven esenciales cuando Escherichia coli se cultiva en medios con nutrientes limitados. Específicamente, la isocitrato deshidrogenasa (icd) y la citrato sintasa (gltA) son dos enzimas que forman parte del ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) . Ambos genes son esenciales en el medio mínimo M9 (que proporciona solo los nutrientes más básicos). Sin embargo, cuando el medio se complementa con 2-oxoglutarato o glutamato , estos genes ya no son esenciales. [69]
Duplicaciones de genes y vías metabólicas alternativas
Muchos genes están duplicados dentro de un genoma y muchos organismos tienen diferentes vías metabólicas (vía metabólica alternativa [1] ) para sintetizar los mismos productos. Tales duplicaciones ( parálogos ) y vías metabólicas alternativas a menudo hacen que los genes esenciales no sean esenciales porque el duplicado puede reemplazar a la copia original. Por ejemplo, el gen que codifica la enzima aspartoquinasa es esencial en E. coli . Por el contrario, el genoma de Bacillus subtilis contiene tres copias de este gen, ninguna de las cuales es esencial por sí sola. Sin embargo, una triple deleción de los tres genes es letal. En tales casos, la esencialidad de un gen o un grupo de parálogos a menudo se puede predecir basándose en la esencialidad de un solo gen esencial en una especie diferente. En la levadura, pocos de los genes esenciales están duplicados dentro del genoma: el 8,5% de los genes no esenciales, pero solo el 1% de los genes esenciales tienen un homólogo en el genoma de la levadura. [58]
En el gusano C. elegans , los genes no esenciales están muy sobrerrepresentados entre los duplicados, posiblemente porque la duplicación de genes esenciales provoca la sobreexpresión de estos genes. Woods y col. descubrió que los genes no esenciales se duplican (fijan) y se pierden con más frecuencia en comparación con los genes esenciales. Por el contrario, los genes esenciales se duplican con menos frecuencia, pero después de una duplicación exitosa se mantienen durante períodos más prolongados. [70]
Conservación
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/0/0f/Conservation_of_essential_genes.png/400px-Conservation_of_essential_genes.png)
En las bacterias , los genes esenciales parecen estar más conservados que los genes no esenciales [72], pero la correlación no es muy fuerte. Por ejemplo, solo el 34% de los genes esenciales de B. subtilis tienen ortólogos confiables en todos los Firmicutes y el 61% de los genes esenciales de E. coli tienen ortólogos confiables en todas las proteobacterias gamma . [71] Fang y col. (2005) definieron genes persistentes como los genes presentes en más del 85% de los genomas del clado. [71] Encontraron 475 y 611 de dichos genes para B. subtilis y E. coli , respectivamente. Además, clasificaron los genes en cinco clases según su persistencia y esencialidad: genes persistentes, genes esenciales, genes persistentes no esenciales (PNE) (276 en B. subtilis , 409 en E. coli ), genes esenciales no persistentes (ENP) (73 en B. subtilis , 33 en E. coli ) y genes no esenciales no persistentes (NPNE) (3558 en B. subtilis , 3525 en E. coli ). Fang y col. encontraron 257 genes persistentes, que existen tanto en B. subtilis (para Firmicutes) como en E. coli (para Gamma-proteobacteria). Entre estos, 144 (respectivamente 139) se identificaron previamente como esenciales en B. subtilis (respectivamente E. coli ) y 25 (respectivamente 18) de los 257 genes no están presentes en 475 B. subtilis (respectivamente 611 E. coli) persistentes. genes. Todos los demás miembros del grupo son genes PNE. [71]
En eucariotas , el 83% de los ortólogos uno a uno entre Schizosaccharomyces pombe y Saccharomyces cerevisiae han conservado la esencialidad, es decir, no son esenciales en ambas especies o esenciales en ambas especies. El 17% restante de los genes no son esenciales en una especie y son esenciales en la otra. [73] Esto es bastante notable, dado que S. pombe está separado de S. cerevisiae por aproximadamente 400 millones de años de evolución. [74]
En general, los genes muy conservados y, por tanto, más antiguos (es decir, los genes con un origen filogenético anterior) tienen más probabilidades de ser esenciales que los genes más jóvenes, incluso si se han duplicado. [75]
Estudio
El estudio experimental de genes esenciales está limitado por el hecho de que, por definición, la inactivación de un gen esencial es letal para el organismo. Por lo tanto, no se pueden eliminar o mutar simplemente para analizar los fenotipos resultantes (una técnica común en genética ).
Sin embargo, existen algunas circunstancias en las que se pueden manipular genes esenciales. En los organismos diploides , puede ser necesaria una sola copia funcional de algunos genes esenciales ( haplosuficiencia ), y el heterocigoto muestra un fenotipo instructivo. Algunos genes esenciales pueden tolerar mutaciones que son deletéreas, pero no del todo letales, ya que no anulan por completo la función del gen.
El análisis computacional puede revelar muchas propiedades de las proteínas sin analizarlas experimentalmente, por ejemplo, observando proteínas homólogas , función, estructura, etc. (ver también más abajo, Predicción de genes esenciales ). Los productos de genes esenciales también pueden estudiarse cuando se expresan en otros organismos o cuando se purifican y estudian in vitro .
Los genes condicionalmente esenciales son más fáciles de estudiar. Se han identificado variantes sensibles a la temperatura de genes esenciales que codifican productos que pierden su función a altas temperaturas y, por lo tanto, solo muestran un fenotipo a mayor temperatura. [76]
Reproducibilidad
Si las pruebas de detección de genes esenciales se repiten en laboratorios independientes, a menudo dan como resultado diferentes listas de genes. Por ejemplo, las pruebas de detección en E. coli han producido de ~ 300 a ~ 600 genes esenciales (ver Tabla 1 ). Estas diferencias son aún más pronunciadas cuando se utilizan diferentes cepas bacterianas (ver Figura 2 ). Una explicación común es que las condiciones experimentales son diferentes o que la naturaleza de la mutación puede ser diferente (por ejemplo, una eliminación completa del gen frente a un mutante de transposón). [4] Las pantallas de transposones en particular son difíciles de reproducir, dado que un transposón puede insertarse en muchas posiciones dentro de un gen. Las inserciones hacia el extremo 3 'de un gen esencial pueden no tener un fenotipo letal (o ningún fenotipo) y, por lo tanto, pueden no ser reconocidas como tales. Esto puede dar lugar a anotaciones erróneas (aquí: falsos negativos). [77]
Comparación de pantallas CRISPR / cas9 y RNAi . Las pantallas para identificar genes esenciales en la línea celular de leucemia mielógena crónica humana K562 con estos dos métodos mostraron solo una superposición limitada. Con una tasa de falsos positivos del 10%, se identificaron ~ 4500 genes en la pantalla Cas9 frente a ~ 3100 en la pantalla de ARNhc , con solo ~ 1200 genes identificados en ambos. [78]
Diferentes genes esenciales en diferentes organismos.
