Evolución de oso polar rastreado el cambio climático, nuevo estudio de ADN sugiere
Un análisis de los genomas secuenciados recién oso polar está proporcionando importantes pistas sobre la evolución de las especies, lo que sugiere que el cambio climático y el intercambio genético con osos pardos ayudó a crear el oso polar, tal como lo conocemos hoy. El estudio internacional liderado por la Universidad de Penn State y la Universidad de Buffalo, encontró evidencia de que el tamaño de la población de osos polares fluctuó con claves eventos climáticos en los últimos millones años, creciendo durante los períodos de enfriamiento y contracción en épocas más cálidas.
La investigación también sugiere que mientras que los osos polares evolucionó de una especie distinta hace como 4 millones años, los animales pueden haber cruzaron con osos pardos hasta mucho más recientemente. Estos íntimos relaciones pueden estar vinculadas a cambios en la tierra del clima, con el retroceso de los glaciares que poner las dos especies en mayor contacto como sus rangos comprometidos, dijo Charlotte Lindqvist, autor principal del estudio y profesor asistente de biología de la UB.
“Tal vez estamos viendo una sugerencia que en tiempos realmente calientes, osos polares cambió su estilo de vida y entró en contacto y de hecho se cruzaron, con osos pardos,” dijo Stephan Schuster, co-dirigir autor, profesor de bioquímica y biología molecular de Penn State y un científico de investigación en la Universidad Tecnológica Nanyang en Singapur.
Los resultados se publicarán en línea en la edición temprana de los procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias en 23 de julio de 2012. El estudio es el análisis más extenso hasta la fecha de oso polar ADN, dicen los científicos. El equipo de investigación, que representan 13 instituciones en América del Norte, Europa, Asia y Canadá, así como Laboratorio Nacional de Genomica para la de México Biodiversidad (Langebio), secuenciado y analizado los genomas nucleares de 28 diferentes lleva, con muchas muestras de ADN proporcionadas por el Servicio Geológico de Estados Unidos y el Instituto Polar Noruego.
“Nos genera un excelente conjunto de datos, incluyendo cobertura profunda secuencia el genoma completo de un oso polar, tres osos pardos y un oso negro, además de cobertura menor de 23 osos polares adicionales, incluyendo a un individuo 120 mil año; “muy pocas especies de vertebrados tienen esos recursos genómicos integrales disponibles, dijo Schuster. Con esta gran cantidad de datos, los científicos descubrieron que los osos polares son realmente una especie mayor que se pensaba–de hecho, mucho más antiguo que lo sugerido por un estudio reciente que coloca la edad de la especie a 600.000 años. Ese análisis mirado sólo pequeños segmentos de ADN.
Un análisis de los genomas secuenciados recién oso polar es proporcionar pistas importantes sobre la evolución de species?, sugiriendo que el cambio climático y el intercambio genético con osos pardos ayudó a crear el oso polar, tal como lo conocemos hoy. El estudio internacional liderado por la Universidad Estatal de Pennsylvania y la Universidad de Buffalo, encontró evidencia de que el tamaño de la población de osos polares fluctuó con claves eventos climáticos en los últimos millones años, creciendo durante los períodos de enfriamiento y contracción en épocas más cálidas.
La investigación también sugiere que mientras que los osos polares evolucionó de una especie distinta hace como 4 millones años, los animales pueden haber cruzaron con osos pardos hasta mucho más recientemente. Estos íntimos relaciones pueden estar ligadas a cambios en el clima Earth?s, con el retroceso de los glaciares que poner las dos especies en mayor contacto como sus rangos superpuestos.
Como se muestra en esta imagen, los genomas nucleares de osos (contorno negro), sugieren que los osos polares y osos pardos divergieron entre sí hace 4 a 5 millones de años y ocasionalmente intercambio de genes entre las dos especies (áreas sombreadas de gris) seguidas. Los resultados de ADN mitocondrial maternalmente heredado (línea punteada) indica extinción (marcado con una “X”) y reemplazo de ADN mitocondrial de oso polar alrededor de 160.000 años debido al mestizaje entre ambas especies.
