Xenómica comparada

[miniatura|380px|Os [aliñamento de secuencias|aliñamentos de secuencias de xenoma completo son un método típico da xenómica comparada. Este aliñamento de oito xenomas da bacteria *Yersinia* revela 78 bloques conservados colineares localmente entre os oito taxons. Cada cromosoma foi disposto horizontalmente e os bloques homólogos en cada xenoma móstranse como rexión coas mesmas cores ligadas a través dos xenomas. As rexións que están invertidas en relación a *Y. pestis* KIM están desprazados baixo un eixe central do xenoma.]]

A **xenética comparada** é un campo da investigación biolóxica na cal se comparan as características xenómicas de diferentes organismos. As características xeómicas poden incluír a secuencia de ADN, xenes, orde dos xenes, secuencias reguladoras e outros puntos de referencia estruturais xenómicos. O principio básico da xenómica comparada é que as características comúns de dous organismos serán a miúdo codificadas por ADN que está conservada evolutivamente entre eles. Por tanto, as estratexias da xenómica comparada empezan facendo algunha forma de aliñamento de secuencias xenómicas e buscando secuencias ortólogas (secuencias que comparten unha ascendencia común) nos xenomas aliñados e comprobando en que medida estas secuencias están conservadas. Baseándose nisto, infírense a evolución do xenoma e a molecular e isto, á súa vez, pode poñerse en contexto, por exemplo, na evolución fenotípica ou na xenética de poboacións.

Empezou virtualmente axiña que se puido dispoñer, en 1995, dos xenomas completos de dous organismos (que foron os xenomas das bacterias *Haemophilus influenzae* e *Mycoplasma genitalium*), e agora a xenómica comparada é un compoñente estándar da análise de cada nova secuencia de xenómica. Coa exposición no número de proxectos xenoma debido aos avances nas tecnoloxías de secuenciación do ADN, especialmente os métodos de secuenciación de seguinte xeración a finais da década do 2000, este campo fíxose mais sofisticado, facendo posible tratar con  moitos xenomas nun só estudo. A xenómica comparada revelou a existencia de grandes niveis de similitude entre organismos estreitamente relacionados, como os humanos e os chimpancés e, máis sorprendentemente, a semellanza entre organismos que teñen unha relación moi distante, como humanos e o lévedo *Saccharomyces cerevisiae*. En 1986, publicouse o primeiro estudo xenómico comparativo a grande escala que comparaba os xenomas do virus da varicela-zóster e do virus de Epstein-Barr, que contiñan máis de 100 xenes cada un.

A primeira secuencia xenómica completa dun organismo celular foi o da bacteria *Haemophilus influenzae* Rd, que se publicou en 1995. O segundo artigo de secuenciación dun xenoma bacteriano que apareceu foi o da pequena bacteria parasita *Mycoplasma genitalium* publicado ese mesmo ano. Empezando por ese artigo, os informes de novos xenomas levaron inevitablemente a facer estudos de xenómica comparada. Despois da publicación do xenoma do verme nematodo *Caenorhabditis elegans* en 1998 e xunto co da mosca do vinagre *Drosophila melanogaster* en 2000, Gerald M. Rubin e o seu equipo publicaron un artigo titulado "Comparative Genomics of the Eukaryotes" ("Xenómica comparativa dos eucariotas"), no cal comparaban os xenomas dos eucariotas *D. melanogaster*, *C. elegans* e *S. cerevisiae*, así como o do procariota *H. influenzae*. Ao mesmo tempo, Bonnie Berger, Eric Lander, e os seus equipos publicaron un artigo sobre a comparación dos xenomas completos dos ratos e humanos.

Coa publicación de grandes xenomas de vertebrados na década de 2000, incluíndo o humano, o do peixe *Takifugu rubripes* e o do rato doméstico, liberáronse os resultados precomputados de comparacións de grandes xenomas que se podían descargar e visualizar nun buscador de xenomas. En lugar de realizar as súas propias análises, a maioría dos biólogos podían acceder a estas grandes comparacións entre especies e evitar os inconvenientes prácticos causados polo tamaño dos xenomas.

Os métodos de secuenciación de seguinte xeración, que se empezaron a usar en 2007, produciuse unha enorme cantidade de datos xenómicos e isto permitiu xerar á vez múltiples secuencias xenómicas borrador (procariotas). Estes métodos poden tamén revelar rapidamente polimorfismos dun só nucleótido, insercións e delecións mapando lecturas non ensambladas contra un xenoma de referencia ben anotado e así proporcionar unha lista de posibles diferenzas xénicas que poden ser a base de calquera variación funcional entre cepas.