Diferentes organismos pueden tener diferentes genes esenciales. Por ejemplo, Bacillus subtilis tiene 271 genes esenciales. [20] Aproximadamente la mitad (150) de los genes ortólogos en E. coli también son esenciales. Otros 67 genes que son esenciales en E. coli no lo son en B. subtilis , mientras que 86 genes esenciales de E. coli no tienen ortólogo de B. subtilis . [24] En Mycoplasma genitalium, al menos 18 genes son esenciales que no son esenciales en M. bovis. [79] Muchos de estos diferentes genes esenciales son causados por parálogos o vías metabólicas alternativas. [1]
Estos genes esenciales diferentes en bacterias pueden usarse para desarrollar terapias antibacterianas dirigidas contra ciertos patógenos específicos para reducir la resistencia a los antibióticos en la era del microbioma. [80] Stone et al (2015) han utilizado la diferencia en genes esenciales en bacterias para desarrollar fármacos selectivos contra el patógeno oral Porphyromonas gingivalis , en lugar de la bacteria beneficiosa Streptococcus sanguis . [81]
Predicción
Los genes esenciales se pueden predecir computacionalmente. Sin embargo, la mayoría de los métodos utilizan datos experimentales ("conjuntos de entrenamiento") hasta cierto punto. Chen y col. [82] determinó cuatro criterios para seleccionar conjuntos de entrenamiento para tales predicciones: (1) los genes esenciales en el conjunto de entrenamiento seleccionado deben ser confiables; (2) las condiciones de crecimiento en las que se definen los genes esenciales deben ser consistentes en los conjuntos de entrenamiento y predicción; (3) las especies utilizadas como conjunto de entrenamiento deben estar estrechamente relacionadas con el organismo objetivo; y (4) los organismos utilizados como conjuntos de entrenamiento y predicción deben exhibir fenotipos o estilos de vida similares. También encontraron que el tamaño del conjunto de entrenamiento debería ser al menos el 10% del total de genes para producir predicciones precisas. Algunos enfoques para predecir genes esenciales son:
Genómica comparada . Poco después de que estuvieran disponibles los primeros genomas (de Haemophilus influenzae y Mycoplasma genitalium ), Mushegian et al. [83] intentó predecir el número de genes esenciales basándose en genes comunes en estas dos especies. Se supuso que solo los genes esenciales deberían conservarse a lo largo de la larga distancia evolutiva que separó a las dos bacterias. Este estudio identificó aproximadamente 250 genes esenciales candidatos. [83] A medida que se dispuso de más genomas, el número de genes esenciales previstos siguió disminuyendo porque más genomas compartían cada vez menos genes. Como consecuencia, se concluyó que el núcleo universal conservado consta de menos de 40 genes. [84] [85] Sin embargo, este conjunto de genes conservados no es idéntico al conjunto de genes esenciales, ya que diferentes especies dependen de diferentes genes esenciales.
Un enfoque similar se ha utilizado para inferir los genes esenciales de la pan-genoma de Brucella especies. Se utilizaron 42 genomas completos de Brucella y un total de 132.143 genes codificadores de proteínas para predecir 1252 genes esenciales potenciales, derivados del genoma central en comparación con una base de datos procariota de genes esenciales. [86]
Análisis de redes . Después de la publicación de las primeras redes de interacción de proteínas de levadura , [87] se encontró que las proteínas altamente conectadas (por ejemplo, por interacciones proteína-proteína ) tienen más probabilidades de ser esenciales. [88] Sin embargo, las proteínas altamente conectadas pueden ser artefactos experimentales y la alta conectividad puede representar pleiotropía en lugar de esencialidad. [89] No obstante, los métodos de red se han mejorado al agregar otros criterios y, por lo tanto, tienen cierto valor para predecir genes esenciales. [90]
Aprendizaje automático . Hua y col. utilizó el aprendizaje automático para predecir genes esenciales en 25 especies bacterianas . [91]
Índice de Hurst . Liu y col. (2015) [92] utilizaron el exponente de Hurst , un parámetro característico para describir la correlación de largo alcance en el ADN para predecir genes esenciales. En 31 de los 33 genomas bacterianos, los niveles de significación de los exponentes de Hurst de los genes esenciales fueron significativamente más altos que para el conjunto de genes completo correspondiente, mientras que los niveles de significación de los exponentes de Hurst de los genes no esenciales permanecieron sin cambios o aumentaron solo ligeramente.
Genomas mínimos . También se pensó que los genes esenciales se podían inferir a partir de genomas mínimos que supuestamente contienen solo genes esenciales. El problema aquí es que los genomas más pequeños pertenecen a especies parasitarias (o simbiónicas) que pueden sobrevivir con un conjunto de genes reducido, ya que obtienen muchos nutrientes de sus huéspedes. Por ejemplo, uno de los genomas más pequeños es el de Hodgkinia cicadicola , un simbionte de las cigarras, que contiene solo 144 Kb de ADN que codifica solo 188 genes. [93] Al igual que otros simbiontes, Hodgkinia recibe muchos de sus nutrientes de su anfitrión, por lo que sus genes no necesitan ser esenciales.
Modelado metabólico . Los genes esenciales también pueden predecirse en genomas completamente secuenciados mediante reconstrucción metabólica , es decir, reconstruyendo el metabolismo completo a partir del contenido del gen y luego identificando aquellos genes y vías que se han encontrado esenciales en otras especies. Sin embargo, este método puede verse comprometido por proteínas de función desconocida. Además, muchos organismos tienen vías de respaldo o alternativas que deben tenerse en cuenta (ver figura 1). Basler (2015) también utilizó el modelado metabólico para desarrollar un método para predecir genes metabólicos esenciales. [94] El análisis del equilibrio de flujo , un método de modelado metabólico, se ha utilizado recientemente para predecir genes esenciales en el metabolismo del carcinoma de células renales de células claras. [95]
Genes de función desconocida . Sorprendentemente, un número significativo de genes esenciales no tiene una función conocida. Por ejemplo, entre los 385 candidatos esenciales en M. genitalium , no se pudo atribuir ninguna función a 95 genes [6] a pesar de que este número se había reducido a 75 en 2011. [85] La mayoría de los genes funcionalmente esenciales desconocidos tienen funciones biológicas potenciales relacionadas a una de las tres funciones fundamentales. [1]
ZUPLS . Song y col. presentó un método novedoso para predecir genes esenciales que solo utiliza la curva Z y otras características basadas en secuencias. [96] Estas características se pueden calcular fácilmente a partir de las secuencias de ADN / aminoácidos. Sin embargo, la confiabilidad de este método sigue siendo un poco oscura.