(Foto cortesía: Penn State University)
“Hemos mostrado, basado en un examen de la secuencia completa del ADN, que inferencias anteriores fueron totalmente engañosa,” dijo el autor principal del estudio Webb Miller, profesor de Biología e informática e ingeniería de Penn State. “En lugar de osos polares División de osos pardos hace unos 100 mil años, se estima que la División ocurrió hace 4 millones de años”.
“Esto significa que los osos polares definitivamente persistió a través de períodos de calentamiento durante la historia de la tierra”, dijo el diputado. Sin embargo, advierte que la resistencia de la especie sobre varios millones de años no garantiza su supervivencia futura. A la histórica población de modelo del oso polar, los científicos utilizan simulaciones por ordenador para analizar un genoma secuenciado profundamente oso polar. “Esta es la primera vez que podemos ver, en sus genes, cómo la historia de la población de osos polares había rastreado la historia climática de la tierra,” dijo Lindqvist. “Vemos un aumento en los osos polares al final del Pleistoceno temprano como la tierra se volvió mucho más fría y una continua disminución en el tamaño de la población durante las épocas más cálidas. También encontramos, tal vez como era de esperar, que en mucho menor número hoy que se producen durante la prehistoria, osos polares”continuó Lindqvist. “De hecho han perdido mucho de su pasado diversidad genética, y debido a esto, es muy probables más sensibles al clima cambiar las amenazas de hoy”.
Las discrepancias entre la edad estimada de osos polares en el nuevo estudio y pasado estudios podrían explicarse por cruzamiento entre osos polares y osos pardos, ya que las especies se dividen entre sí.
El nuevo análisis descubrieron más similitudes genéticas que previamente conocido entre osos polares y osos pardos de ABC, un grupo aislado de sureste de Alaska–sugiriendo que estos animales han intercambiado genes desde convertirse en especies separadas. “Secuencias mitocondriales de brown bears ABC son mucho más como los osos polares, que como los otros osos pardos”, dijo Miller. “Esto nos hizo preguntarse qué otras partes de sus genomas son ‘polar bear-como’. Nos asignan a dichas regiones, que constituyen el 5 a 10 por ciento de su ADN total, en los genomas de dos osos pardos de ABC. Como tal, hibridación de oso polar/brown, que se ha observado recientemente en el Ártico de Canadá, sin duda contribuyó a modelar la historia evolutiva del oso polar moderna.”
Este entrecruzamiento entre especies es sólo un hallazgo interesante emergentes desde el enorme tesoro de datos que produce el estudio PNAS. Otra pregunta que la investigación está empezando a dirección: ¿Qué hace un oso polar de un oso polar? Osos polares tienen diferencias genéticas de los osos pardos que les permiten sobrevivir en un clima ártico con muy diferentes dietas, y el nuevo estudio identificado genes que pueden ser responsables de características como la pigmentación de los osos polares y el alto contenido de grasa de la leche.
Trastorno de cadera athletic común aumenta posibilidades de hernia deportiva, sugiere estudio
BALTIMORE, MD – una hernia deportiva es causa común de dolor en la ingle en los atletas, sin embargo hasta que últimamente poco se ha conocido en cuanto a por qué ocurren. Investigadores presentando su estudio hoy en la American Orthopaedic Society for Sports Medicine (AOSSM) reunión anual en Baltimore sugieren que un tipo de condición hip (pinzamiento Acetabular Femoral (FAI) podría ser una causa que contribuye.
“Nuestro estudio muestra que los pacientes con FAI tienden a tener un cambio en Biomecánica de cadera que a su vez conduce a un aumento del estrés a través de la ingle. Con “estas tensiones una hernia deportiva (desgarro de los músculos abdominales oblicuos), es más probable que ocurra, dijo el autor principal, Kostas Economopoulos, MD, del Departamento de Ortopedia Universidad de Virginia.
Los investigadores realizaron un estudio retrospectivo de todos los pacientes que fueron evaluados para hernias de deportes en su institución y que se sometieron a tratamiento quirúrgico desde 1999-2011. Cuarenta y tres pacientes fueron sometidos a 56 deportes reparación de hernia en su estudio. Analiza el MRI, CT o radiografías simples se realizaron para buscar signos radiológicos de FAI. De los 43 pacientes, 37 o 86 por ciento tenían algún tipo de FAI visible en exámenes radiológicos.
