Pesquisadores revelam uma característica oculta nos genomas do Mycobacterium que governa a adaptação ao estresse
Diagrama esquemático que ilustra nosso fluxo de trabalho de aprendizado de máquina. Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47410-5 Um novo estudo, liderado por Qingyun Liu, Ph.D., professor assistente do Departamento de Genética, descobriu uma característica genética conhecida como “plasticidade transcricional”, que desempenha um papel fundamental no governo da resposta transcricional das micobactérias a condições estressantes.
As células bacterianas devem modular rapidamente a expressão dos seus genes para lidar com mudanças abruptas no ambiente externo. No entanto, até que ponto certos genes podem alterar a sua expressão em resposta a mudanças ambientais, em oposição à manutenção de níveis de expressão estáveis, há muito que intriga os cientistas. Compreender como as bactérias regulam esses processos transcricionais díspares e as características genéticas que lhes estão subjacentes continua sendo um desafio.
Em colaboração com pesquisadores da UNC-Chapel Hill, Harvard e da Universidade Fudan, o pesquisador principal Qingyun Liu, Ph.D., decidiu desvendar os fatores complexos que governam a resposta transcricional no Mycobacterium tuberculosis (Mtb), o patógeno bacteriano responsável por tuberculose, que continua a ser a principal causa de morte devido a um único agente infeccioso, com mais de 10,6 milhões de novos casos e 1,6 milhões de mortes por ano.
O estudo deles, intitulado "A plasticidade transcricional geneticamente codificada está subjacente à adaptação ao estresse no Mycobacterium tuberculosis", foi publicado na revista Nature Communications. .
Os pesquisadores analisaram um conjunto de dados abrangente composto por 894 amostras de RNA-Seq derivadas de 73 condições distintas, que foram geradas em estudos anteriores e curadas pelos pesquisadores para fins de meta-análise.
Os pesquisadores interrogaram a plasticidade transcricional (TP) de cada gene do Mtb, servindo como proxy para a variabilidade da expressão genética em resposta às mudanças ambientais. Sua análise revelou variação significativa de TP entre os genes Mtb, correlacionando-se com a função e essencialidade do gene. Além disso, eles descobriram que características genéticas críticas, como comprimento do gene, conteúdo de GC e tamanho do operon, impõem independentemente restrições ao TP, estendendo-se além da trans-regulação.
Por exemplo, genes com comprimentos mais curtos geralmente exibiram TP mais elevados em comparação com aqueles com comprimentos mais longos. Além disso, os genes com os perfis de TP mais baixos foram concentrados em um grupo com conteúdo de GC alinhado estreitamente com o nível médio do genoma (65%).
Liu disse:"Essas características, anteriormente não ligadas à regulação transcricional em micobactérias, são agora reconhecidas como fatores que o Mtb evoluiu para moldar o TP de seus genes".
Aproveitando as características genéticas identificadas como contribuintes para o TP, os pesquisadores foram capazes de prever parcialmente os níveis de TP dos genes Mtb usando um modelo de aprendizado de máquina. No entanto, Liu destacou que, embora este modelo seja promissor, ainda não é perfeito na previsão dos níveis de TP. Isto sugere que ainda pode haver fatores não identificados influenciando o TP que justificam uma investigação mais aprofundada.
Ao estender a sua análise para incluir duas outras espécies de Mycobacteria, nomeadamente M. smegmatis e M. abscessus, os investigadores demonstraram uma conservação impressionante da paisagem TP em diferentes espécies de micobactérias, implicando um significado evolutivo do TP como uma estratégia adaptativa conservada entre as micobactérias.
Os pesquisadores enfatizaram que o TP pode agora servir como um complemento útil à essencialidade e vulnerabilidade dos genes para a compreensão dos processos fisiológicos bacterianos. Esta informação pode ajudar a priorizar genes candidatos que podem ser direcionados para fins medicamentosos ou dissecação mecanística.
Além disso, os pesquisadores mostraram que o TP pode funcionar como fator de referência para futuros estudos transcricionais, auxiliando na identificação de genes expressos diferencialmente. Isto sublinha as implicações mais amplas do TP no avanço da nossa compreensão da regulação genética bacteriana e dos mecanismos de adaptação.