Servidores de predicción de genes esenciales . Guo y col. (2015) han desarrollado tres servicios en línea para predecir genes esenciales en genomas bacterianos. Estas herramientas de libre acceso son aplicables para secuencias de un solo gen sin funciones anotadas, genes únicos con nombres definidos y genomas completos de cepas bacterianas. [97] Kong y col. (2019) han desarrollado la base de datos ePath , que se puede utilizar para buscar más de 4000 especies bacterianas para predecir genes esenciales. [41]
Dominios de proteínas esenciales
Aunque la mayoría de los genes esenciales codifican proteínas, muchas proteínas esenciales constan de un solo dominio. Este hecho se ha utilizado para identificar dominios de proteínas esenciales. Goodacre y col. han identificado cientos de dominios esenciales de función desconocida (eDUF). [98] Lu y col. [99] presentó un enfoque similar e identificó 3.450 dominios que son esenciales en al menos una especie microbiana.
Ver también
- Aminoácido esencial
- Proteínas esenciales en complejos proteicos
- Gene
- Genoma
- Genoma mínimo
- Mutación
Referencias
- ^ a b c d e f g h i j k Xu, Ping; Ge, Xiuchun; Chen, Lei; Wang, Xiaojing; Dou, Yuetan; Xu, Jerry Z .; Patel, Jenishkumar R .; Stone, Victoria; Trinh, mi; Evans, Karra; Kitten, Todd (diciembre de 2011). "Identificación de genes esenciales de todo el genoma en Streptococcus sanguinis" . Informes científicos . 1 (1): 125. Código Bibliográfico : 2011NatSR ... 1E.125X . doi : 10.1038 / srep00125 . ISSN 2045-2322 . PMC 3216606 . PMID 22355642 .
- ^ a b Zhang R, Lin Y (enero de 2009). "DEG 5.0, una base de datos de genes esenciales tanto en procariotas como en eucariotas" . Investigación de ácidos nucleicos . 37 (Problema de la base de datos): D455-8. doi : 10.1093 / nar / gkn858 . PMC 2686491 . PMID 18974178 .
- ^ Sassetti CM, Boyd DH, Rubin EJ (2003). "Genes necesarios para el crecimiento de micobacterias definido por mutagénesis de alta densidad" . Mol Microbiol . 48 (1): 77–84. doi : 10.1046 / j.1365-2958.2003.03425.x . PMID 12657046 .
- ^ a b c d Gerdes S, Edwards R, Kubal M, Fonstein M, Stevens R, Osterman A (octubre de 2006). "Genes esenciales en mapas metabólicos". Opinión Actual en Biotecnología . 17 (5): 448–56. doi : 10.1016 / j.copbio.2006.08.006 . PMID 16978855 .
- ^ Hutchison CA, Peterson SN, Gill SR, Cline RT, White O, Fraser CM, Smith HO, Venter JC (diciembre de 1999). "Mutagénesis global de transposones y un genoma mínimo de Mycoplasma". Ciencia . 286 (5447): 2165–9. doi : 10.1126 / science.286.5447.2165 . PMID 10591650 . S2CID 235447 .
- ^ a b Glass JI, Assad-García N, Alperovich N, Yooseph S, Lewis MR, Maruf M, Hutchison CA, Smith HO, Venter JC (enero de 2006). "Genes esenciales de una bacteria mínima" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 103 (2): 425-30. Código Bibliográfico : 2006PNAS..103..425G . doi : 10.1073 / pnas.0510013103 . PMC 1324956 . PMID 16407165 .
- ^ Ji Y, Zhang B, Van SF, Warren P, Woodnutt G, Burnham MK, Rosenberg M (septiembre de 2001). "Identificación de genes estafilocócicos críticos utilizando fenotipos condicionales generados por ARN antisentido". Ciencia . 293 (5538): 2266–9. Código Bibliográfico : 2001Sci ... 293.2266J . doi : 10.1126 / science.1063566 . PMID 11567142 . S2CID 24126939 .
- ^ Forsyth RA, Haselbeck RJ, Ohlsen KL, Yamamoto RT, Xu H, Trawick JD, Wall D, Wang L, Brown-Driver V, Froelich JM, C KG, King P, McCarthy M, Malone C, Misiner B, Robbins D, Tan Z, Zhu Zy ZY, Carr G, Mosca DA, Zamudio C, Foulkes JG, Zyskind JW (marzo de 2002). "Una estrategia de todo el genoma para la identificación de genes esenciales en Staphylococcus aureus" . Microbiología molecular . 43 (6): 1387–400. doi : 10.1046 / j.1365-2958.2002.02832.x . PMID 11952893 .
- ^ Akerley BJ, Rubin EJ, Novick VL, Amaya K, Judson N, Mekalanos JJ (enero de 2002). "Un análisis a escala del genoma para la identificación de genes necesarios para el crecimiento o la supervivencia de Haemophilus influenzae" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 99 (2): 966–71. Código bibliográfico : 2002PNAS ... 99..966A . doi : 10.1073 / pnas.012602299 . PMC 117414 . PMID 11805338 .
- ^ Thanassi JA, Hartman-Neumann SL, Dougherty TJ, Dougherty BA, Pucci MJ (julio de 2002). "Identificación de 113 genes esenciales conservados mediante un sistema de alteración de genes de alto rendimiento en Streptococcus pneumoniae" . Investigación de ácidos nucleicos . 30 (14): 3152–62. doi : 10.1093 / nar / gkf418 . PMC 135739 . PMID 12136097 .
- ^ Song JH, Ko KS, Lee JY, Baek JY, Oh WS, Yoon HS, Jeong JY, Chun J (junio de 2005). "Identificación de genes esenciales en Streptococcus pneumoniae por mutagénesis de reemplazo alélico". Moléculas y Células . 19 (3): 365–74. PMID 15995353 .
- ^ a b Le Breton Y, Belew AT, Valdes KM, Islam E, Curry P, Tettelin H, Shirtliff ME, El-Sayed NM, McIver KS (mayo de 2015). "Genes esenciales en el genoma central del patógeno humano Streptococcus pyogenes" . Informes científicos . 5 : 9838. Código Bibliográfico : 2015NatSR ... 5E9838L . doi : 10.1038 / srep09838 . PMC 4440532 . PMID 25996237 .
- ^ Chen L, Ge X, Xu P (2015). "Identificación de genes esenciales de Streptococcus sanguinis mediante mutación por deleción en todo el genoma". Esencialidad genética . Métodos en Biología Molecular. 1279 . págs. 15-23. doi : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_2 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMC 4819415 . PMID 25636610 .