“Esperamos que nuestro estudio alienta a los médicos que ven hernia deportiva y dolor en la ingle crónica en atletas para investigar la posibilidad de la FAI y a su vez puede recomendar mejores opciones de tratamiento para esta condición desconcertante,” dijo Economopoulos.
Estudio sugiere cambios en la rehabilitación de la cirugía del manguito de los rotadores necesarios
Un nuevo Hospital para estudio de cirugía especial sugiere que la rehabilitación actual utilizada para pacientes sometidos a tendón-hueso reparaciones como la reparación del manguito de los rotadores puede ser parcialmente culpable de las altas tasas de error curación después de la cirugía. Los experimentos en un modelo de rata de esta lesión sugieren que inmovilizar la extremidad durante cuatro a seis semanas después de la cirugía, en lugar de terapia física rápida partida, mejora la cicatrización.
“Antes de que hicimos este estudio, hemos pensado que retrasar el movimiento por un período corto de tiempo, de siete a diez días y luego comenzar la terapia física sería la más beneficiosa para la curación del tendón. Sin embargo, desde los datos de este estudio, parece que debemos inmovilizar a nuestros pacientes durante períodos más largos de tiempo,”dijo el Dr. Scott Rodeo, investigador principal del estudio y co-jefe de la medicina deportiva y hombro de servicio en el Hospital para cirugía especial (HSS) en la ciudad de Nueva York.
Carolyn Hettrich, M.D., MPH, que era un residente de HSS cuando realizó el estudio, presentará el estudio el 14 de julio en la reunión anual de la sociedad ortopédica estadounidense de medicina deportiva (AOSSM), celebrada en Baltimore.
Manguito de los rotadores es un conjunto de un cuatro músculos pequeños en el hombro que permiten la parte superior del brazo girar. Cuando se rasga un manguito de los rotadores, la parte de tendón de las lágrimas de músculo lejos del hueso del brazo superior. Durante una cirugía de reparación, un cirujano reattaches el tendón al hueso y éxito de la cirugía depende de qué tan bien la interfaz entre el tendón y el hueso cicatriza. Estudios han demostrado que el 20% – 40% de los pacientes sometidos a cirugía del manguito de los rotadores han fracasado curación. Estos pacientes tienen peores resultados, incluyendo la disminución de fuerza y disminución de amplitud de movimiento.
Rehabilitación después de la cirugía del manguito de los rotadores generalmente consiste en inmovilizar el hombro en un cabestrillo durante siete a diez días, la terapia física con el movimiento pasivo y asistida por seis semanas, seguido de terapia física con movimiento activo durante seis semanas. Sin embargo, hay pocos datos sobre el programa de rehabilitación óptima, y los médicos reconocen que existe un delicado equilibrio entre minimizar el movimiento después de la cirugía para proteger a la reparación y que permiten el movimiento evitar la rigidez articular.
“De los datos de este estudio, parece que nos debemos inmovilizar nuestros pacientes tendón-hueso sometido a reparaciones, como reparación del manguito de los rotadores por períodos más largos de tiempo,” dijo el Dr. Scott Rodeo, investigador principal del estudio y co-jefe de la medicina deportiva y hombro de servicio en el Hospital de cirugía especial en Nueva York.
(Foto cortesía: Hospital de cirugía especial)
Para explorar el tiempo de rehabilitación postoperatoria, investigadores de HSS realizan experimentos utilizando un modelo de rata de lesión del tendón rotuliano y reparación. Los investigadores utilizan un pequeño marco de metal para sostener la articulación en su lugar y luego utilizan un dispositivo motorizado especialmente diseñado precisamente aplicar cargas de tensión. Un grupo de ratas recibió una carga baja 50 veces al día (análogo a una extensión de piernas sin peso), otro grupo recibió una carga moderada 50 veces por día y un tercer grupo tuvo su articulación inmovilizada durante el período de estudio completo. Los animales fueron estudiados en 4, 10, 21 y 28 días.
