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Caracterización del transcriptoma de parásitos helmintos Cecilia Fernández.

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Presentación del tema: "Caracterización del transcriptoma de parásitos helmintos Cecilia Fernández."— Transcripción de la presentación:

1 Caracterización del transcriptoma de parásitos helmintos Cecilia Fernández

2 Estudios genómicos en parásitos Biología básica Identificación/desarrollo de productos control (drogas, vacunas) diagnóstico (Ag) Objetivos Dificultades Los parásitos no son organismos modelos Las especies relevantes son diversas Análisis del genomaProtozoarios Análisis del transcriptoma Helmintos Estrategias clásicas Desarrollos tecnológicos: secuenciación, (bio)informática

3 Tomado de: Molecular Biology of the Cell Alberts y col, 3 a Ed, 1994 (Fig 7.24) Clonas genómicas vs clonas de ADNc Tomado de: Molecular Biology of the Cell Alberts y col, 3 a Ed, 1994 (Fig 7.24) contienen UTRs 5 y 3 incluyen información de ARNnc (que no codifican para proteínas) no contienen intrones frecuencia nivel de transcripción

4 Estudios genómicos en parásitos helmintos Los helmintos son organismos que causan infecciones crónicas, con alta prevalencia en todo el mundo Importancia Dificultades Poseen genomas grandes (10 8 pb/10 2 Mb) Las especies relevantes son diversas Proyectos EST: S ecuenciación sistemática de ADNc seleccionados al azar de genotecas de diferentes estadios Nematodos ~ 550,000 ESTs (excl.C. el.) Trematodos Algunos cestodos Datos dbEST (NCBI), 11/09 Estrategia ~ 450,000 ESTs

5 Ensamblaje (clustering) y análisis de ESTs Tomado de Parkinson y Blaxter (2004) Methods in Mol Biol 270: Genoma parcial del organismo

6 Los helmintos… Nematodos y Platelmintos ( Cestodos y Trematodos ) integran grupos distintos de metazoarios Protostomados Deuterostomados Lofotrocozoarios Ecdisozoarios Tomado de Balavoine G. Evolution and development of protostomes Anelids

7 Estudios genómicos en helmintos de vida libre (organismos modelos) Genomas de: Nematodo Caenorhabditis elegans (1997) - (Caenorhabditis spp. 4 especies adicionales) Platelminto - Turbelario Schmidtea mediterranea (2008) -

8 Estudios genómicos en parásitos helmintos Genomas de: Nematodos Brugia malayi y Meloidogyne spp. - 1a versión terminada y publicada (2007 y 2008) Platelmintos Trematodos Schistosoma mansoni y S. japonicum - 1a versión terminada y publicada (2009) Cestodos Echinococcus multilocularis y Taenia solium - en proceso de ensamblaje

9 Estudios genómicos en parásitos helmintos Draft completed Tomado de Brindley et al. PLoS NTD, 2009

10 Estudios genómicos en nematodos Ver también Martin et al (2009) NAR

11 NEMBASE: base de datos de ESTs de Nematodos Tomado de: Parkinson et al (2004) NAR 32: D427-D430

12 Tomado de: Mitreva et al. Trends in Genetics 21(10): , 2005 Genómica y/o transcriptómica de nematodos Filogenia (ARNr 18S) especies con proyecto EST (genoma parcial) y/o proyecto genoma (*)

13 Tomado de: Parkinson y col. Nature Genetics 36(12): , 2004 Secuencias predichas de genomas parciales vs proteoma de C. elegans

14 C. elegans: 20,000 genes (12,000 flías) 22,000 polipéptidos Otros: 30 especies (28 parásitos) ~ 93,000 genes (60,000 flías) (> 250,000 ESTs) Espacio génico del phylum Nematodos 50% sin homólogos fuera del phylum Nematodos 15% en todos los grupos de nematodos: la mayoría (90%) con homólogos fuera del phylum ~ 1,300 específicos de nematodos Tomado de: Parkinson y col. Nature Genetics 36(12): , 2004 C. elegans

15 Aunque poseen un plano corporal uniforme… los nematodos son extraordinariamente diversos el genoma de C. elegans representa una porción pequeña del espacio génico del phylum

16 Algunos genes identificados a partir de ESTs poseen ortólogos fuera del phylum no están presentes en el genoma de C. elegans genes perdidos en la evolución del linaje de C. elegans genes asociados con el parasitismo (?)