- ^ Sassetti CM, Boyd DH, Rubin EJ (octubre de 2001). "Identificación completa de genes condicionalmente esenciales en micobacterias" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 98 (22): 12712–7. Código bibliográfico : 2001PNAS ... 9812712S . doi : 10.1073 / pnas.231275498 . PMC 60119 . PMID 11606763 .
- ^ Lamichhane G, Freundlich JS, Ekins S, Wickramaratne N, Nolan ST, Bishai WR (febrero de 2011). "Metabolitos esenciales de Mycobacterium tuberculosis y sus imitadores" . mBio . 2 (1): e00301-10. doi : 10.1128 / mBio.00301-10 . PMC 3031304 . PMID 21285434 .
- ^ a b Griffin JE, Gawronski JD, Dejesus MA, Ioerger TR, Akerley BJ, Sassetti CM (septiembre de 2011). "El perfil fenotípico de alta resolución define genes esenciales para el crecimiento de micobacterias y el catabolismo del colesterol" . PLOS Patógenos . 7 (9): e1002251. doi : 10.1371 / journal.ppat.1002251 . PMC 3182942 . PMID 21980284 .
- ^ Long JE, DeJesus M, Ward D, Baker RE, Ioerger T, Sassetti CM (2015). "Identificación de genes esenciales en Mycobacterium tuberculosis por perfil fenotípico global". Esencialidad genética . Métodos en Biología Molecular. 1279 . págs. 79–95. doi : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_6 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID 25636614 .
- ^ DeJesus MA, Gerrick ER, Xu W, Park SW, Long JE, Boutte CC, Rubin EJ, Schnappinger D, Ehrt S, Fortune SM, Sassetti CM, Ioerger TR (enero de 2017). "Análisis de esencialidad integral del genoma de Mycobacterium tuberculosis a través de mutagénesis de transposones saturantes" . mBio . 8 (1): e02133–16. doi : 10.1128 / mBio.02133-16 . PMC 5241402 . PMID 28096490 .
- ^ Ghosh S, Baloni P, Mukherjee S, Anand P, Chandra N (diciembre de 2013). "Un enfoque multinivel y multiescala para estudiar genes esenciales en Mycobacterium tuberculosis" . Biología de sistemas BMC . 7 : 132. doi : 10.1186 / 1752-0509-7-132 . PMC 4234997 . PMID 24308365 .
- ^ a b Kobayashi K, Ehrlich SD, Albertini A, Amati G, Andersen KK, Arnaud M, et al. (Abril de 2003). "Genes esenciales de Bacillus subtilis" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 100 (8): 4678–83. Código Bibliográfico : 2003PNAS..100.4678K . doi : 10.1073 / pnas.0730515100 . PMC 153615 . PMID 12682299 .
- ^ a b Commichau FM, Pietack N, Stülke J (junio de 2013). "Genes esenciales en Bacillus subtilis: una reevaluación después de diez años". Biosistemas moleculares . 9 (6): 1068–75. doi : 10.1039 / c3mb25595f . PMID 23420519 . S2CID 23769853 .
- ^ Gerdes SY, Scholle MD, Campbell JW, Balázsi G, Ravasz E, Daugherty MD, et al. (Octubre de 2003). "Determinación experimental y análisis a nivel de sistema de genes esenciales en Escherichia coli MG1655" . Revista de bacteriología . 185 (19): 5673–84. doi : 10.1128 / JB.185.19.5673-5684.2003 . PMC 193955 . PMID 13129938 .
- ^ Kang Y, Durfee T, Glasner JD, Qiu Y, Frisch D, Winterberg KM, et al. (Agosto de 2004). "Mutagénesis sistemática del genoma de Escherichia coli" . Revista de bacteriología . 186 (15): 4921-30. doi : 10.1128 / JB.186.15.4921-4930.2004 . PMC 451658 . PMID 15262929 .
- ^ a b Baba T, Ara T, Hasegawa M, Takai Y, Okumura Y, Baba M, et al. (2006). "Construcción de Escherichia coli K-12 en marco, mutantes knockout de un solo gen: la colección Keio" . Biología de sistemas moleculares . 2 : 2006.0008. doi : 10.1038 / msb4100050 . PMC 1681482 . PMID 16738554 .
- ^ Jacobs MA, Alwood A, Thaipisuttikul I, Spencer D, Haugen E, Ernst S, et al. (Noviembre de 2003). "Biblioteca mutante de transposones completa de Pseudomonas aeruginosa" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 100 (24): 14339–44. Código Bibliográfico : 2003PNAS..10014339J . doi : 10.1073 / pnas.2036282100 . PMC 283593 . PMID 14617778 .
- ^ Hutcherson JA, Gogeneni H, Yoder-Himes D, Hendrickson EL, Hackett M, Whiteley M, et al. (Agosto de 2016). "Comparación de genes inherentemente esenciales de Porphyromonas gingivalis identificados en dos bibliotecas de secuenciación de transposones" . Microbiología oral molecular . 31 (4): 354–64. doi : 10.1111 / omi.12135 . PMC 4788587 . PMID 26358096 .
- ^ Liberati NT, Urbach JM, Miyata S, Lee DG, Drenkard E, Wu G, et al. (Febrero de 2006). "Una biblioteca ordenada, no redundante de mutantes de inserción de transposones de la cepa PA14 de Pseudomonas aeruginosa" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 103 (8): 2833–8. Código Bibliográfico : 2006PNAS..103.2833L . doi : 10.1073 / pnas.0511100103 . PMC 1413827 . PMID 16477005 .
- ^ Knuth K, Niesalla H, Hueck CJ, Fuchs TM (marzo de 2004). "Identificación a gran escala de genes esenciales de Salmonella atrapando inserciones letales". Microbiología molecular . 51 (6): 1729–44. doi : 10.1046 / j.1365-2958.2003.03944.x . PMID 15009898 .
- ^ Salama NR, Shepherd B, Falkow S (diciembre de 2004). "Mutagénesis global de transposones y análisis de genes esenciales de Helicobacter pylori" . Revista de bacteriología . 186 (23): 7926–35. doi : 10.1128 / JB.186.23.7926-7935.2004 . PMC 529078 . PMID 15547264 .
- ^ Suzuki N, Inui M, Yukawa H (2011). Mutagénesis de transposones de alto rendimiento de Corynebacterium glutamicum . Métodos en Biología Molecular. 765 . págs. 409-17. doi : 10.1007 / 978-1-61779-197-0_24 . ISBN 978-1-61779-196-3. PMID 21815106 .