Los investigadores encontraron que las ratas que tenían su articulación inmovilizada tenían la mejor curación con significativamente menos fibrocartílago o tejido cicatricial que ratas en los otros dos grupos. Tejido cicatricial es más débil que el tejido original, y a menudo formas de tejido cicatricial en la interfase entre el hueso y el tendón durante el tendón reparación cirugía. Las ratas que fueron inmovilizadas también tuvieron la mejor organización de tejido conectivo, mayor carga al fracaso, osea mejor densidad mineral y menos células muertas en la zona que fue operada en. Durante el proceso de curación e inflamatorio, hay una regeneración y remodelación de los tejidos, que a veces implica muerte celular que puede conducir a la inflamación.
“Es muy sorprendente, todos de la inmovilización de datos compatibles. La biomecánica, la histología, todo, “dijo el Dr. Hettrich. “Las ratas que fueron inmovilizadas y no tengan ninguna carga a través de ese período de curación hicieron lo mejor. Este estudio sugiere que podríamos querer considerar inmovilizar pacientes humanos durante un poco más para dejar some of the post operativa inflamación calma, porque la inflamación exceso podría tener un efecto nocivo.”
Los investigadores sugieren que el mejor camino para la recuperación de los pacientes sometidos a cirugía del manguito de los rotadores podría ser mantener a individuos en eslingas durante seis semanas y luego comenzar con la terapia de movimiento pasivo. Sin embargo, son necesarios estudios en humanos para probar esta hipótesis y formular recomendaciones clínicas firmes.
El Dr. Hettrich es ahora profesor de Ortopedia en medicina deportiva en la Universidad de Iowa. Laboratorio del Dr. Rodeo se presentará con el Premio Cabaud para el estudio en la reunión anual de la AOSSM. El premio se otorga para el mejor trabajo de investigación de laboratorio de ciencias básicas en la reunión.
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Estudio sugiere ampliar el alfabeto genético puede ser más fácil de lo que se pensaba
LA JOLLA, CA: un nuevo estudio liderado por científicos del Instituto de Investigación Scripps sugiere que el proceso de replicación de ADN, las instrucciones genéticas de organismos vivos que se compone de cuatro bases (C, G, A y T) — está más abierta a letras antinatural que se había pensado previamente. Un ampliado “alfabeto del ADN” podía llevar más información que ADN natural, potencialmente de codificación para una gama mucho más amplia de las moléculas y permitiendo una variedad de aplicaciones potentes, de sondas moleculares precisos y nanomáquinas útiles nuevas formas de vida.
El nuevo estudio, que aparece en la edición 03 de junio de 2012 de Nature Chemical Biology, resuelve el misterio de cómo puede ir un par de bases de ADN artificiales previamente identificado mediante el proceso de replicación de ADN casi tan eficientemente como las cuatro bases naturales.
“Ahora sabemos que la replicación eficaz de nuestra pareja antinatural de base no es una casualidad y que el proceso de replicación es más flexible de lo que había sido asumido,” dijo Floyd E. Romesberg, profesor asociado de Investigación Scripps, principal promotor de las nuevas bases de ADN y un autor principal del nuevo estudio. El laboratorio Romesberg colaboró en el nuevo estudio con el laboratorio del autor co-senior Andreas Marx en la Universidad de Konstanz en Alemania y el laboratorio de Tammy J. Dwyer en la Universidad de San Diego.
Agregar el alfabeto de ADN
Romesberg y su laboratorio han estado intentando encontrar una manera de extender el alfabeto de ADN desde finales de los 90. En 2008, se desarrollaron las bases eficiente replicación NaM y 5SICS, que vienen juntos como base complementaria par dentro de la hélice del ADN, tanto como en el ADN normal, los pares de base adenina (A) con timina (T) y citosina (C) pares con guanina (G).
