Los investigadores están desarrollando un algoritmo para comparar células entre especies

Las células son los componentes básicos de la vida y están presentes en todos los seres vivos. Pero, ¿cuán similares crees que son tus células a un ratón? ¿Pescado? ¿gusano?

Comparación Tipos de celdas En las diferentes especies del árbol de la vida, puede ayudar a los biólogos a comprender cómo surgen los tipos de células y cómo se han adaptado a las necesidades funcionales de las diferentes formas de vida. Este ha sido un tema de creciente interés entre los biólogos evolutivos en los últimos años porque la nueva tecnología ahora permite la secuenciación e identificación de todas las células de todos los seres vivos. «Esencialmente, existe una ola en la comunidad científica para clasificar todos los tipos de células en una variedad de organismos diferentes», explicó Bo Wang, profesor asistente de bioingeniería en la Universidad de Stanford.

En respuesta a esta oportunidad, el laboratorio de Wang desarrolló un algoritmo para conectar tipos de células similares a través de distancias evolutivas. Su método, detallado en un artículo publicado el 4 de mayo en eLife, Está diseñado para comparar tipos de células en diferentes tipos.

En su investigación, el equipo utilizó siete tipos para comparar 21 pares diferentes y pudo identificar los tipos de células que se encuentran en todas las especies junto con sus similitudes y diferencias.

Comparar tipos de células

Según Alexander Tarashansky, un estudiante graduado en bioingeniería que trabaja en el laboratorio de Wang, la idea de crear el algoritmo surgió cuando Wang ingresó al laboratorio un día y le preguntó si podía analizar conjuntos de datos de tipo celular de dos tipos diferentes de gusanos en qué laboratorio los estudios se realizaron al mismo tiempo.

«Me sorprendió lo obvias que eran las diferencias entre ellos», dijo Tarashansky, autor principal del artículo y miembro interdisciplinario de Stanford Bio-X. Pensamos que deberían tener tipos de células similares, pero cuando tratamos de analizarlos utilizando estándares técnicas, el método no las reconoce porque son iguales «.

Se preguntó si se trataba de un problema con la tecnología o si los tipos de células eran demasiado diferentes para coincidir entre especies. Luego, Tarashansky comenzó a trabajar en el algoritmo para hacer coincidir mejor los tipos de células entre las especies.

«Supongamos que quiero comparar una esponja con un humano», dijo Tarashansky. No está realmente claro qué gen de la esponja corresponde a qué gen El gen humano Porque a medida que evolucionan los seres vivos, Genes Repetir, cambiar, repetir de nuevo. Ahora tienes un gen en la esponja que puede estar relacionado con muchos genes en humanos «.

En lugar de tratar de encontrar una coincidencia genética uno a uno como los métodos anteriores de coincidencia de datos, el método de mapeo de los investigadores empareja un solo gen en una esponja con todos los posibles genes humanos correspondientes. Luego, el algoritmo procede a ver cuál es el correcto.

Tarashansky dice que tratar de encontrar solo pares de genes individuales ha limitado la aspiración de los científicos a mapear los tipos de células en el pasado. «Creo que la principal innovación aquí es que tenemos en cuenta las características que han cambiado durante cientos de millones de años de evolución para realizar comparaciones de largo alcance».

«¿Cómo podemos usar genes en constante evolución para reconocer el mismo tipo de célula que también cambia constantemente en diferentes especies?» Wang, el autor principal del periódico, dijo. «La evolución se ha entendido utilizando genes y rasgos orgánicos, creo que ahora estamos en un punto de inflexión emocionante para escalas puente al observar cómo evolucionan las células».

Llena el arbol de la vida

Utilizando un enfoque de mapeo, el equipo descubrió una serie de genes conservados y familias de tipos de células en todas las especies.

Lo más destacado de la investigación, dijo Tarashansky, fue cuando compararon células madre entre un gusano plano completamente diferente.

«El hecho de que encontráramos una coincidencia uno a uno en los grupos de células madre fue realmente emocionante», dijo. «Creo que básicamente abrió mucha información nueva y emocionante sobre cómo hacer esto Células madre Mire dentro de un gusano plano parásito que infecta a cientos de millones de personas en todo el mundo «.

Los resultados del mapeo del equipo también indican una fuerte protección de las propiedades neuronales y musculares. Células Una especie animal muy simple, como Esponja, Para mamíferos más complejos como ratas y humanos.

Wang dijo: «Esto realmente indica que este tipo de células surgieron muy temprano en la evolución de los animales».

Ahora que el equipo ha creado la herramienta de comparación de células, los investigadores pueden continuar recopilando datos sobre una variedad de especies para su análisis. A medida que se recopilen y comparen más conjuntos de datos de más especies, los biólogos podrán rastrear el camino de los tipos de células en diferentes organismos y mejorará la capacidad de reconocer nuevos tipos de células.

«Si solo tienes esponjas y luego gusanos y pierdes todo lo que hay en el medio», dijo Tarashansky, «es difícil saber cómo evolucionaron los tipos de células de esponja o cómo sus ancestros se diversificaron en esponjas y gusanos». “Queremos completar tantos nodos a lo largo del árbol de la vida como sea posible para poder facilitar este tipo de análisis evolutivo y transferir conocimiento a través de Oceano. »