- ^ Gallagher LA, Ramage E, Jacobs MA, Kaul R, Brittnacher M, Manoil C (enero de 2007). "Una biblioteca mutante de transposones completa de Francisella novicida, un sustituto de armas biológicas" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 104 (3): 1009–14. Código Bibliográfico : 2007PNAS..104.1009G . doi : 10.1073 / pnas.0606713104 . PMC 1783355 . PMID 17215359 .
- ^ Stahl M, Stintzi A (junio de 2011). "La identificación de genes esenciales en el genoma de C. jejuni destaca las regiones de plasticidad hipervariable". Genómica funcional e integrativa . 11 (2): 241–57. doi : 10.1007 / s10142-011-0214-7 . PMID 21344305 . S2CID 24054117 .
- ^ Stahl M, Stintzi A (2015). "Seguimiento de transposones de microarrays para el mapeo de genes condicionalmente esenciales en Campylobacter jejuni". Esencialidad genética . Métodos en Biología Molecular. 1279 . págs. 1-14. doi : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_1 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID 25636609 .
- ^ Francés CT, Lao P, Loraine AE, Matthews BT, Yu H, Dybvig K (julio de 2008). "Mutagénesis de transposones a gran escala de Mycoplasma pulmonis" . Microbiología molecular . 69 (1): 67–76. doi : 10.1111 / j.1365-2958.2008.06262.x . PMC 2453687 . PMID 18452587 .
- ^ Cameron DE, Urbach JM, Mekalanos JJ (junio de 2008). "Una biblioteca mutante de transposón definida y su uso en la identificación de genes de motilidad en Vibrio cholerae" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 105 (25): 8736–41. Código Bibliográfico : 2008PNAS..105.8736C . doi : 10.1073 / pnas.0803281105 . PMC 2438431 . PMID 18574146 .
- ^ Langridge GC, Phan MD, Turner DJ, Perkins TT, Partes L, Haase J, et al. (Diciembre de 2009). "Ensayo simultáneo de cada gen de Salmonella Typhi utilizando un millón de mutantes de transposón" . Investigación del genoma . 19 (12): 2308–16. doi : 10.1101 / gr.097097.109 . PMC 2792183 . PMID 19826075 .
- ^ Chaudhuri RR, Allen AG, Owen PJ, Shalom G, Stone K, Harrison M, et al. (Julio de 2009). "Identificación completa de genes esenciales de Staphylococcus aureus mediante hibridación diferencial mediada por transposones (TMDH)" . BMC Genomics . 10 : 291. doi : 10.1186 / 1471-2164-10-291 . PMC 2721850 . PMID 19570206 .
- ^ Christen B, Abeliuk E, Collier JM, Kalogeraki VS, Passarelli B, Coller JA, Fero MJ, McAdams HH, Shapiro L (agosto de 2011). "El genoma esencial de una bacteria" . Biología de sistemas moleculares . 7 : 528. doi : 10.1038 / msb.2011.58 . PMC 3202797 . PMID 21878915 .
- ^ Mendum TA, Newcombe J, Mannan AA, Kierzek AM, McFadden J (diciembre de 2011). "Interrogación de datos de mutagénesis global con un modelo a escala del genoma de Neisseria meningitidis para evaluar la aptitud genética in vitro y en suero" . Biología del genoma . 12 (12): R127. doi : 10.1186 / gb-2011-12-12-r127 . PMC 3334622 . PMID 22208880 .
- ^ Kuehl JV, Price MN, Ray J, Wetmore KM, Esquivel Z, Kazakov AE, et al. (Mayo de 2014). "Genómica funcional con una biblioteca completa de mutantes de transposón para la bacteria reductora de sulfato Desulfovibrio alaskensis G20" . mBio . 5 (3): e01041-14. doi : 10.1128 / mBio.01041-14 . PMC 4045070 . PMID 24865553 .
- ^ a b Kong, Xiangzhen; Zhu, Bin; Stone, Victoria N .; Ge, Xiuchun; El-Rami, Fadi E .; Donghai, Huangfu; Xu, Ping (diciembre de 2019). "ePath: una base de datos en línea hacia la anotación genética esencial integral para procariotas" . Informes científicos . 9 (1): 12949. Bibcode : 2019NatSR ... 912949K . doi : 10.1038 / s41598-019-49098-w . ISSN 2045-2322 . PMC 6737131 . PMID 31506471 .
- ^ a b Kim DU, Hayles J, Kim D, Wood V, Park HO, Won M, et al. (Junio de 2010). "Análisis de un conjunto de deleciones de genes de todo el genoma en la levadura de fisión Schizosaccharomyces pombe" . Biotecnología de la naturaleza . 28 (6): 617–623. doi : 10.1038 / nbt.1628 . PMC 3962850 . PMID 20473289 .
- ^ a b Kamath RS, Fraser AG, Dong Y, Poulin G, Durbin R, Gotta M, et al. (Enero de 2003). "Análisis funcional sistemático del genoma de Caenorhabditis elegans usando RNAi". Naturaleza . 421 (6920): 231–7. Código Bibliográfico : 2003Natur.421..231K . doi : 10.1038 / nature01278 . hdl : 10261/63159 . PMID 12529635 . S2CID 15745225 .
- ^ a b Spradling AC, Stern D, Beaton A, Rhem EJ, Laverty T, Mozden N, et al. (Septiembre de 1999). "Proyecto de disrupción genética del proyecto Berkeley Drosophila Genome Project: inserciones de un solo elemento P que mutan el 25% de genes vitales de Drosophila" . Genética . 153 (1): 135–77. PMC 1460730 . PMID 10471706 .
- ^ a b Amsterdam A, Nissen RM, Sun Z, Swindell EC, Farrington S, Hopkins N (agosto de 2004). "Identificación de 315 genes esenciales para el desarrollo temprano del pez cebra" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 101 (35): 12792–7. Código bibliográfico : 2004PNAS..10112792A . doi : 10.1073 / pnas.0403929101 . PMC 516474 . PMID 15256591 .
- ^ White JK, Gerdin AK, Karp NA, Ryder E, Buljan M, Bussell JN, et al. (Julio 2013). "La generación de todo el genoma y el fenotipado sistemático de ratones knockout revela nuevos roles para muchos genes" . Celular . 154 (2): 452–64. doi : 10.1016 / j.cell.2013.06.022 . PMC 3717207 . PMID 23870131 .
- ^ a b Liao BY, Zhang J (mayo de 2008). "Las mutaciones nulas en ortólogos humanos y de ratón con frecuencia dan como resultado diferentes fenotipos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 105 (19): 6987–92. Código Bibliográfico : 2008PNAS..105.6987L . doi : 10.1073 / pnas.0800387105 . PMC 2383943 . PMID 18458337 .