17 Tomado de: Aboobaker y Blaxter, Current Biology 13: 37-40, 2003 El complejo de genes Hox en la evolución de los nematodos

18 Genes asociados con el parasitismo: factores de virulencia adquiridos por transferencia horizontal Meloidogyne spp. (parásitos de las raíces de plantas) habrían adquirido 12 genes de bacterias del suelo por transferencia horizontal (HGT) Varios genes habrían sido donados por rizobios (bacterias fijadoras de nitrógeno en nódulos en raíces de leguminosas) con los que estos nematodos comparten. el nicho. los mecanismos de interacción con la planta Tomado de: Mitreva et al. TIG 21(10): , 2005 NodL: N-acetil transferasa que participa en la síntesis del factor Nod, glicolípido involucrado en el intercambio de señales entre la bacteria y la planta Incongruencia entre las filogenias del gen y de la especie

19 Caracterización del transcriptoma de Ancylostoma caninum Tomado de: Wang y col. BMC Genomics 211 :307, 2010 La comparación revela que: el transcriptoma de los nematodos es diverso (tanto A. caninum como C. elegans integran el Clado V) existirían genes relacionados con el parasitismo (A. caninum (Clado V) y B. malayi (Clado III) integran clados distintos)

20 Análisis del transcriptoma de trematodos S. mansoni S. japonicum

21 El transcriptoma de S. mansoni Número de secuencias Total de secuencias163,586 Total de secuencias analizadas Adultos Huevos Miracidios B. Germinales Cercarias Esquistosómulas (7 días) 33,180 19,077 18,638 16,715 10,014 27, ,640 Tamaño promedio de ESTs (pb)385 Total de SmAEs SmAEs con más de una EST (contigs) SmAEs con una EST (singlets) 12,322 18,666 30,988 Tamaño promedio de un contig (pb)505 SmAEs de secuencias conocidas de S. mansoni Genes conocidos (GenBank) ESTs conocidas (dbEST) 639 (2%) 6,447 (21%) 7086 (23%) SmAEs de genes nuevos de S. mansoni Similares a proteínas de S. mansoni (nuevos parálogos) Similares a genes de otros organismos (nuevos ortólogos) Sin similitud con otros genes (función desconocida) 449 (1%) 6,274 (20%) 17,179 (55%) 23,902 (77%) Total de genes (estimado)13,960-14,200 Tomado de: Verjovski-Almeida et al. 2003

22 Assembled S. mansoni EST sequences S. mansoni EST Genome Project

23 Otras estrategias / Desarrollos futuros Genotecas enriquecidas en tipos particulares de ADNc normalizadas y sustraídas enriquecidas en genes poco expresados [hasta 50% - 15,000 – 20,000 ARNm de célula somática típica] de expresión diferencial enriquecidas en genes expresados diferencialmente Genotecas enriquecidas en ADNc completos Análisis del transcriptoma sin clonar (RNA Seq)

24 Desafíos de la era post-genómica... interpretar el genoma (ADN) y el transcriptoma (ADNc derivados de genes expresados en distintos estadios) junto con estudios de las proteínas expresadas (proteoma) y vías metabólicas (metaboloma) de los organismos comparar estos procesos fisiológicos con los de los hospederos para contribuir al desarrollo de nuevas estrategias de control de las parasitosis

25 Bibliografía Brindley et al (2009) Helminth genomics: the implications for human health. PLoS NTD 3(10):e538 Una revisión actualizada a 2009 de los proyectos genoma y transcriptoma de helmintos patógenos del hombre. Parkinson et al (2004) A transcriptomic analysis of the phylum Nematoda. Nat Genet 36(12):1259 Una estudio global del transcriptoma de 30 especies de nematodos, incluyendo 28 parásitos. Mitreva et al (2005) Comparative genomics of nematodes. Trends in genetics 21(10): 573 Otra revisión que enfatiza la idea de diversidad molecular del Phylum; incluye las evidencias de adquisición de genes de bacterias fijadoras de nitrógeno por transferencia horizontal por parte de los nematodos de plantas. Wang et al (2010) Characterizing Ancylostoma caninum transcriptome and nematode diversity. BMC Genomics 11:307 Caracterización muy completa del transcriptoma de un helminto, utilizando tanto estrategias de generación de ESTs clásicas como con las nuevas herramientas de secuenciación. Verjovski-Almeida et al (2003) Transcriptome analysis of the acoelomate human parasite Schistosoma mansoni. Nat Genet 35(2):148 Hu et al (2003) Evolutionary and biomedical implications of a Schistosoma japonicum complementary DNA resource. Nat Genet 35(2):139 Artículos que describen análisis exhaustivos del transcriptoma de dos especies de Schistosoma, ambas patógenas del hombre. Parkinson & Blaxter (2004) Expressed sequence tags: analysis and annotation. Methods Mol Biol 270: 93 Capítulo de un volumen de protocolos experimentales que describe una plataforma de herramientas para el análisis de ESTs.


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