El siguiente año, Romesberg y colegas mostraron que NaM y 5SICS podría ser eficientemente transcrito en ARN en el plato de laboratorio. Pero el éxito de estas bases en imitando la funcionalidad de bases naturales era un poco misteriosa. Habían sido encontrado simplemente por miles de sintéticas moléculas de nucleótido-como para los que se replicaron más eficiente de detección. Y había sido claro inmediatamente que sus estructuras químicas carecen de la capacidad para formar enlaces de hidrógeno que se unen a naturales de pares de bases en el ADN. Dichos bonos habían pensados que un requisito absoluto para el éxito de replicación del ADN, un proceso en el que un gran enzima, la ADN polimerasa, mueve a lo largo de una sola, sin envasar hebra de ADN y suturas juntos la oposición strand, una base complementaria a la vez.
Un estudio principio estructural de un par de base muy similar en el ADN de doble hélice añadido a las preocupaciones del Romesberg. Los datos sugieren fuertemente que NaM y 5SICS no aproximarse siquiera la geometría de la periferia a la periferia de pares de bases naturales — denominado la geometría de Watson-Crick, después de los descubridores de la doble hélice de ADN. En su lugar, se unen en una moda más laxa, superpuestos, “intercalados”. “Recuerda su vinculación a un ‘mispair,’ como dos bases idénticas juntos, que normalmente no ser reconocido como un par de base válido por la ADN polimerasa,”, dijo Denis Malyshev, un estudiante graduado en el laboratorio de Romesberg, quien fue autor principal junto con Karin Betz de laboratorio de Marx.
Floyd Romesberg es profesor en el Instituto de Investigación Scripps.
(Foto: cortesía del Instituto de Investigación Scripps.)
Todavía en prueba tras prueba, el par de NaM-5SICS fue eficiente replicable. “Nos preguntábamos si de alguna manera estábamos engañar la ADN polimerasa en reconocer,” dijo Romesberg. “No queremos seguir el desarrollo de aplicaciones hasta que teníamos una idea más clara de lo que ocurría durante la replicación”.
Borde con borde
Para obtener la imagen más clara, Romesberg y su laboratorio recurrió a laboratorios de Dwyer y Marx, que tienen experiencia en la búsqueda de las estructuras atómicas de ADN en complejo con ADN polimerasa. Sus datos estructurales demostraron claramente que el par de NaM-5SICS mantener una estructura anormal, intercalada dentro de doble hélice de ADN, pero notablemente adoptar la normal, la periferia a la periferia, “Watson-Crick” posicionamiento cuando presa de la polimerasa durante los momentos cruciales de la replicación del ADN.
“El ADN polimerasa induce al parecer este par de base natural para formar una estructura que es virtualmente indistinguible de un par de base natural,” dijo Malyshev.
NaM y 5SICS, carecen de enlaces de hidrógeno, se mantuvo en la doble hélice de ADN por fuerzas “hidrofóbico”, que causan ciertas estructuras moleculares (como aquellos encontrados en petróleo) a ser repelidos por moléculas de agua y así se aferran junto en un medio acuoso. “Es muy posible que estas fuerzas hidrofóbicas tienen características que permiten la flexibilidad y la capacidad de réplica de la pareja de base NaM-5SICS,” dijo Romesberg. “Ciertamente si su aberrante estructura en doble hélice se celebraron juntos por covalente más rígida, no habría podido pop en la estructura correcta durante la replicación del ADN.”
¿Una elección arbitraria?
El hallazgo sugiere que NaM-5SICS y potencialmente otras, hidrófobos dependientes de pares de bases podrían algún día utilizarse para extender el alfabeto del ADN. También insinúa elección de esa evolución del alfabeto de ADN de cuatro letras existente — en este planeta, pudo haber sido algo arbitrario. “Parece que la vida podría haberse basada en muchos otros sistemas genéticos,” dijo Romesberg.
Ahora están tratando de él y sus colegas de laboratorio para optimizar la funcionalidad básica de NaM y 5SICS y para mostrar que estas nuevas bases pueden trabajar junto a naturales bases en el ADN de una célula viva.
“Si podemos lograr este nuevo par de base para replicar con alta eficiencia y fidelidad en vivo, tendremos un organismo semisintéticas”, dijo Romesberg. “Las cosas que uno puede hacer con que son bastante mente soplando”.