- ^ Georgi B, Voight BF, Bućan M (mayo de 2013). Flint J (ed.). "De ratón a humano: análisis genómico evolutivo de ortólogos humanos de genes esenciales" . PLOS Genetics . 9 (5): e1003484. doi : 10.1371 / journal.pgen.1003484 . PMC 3649967 . PMID 23675308 .
- ^ a b Sulem P, Helgason H, Oddson A, Stefansson H, Gudjonsson SA, Zink F y col. (Mayo de 2015). "Identificación de un gran conjunto de nocauts humanos completos raros". Genética de la naturaleza . 47 (5): 448–52. doi : 10.1038 / ng.3243 . PMID 25807282 . S2CID 205349719 .
- ^ a b Narasimhan VM, Hunt KA, Mason D, Baker CL, Karczewski KJ, Barnes MR, et al. (Abril de 2016). "Efectos sobre la salud y la población de los knockouts de genes raros en humanos adultos con padres relacionados" . Ciencia . 352 (6284): 474–7. Código bibliográfico : 2016Sci ... 352..474N . doi : 10.1126 / science.aac8624 . PMC 4985238 . PMID 26940866 .
- ^ Luo H, Lin Y, Gao F, Zhang CT, Zhang R (enero de 2014). "DEG 10, una actualización de la base de datos de genes esenciales que incluye tanto genes codificantes de proteínas como elementos genómicos no codificantes" . Investigación de ácidos nucleicos . 42 (Problema de la base de datos): D574-80. doi : 10.1093 / nar / gkt1131 . PMC 3965060 . PMID 24243843 .
- ^ Tzafrir I, Pena-Muralla R, Dickerman A, Berg M, Rogers R, Hutchens S, et al. (Julio de 2004). "Identificación de genes necesarios para el desarrollo embrionario en Arabidopsis" . Fisiología vegetal . 135 (3): 1206–20. doi : 10.1104 / pp.104.045179 . PMC 519041 . PMID 15266054 .
- ^ Wang T, Birsoy K, Hughes NW, Krupczak KM, Post Y, Wei JJ, et al. (Noviembre de 2015). "Identificación y caracterización de genes esenciales en el genoma humano" . Ciencia . 350 (6264): 1096–101. Código bibliográfico : 2015Sci ... 350.1096W . doi : 10.1126 / science.aac7041 . PMC 4662922 . PMID 26472758 .
- ^ Blomen VA, Májek P, Jae LT, Bigenzahn JW, Nieuwenhuis J, Staring J, et al. (Noviembre de 2015). "Esencialidad genética y letalidad sintética en células humanas haploides". Ciencia . 350 (6264): 1092–6. Código bibliográfico : 2015Sci ... 350.1092B . doi : 10.1126 / science.aac7557 . PMID 26472760 . S2CID 26529733 .
- ^ Georgi B, Voight BF, Bućan M (mayo de 2013). "De ratón a humano: análisis genómico evolutivo de ortólogos humanos de genes esenciales" . PLOS Genetics . 9 (5): e1003484. doi : 10.1371 / journal.pgen.1003484 . PMC 3649967 . PMID 23675308 .
- ^ Liao BY, Zhang J (agosto de 2007). "Los genes duplicados de ratón son tan esenciales como los singleton". Tendencias en Genética . 23 (8): 378–81. doi : 10.1016 / j.tig.2007.05.006 . PMID 17559966 .
- ^ Mewes HW, Frishman D, Güldener U, Mannhaupt G, Mayer K, Mokrejs M, et al. (Enero de 2002). "MIPS: una base de datos de genomas y secuencias de proteínas" . Investigación de ácidos nucleicos . 30 (1): 31–4. doi : 10.1093 / nar / 30.1.31 . PMC 99165 . PMID 11752246 .
- ^ a b Giaever G, Chu AM, Ni L, Connelly C, Riles L, Véronneau S, et al. (Julio de 2002). "Perfilado funcional del genoma de Saccharomyces cerevisiae". Naturaleza . 418 (6896): 387–91. Código bibliográfico : 2002Natur.418..387G . doi : 10.1038 / nature00935 . PMID 12140549 . S2CID 4400400 .
- ^ Yu D, Silva MC, Shenk T (octubre de 2003). "Mapa funcional del citomegalovirus humano AD169 definido por análisis mutacional global" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 100 (21): 12396–401. Código Bibliográfico : 2003PNAS..10012396Y . doi : 10.1073 / pnas.1635160100 . PMC 218769 . PMID 14519856 .
- ^ a b Dobson BM, Tscharke DC (noviembre de 2015). "La redundancia complica la definición de genes esenciales para el virus vaccinia" . La Revista de Virología General . 96 (11): 3326–37. doi : 10.1099 / jgv.0.000266 . PMC 5972330 . PMID 26290187 .
- ^ Dedrick RM, Marinelli LJ, Newton GL, Pogliano K, Pogliano J, Hatfull GF (mayo de 2013). "Requisitos funcionales para el crecimiento de bacteriófagos: esencialidad y expresión de genes en micobacteriófagos Giles" . Microbiología molecular . 88 (3): 577–89. doi : 10.1111 / mmi.12210 . PMC 3641587 . PMID 23560716 .
- ^ Thomas JA, Benítez Quintana AD, Bosch MA, Coll De Peña A, Aguilera E, Coulibaly A, et al. (Noviembre de 2016). "La identificación de genes esenciales en el fago de Salmonella SPN3US revela nuevos conocimientos sobre la estructura y el ensamblaje de la cabeza del fago gigante" . Revista de Virología . 90 (22): 10284–10298. doi : 10.1128 / JVI.01492-16 . PMC 5105663 . PMID 27605673 .
- ^ Pál C, Papp B, Lercher MJ, Csermely P, Oliver SG, Hurst LD (marzo de 2006). "Azar y necesidad en la evolución de redes metabólicas mínimas". Naturaleza . 440 (7084): 667–70. Código Bibliográfico : 2006Natur.440..667P . doi : 10.1038 / nature04568 . PMID 16572170 . S2CID 4424895 .
- ^ Mori H, Baba T, Yokoyama K, Takeuchi R, Nomura W, Makishi K, Otsuka Y, Dose H, Wanner BL (2015). "Identificación de genes esenciales y combinaciones de genes letales sintéticos en Escherichia coli K-12". Esencialidad genética . Métodos en Biología Molecular. 1279 . págs. 45–65. doi : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_4 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID 25636612 .
- ^ Verhagen LM, de Jonge MI, Burghout P, Schraa K, Spagnuolo L, Mennens S, Eleveld MJ, van der Gaast-de Jongh CE, Zomer A, Hermans PW, Bootsma HJ (2014). "Identificación de todo el genoma de genes esenciales para la supervivencia de Streptococcus pneumoniae en saliva humana" . PLOS ONE . 9 (2): e89541. Código Bibliográfico : 2014PLoSO ... 989541V . doi : 10.1371 / journal.pone.0089541 . PMC 3934895 . PMID 24586856 .
- ^ D'Souza G, Kost C (noviembre de 2016). "Evolución experimental de la dependencia metabólica en bacterias" . PLOS Genetics . 12 (11): e1006364. doi : 10.1371 / journal.pgen.1006364 . PMC 5096674 . PMID 27814362 .
- ^ Xu, Ping; Widmer, Giovanni; Wang, Yingping; Ozaki, Luiz S .; Alves, Joao M .; Serrano, Myrna G .; Puiu, Daniela; Manque, Patricio; Akiyoshi, Donna; Mackey, Aaron J .; Pearson, William R. (octubre de 2004). "El genoma de Cryptosporidium hominis" . Naturaleza . 431 (7012): 1107–1112. Código Bibliográfico : 2004Natur.431.1107X . doi : 10.1038 / nature02977 . ISSN 0028-0836 . PMID 15510150 . S2CID 4394344 .
- ^ Tipples G, McClarty G (junio de 1993). "La bacteria intracelular obligada Chlamydia trachomatis es auxotrófica para tres de los cuatro ribonucleósidos trifosfatos". Microbiología molecular . 8 (6): 1105–14. doi : 10.1111 / j.1365-2958.1993.tb01655.x . PMID 8361355 .
- ^ Côté, Jean-Philippe; Francés, Shawn; Gehrke, Sebastian S .; MacNair, Craig R .; Mangat, Chand S .; Bharat, Amrita; Brown, Eric D. (22 de noviembre de 2016). "La red de interacción de todo el genoma de genes de estrés por nutrientes en Escherichia coli" . mBio . 7 (6). doi : 10.1128 / mBio.01714-16 . ISSN 2150-7511 . PMC 5120140 . PMID 27879333 .
- ^ Woods S, Coghlan A, Rivers D, Warnecke T, Jeffries SJ, Kwon T, et al. (Mayo 2013). Sternberg PW (ed.). "Sesgos de duplicación y retención de genes esenciales y no esenciales revelados por análisis de derribo sistemático" . PLOS Genetics . 9 (5): e1003330. doi : 10.1371 / journal.pgen.1003330 . PMC 3649981 . PMID 23675306 .
- ^ a b c d Fang G, Rocha E, Danchin A (noviembre de 2005). "¿Cuán esenciales son los genes no esenciales?" . Biología Molecular y Evolución . 22 (11): 2147–56. doi : 10.1093 / molbev / msi211 . PMID 16014871 .
- ^ Jordan IK, Rogozin IB, Wolf YI, Koonin EV (junio de 2002). "Los genes esenciales se conservan más evolutivamente que los genes no esenciales en las bacterias" . Investigación del genoma . 12 (6): 962–8. doi : 10.1101 / gr.87702 . PMC 1383730 . PMID 12045149 .
- ^ Ryan CJ, Krogan NJ, Cunningham P, Cagney G (2013). "Todo o nada: complejos de proteínas voltear la esencialidad entre eucariotas parientes lejanos" . Biología y evolución del genoma . 5 (6): 1049–59. doi : 10.1093 / gbe / evt074 . PMC 3698920 . PMID 23661563 .
- ^ Sipiczki M (2000). "¿Dónde se sienta la levadura de fisión en el árbol de la vida?" . Biología del genoma . 1 (2): OPINIONES1011. doi : 10.1186 / gb-2000-1-2-reviews1011 . PMC 138848 . PMID 11178233 .
- ^ Chen WH, Trachana K, Lercher MJ, Bork P (julio de 2012). "Es menos probable que los genes más jóvenes sean esenciales que los genes más antiguos, y es menos probable que los duplicados sean esenciales que los únicos de la misma edad" . Biología Molecular y Evolución . 29 (7): 1703–6. doi : 10.1093 / molbev / mss014 . PMC 3375470 . PMID 22319151 .
- ^ Kofoed M, Milbury KL, Chiang JH, Sinha S, Ben-Aroya S, Giaever G, et al. (Julio de 2015). "Una colección actualizada de alelos sensibles a la temperatura con código de barras de secuencia de genes esenciales de levadura" . G3 . 5 (9): 1879–87. doi : 10.1534 / g3.115.019174 . PMC 4555224 . PMID 26175450 .
- ^ Deng J, Su S, Lin X, Hassett DJ, Lu LJ (2013). Kim PM (ed.). "Un marco estadístico para mejorar las anotaciones genómicas de genes esenciales procariotas" . PLOS ONE . 8 (3): e58178. Código Bibliográfico : 2013PLoSO ... 858178D . doi : 10.1371 / journal.pone.0058178 . PMC 3592911 . PMID 23520492 .
- ^ Morgens DW, Deans RM, Li A, Bassik MC (junio de 2016). "Comparación sistemática de cribados CRISPR / Cas9 y RNAi para genes esenciales" . Biotecnología de la naturaleza . 34 (6): 634–6. doi : 10.1038 / nbt.3567 . PMC 4900911 . PMID 27159373 .
- ^ Sharma S, Markham PF, Browning GF (2014). "Los genes que se encuentran esenciales en otros micoplasmas son prescindibles en Mycoplasma bovis" . PLOS ONE . 9 (6): e97100. Código bibliográfico : 2014PLoSO ... 997100S . doi : 10.1371 / journal.pone.0097100 . PMC 4045577 . PMID 24897538 .
- ^ Stone VN, Xu P (diciembre de 2017). "Terapia antimicrobiana dirigida en la era del microbioma" . Microbiología oral molecular . 32 (6): 446–454. doi : 10.1111 / omi.12190 . PMC 5697594 . PMID 28609586 .
- ^ Stone VN, Parikh HI, El-rami F, Ge X, Chen W, Zhang Y, et al. (6 de noviembre de 2015). Merritt J (ed.). "Identificación de inhibidores de moléculas pequeñas contra meso-2, 6-diaminopimelato deshidrogenasa de Porphyromonas gingivalis" . PLOS ONE . 10 (11): e0141126. Código bibliográfico : 2015PLoSO..1041126S . doi : 10.1371 / journal.pone.0141126 . PMC 4636305 . PMID 26544875 .
- ^ Cheng J, Xu Z, Wu W, Zhao L, Li X, Liu Y, Tao S (2014). "Selección de conjuntos de entrenamiento para la predicción de genes esenciales" . PLOS ONE . 9 (1): e86805. Código bibliográfico : 2014PLoSO ... 986805C . doi : 10.1371 / journal.pone.0086805 . PMC 3899339 . PMID 24466248 .
- ^ a b Mushegian AR, Koonin EV (septiembre de 1996). "Un conjunto de genes mínimo para la vida celular derivado de la comparación de genomas bacterianos completos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 93 (19): 10268–73. Código bibliográfico : 1996PNAS ... 9310268M . doi : 10.1073 / pnas.93.19.10268 . PMC 38373 . PMID 8816789 .
- ^ Charlebois RL, Doolittle WF (diciembre de 2004). "Computación de la ubicuidad del gen procariota: rescatar el núcleo de la extinción" . Investigación del genoma . 14 (12): 2469–77. doi : 10.1101 / gr.3024704 . PMC 534671 . PMID 15574825 .
- ^ a b Juhas M, Eberl L, Glass JI (octubre de 2011). "Esencia de vida: genes esenciales de genomas mínimos". Tendencias en biología celular . 21 (10): 562–8. doi : 10.1016 / j.tcb.2011.07.005 . PMID 21889892 .
- ^ Yang X, Li Y, Zang J, Li Y, Bie P, Lu Y, Wu Q (abril de 2016). "Análisis de pangenoma para identificar los genes centrales y genes esenciales de Brucella spp". Genética y Genómica Molecular . 291 (2): 905-12. doi : 10.1007 / s00438-015-1154-z . PMID 26724943 . S2CID 14565579 .
- ^ Schwikowski B, Uetz P, Fields S (diciembre de 2000). "Una red de interacciones proteína-proteína en levadura". Biotecnología de la naturaleza . 18 (12): 1257–61. doi : 10.1038 / 82360 . PMID 11101803 . S2CID 3009359 .
- ^ Jeong H, Mason SP, Barabási AL, Oltvai ZN (mayo de 2001). "Letalidad y centralidad en redes de proteínas". Naturaleza . 411 (6833): 41–2. arXiv : cond-mat / 0105306 . Código Bibliográfico : 2001Natur.411 ... 41J . doi : 10.1038 / 35075138 . PMID 11333967 . S2CID 258942 .
- ^ Yu H, Braun P, Yildirim MA, Lemmens I, Venkatesan K, Sahalie J, et al. (Octubre de 2008). "Mapa de interacción de proteínas binarias de alta calidad de la red del interactoma de levadura" . Ciencia . 322 (5898): 104–10. Código Bibliográfico : 2008Sci ... 322..104Y . doi : 10.1126 / science.1158684 . PMC 2746753 . PMID 18719252 .
- ^ Li X, Li W, Zeng M, Zheng R, Li M (febrero de 2019). "Métodos basados en redes para predecir genes o proteínas esenciales: una encuesta". Sesiones informativas en bioinformática . 21 (2): 566–583. doi : 10.1093 / bib / bbz017 . PMID 30776072 .
- ^ Hua HL, Zhang FZ, Labena AA, Dong C, Jin YT, Guo FB (1 de enero de 2016). "Un enfoque para predecir genes esenciales mediante el mapeo de homología múltiple y algoritmos de aprendizaje automático" . BioMed Research International . 2016 : 7639397. doi : 10.1155 / 2016/7639397 . PMC 5021884 . PMID 27660763 .
- ^ Liu X, Wang B, Xu L (2015). "Análisis estadístico de los exponentes de Hurst de genes esenciales / no esenciales en 33 genomas bacterianos" . PLOS ONE . 10 (6): e0129716. Código bibliográfico : 2015PLoSO..1029716L . doi : 10.1371 / journal.pone.0129716 . PMC 4466317 . PMID 26067107 .
- ^ McCutcheon JP, McDonald BR, Moran NA (julio de 2009). Matic I (ed.). "Origen de un código genético alternativo en el genoma extremadamente pequeño y rico en GC de un simbionte bacteriano" . PLOS Genetics . 5 (7): e1000565. doi : 10.1371 / journal.pgen.1000565 . PMC 2704378 . PMID 19609354 .
- ^ Basler G (2015). "Predicción computacional de genes metabólicos esenciales utilizando enfoques basados en restricciones". Esencialidad genética . Métodos en Biología Molecular. 1279 . págs. 183–204. doi : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_12 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID 25636620 .
- ^ Gatto F, Miess H, Schulze A, Nielsen J (junio de 2015). "El análisis de equilibrio de flujo predice genes esenciales en el metabolismo del carcinoma de células renales de células claras" . Informes científicos . 5 : 10738. Código Bibliográfico : 2015NatSR ... 5E0738G . doi : 10.1038 / srep10738 . PMC 4603759 . PMID 26040780 .
- ^ Song K, Tong T, Wu F (abril de 2014). "Predicción de genes esenciales en genomas procarióticos mediante un método lineal: ZUPLS" . Biología integrativa . 6 (4): 460–9. doi : 10.1039 / c3ib40241j . PMID 24603751 .
- ^ Guo FB, Ye YN, Ning LW, Wei W (2015). "Tres herramientas computacionales para predecir genes esenciales bacterianos". Esencialidad genética . Métodos en Biología Molecular. 1279 . págs. 205-17. doi : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_13 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID 25636621 .
- ^ Goodacre NF, Gerloff DL, Uetz P (diciembre de 2013). "Los dominios proteicos de función desconocida son esenciales en las bacterias" . mBio . 5 (1): e00744-13. doi : 10.1128 / mBio.00744-13 . PMC 3884060 . PMID 24381303 .
- ^ Lu Y, Lu Y, Deng J, Lu H, Lu LJ (2015). "Descubrimiento de dominios esenciales en genes esenciales". Esencialidad genética . Métodos en Biología Molecular. 1279 . págs. 235–45. doi : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_15 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID 25636623 .
Otras lecturas
- Gao F, Luo H, Zhang CT, Zhang R (2015). "Análisis de esencialidad genética basado en DEG 10, una base de datos actualizada de genes esenciales". Esencialidad genética . Métodos en Biología Molecular. 1279 . págs. 219–33. doi : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_14 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID 25636622 .
- Long JL, ed. (2015). Esencialidad genética: métodos y protocolos de Springer . Métodos en Biología Molecular. 1279 . Prensa Humana. pag. 248. doi : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4 . ISBN 978-1-4939-2397-7. S2CID 27547825 .
enlaces externos
- Base de datos de genes esenciales
- OGEE: Base de datos de esencialidad en línea
- Base de datos EGGS (Essential Genes on Genome Scale)
- Base de datos ePath (genes esenciales en la vía)
- Genes esenciales en E. coli (EcoliWiki )
- Genes esenciales en E. coli (Ecogene)
- Benjamin Lewin 's genes esenciales (libro de texto), Pearson / Prentice-Hall .