## Métodos 
Os métodos computacionais son necesarios para as comparacións xenómicas dada a gran cantidade de datos codificados nos xenomas. Moitas ferramentas están agora dispoñibles publicamente, e van desde comparacións de xenoma completo a análises de expresión xénica. Isto inclúe métodos para os sistemas e o control, teoría da información, análise de cadeas (*strings*) e minaría de datos. As estratexias computacionais seguirán sendo fundamentais para a investigación e ensinanza, especialmente cando a ciencia da información e a bioloxía xenómica se ensinan conxuntamente. 
[miniatura|258x258px|Árbore filoxenética de especies descendentes e devanceiros reconstruídos. A cor da rama representa taxas de punto de inflexión (*breakpoint*) en RACFs (puntos de inflexión por millón de anos). As ramas negras representan taxas de puntos de inflexión non determinadas. As cores dos extremos representan a contigüidade da ensamblaxe: cor negra, ensamblaxe do xenoma a nivel de armazón; cor verde, ensamblaxe do xenoma a nivel de cromosoma; cor amarela, ensamblaxe do xenoma a nivel de armazón a escala de cromosoma. As cifras a carón dos nomes das especies indican o número [diploide de cromosomas (se se coñece).]]
A xenómica comparativa empeza con comparacións básicas do tamaño do xenoma e densidade de xenes. Por exemplo, o tamaño do xenoma é importante para a capacidade de codificación e posiblemente por razóns reguladoras. Unha alta densidade de xenes facilita a anotación do xenoma, a análise de selección ambiental. En contraste, unha densidade baixa de xenes dificulta o mapado de enfermidades xenéticas, como ocorre no xenoma humano.

### Aliñamento de secuencias 
Os aliñamentos utilízanse para captar información sobre secuencias similares como os antepasados, a descendencia evolutiva común ou unha común estrutura e función. Os aliñamentos poden facerse tanto para secuencias xenéticas coma proteicas. Os aliñamentos consisten en aliñamentos locais ou globais por pares e aliñamentos de secuencias múltiples. Un xeito de encontrar aliñamentos globais é usar un algoritmo de programación dinámico chamado algoritmo de Needleman–Wunsch. Este algoritmo pode modificarse e usarse para atopar aliñamentos locais.
miniatura|288x288px|Exemplo dunha árbore filoxenética creada a partir dun aliñamento de 250 secuencias de proteínas espícula únicas da familia dos *Betacoronavirus*.

### Reconstrución filoxenética 
Outro método computacional de xenómica comparada é a reconstrución filoxenética. Utilízase para describir as relacións evolutivas en termos de devanceiros comúns. As relacións represéntanse xeralmente nunha árbore chamada árbore filoxenética. De xeito similar, a teoría coalescente é un modleo retrospectivo para rastrexar alelos dun xene nunha poboación ata unha soa copia ancestral compartida polos membros da poboación. Isto tamén se coñece como o antepasado común máis recente. A análise baseada na teoría da coalescencia trata de predicir a cantidade de tempo entre a introdución dunha mutación e un particular alelo ou distribución xénica nunha poboación. Este período de tempo é igual ao tempo que hai que existiu o antepasado común máis recente. As relacións de herdanza visualízanse en forma similar a unha árbore filoxenética. A coalescencia (ou xenealoxía dos xenes) pode visualizarse usando dendrogramas.
[miniatura|380x380px|Exemplo de bloque e rotura de [sintenia. Os xenes localizados nos cromosomas de dúas especies denótanse con letras. Cada xene está asociado cun número que representa a especie á que pertencen (especies 1 ou 2). Os xenes ortólogos están conectados por liñas descontinuas e os xenes sen unha relación ortóloga son tratados como ocos nos programas de sintenia.]]

### Mapas xenómicos 
Un método adicional en xenómica comparada é o mapado xenético. No mapado xenético a visualización da sintenia é un modo de ver a conservación da orde dos xenes nos cromosomas. Utilízase xeralmente para cromosomas de especies relacionadas, ambas as dúas orixinadas a partir dun antepasado común. Este e outros métodos poden botar luz sobre a historia evolutiva. Un estudo recente usou a xenómica comparada para reconstruír 16  cariotipos ancestrais na filoxenia dos mamíferos. A reconstrución computacional mostra como os cromosomas se rearranxaron durante a evolución dos mamíferos. Proporciona información sobre a conservación de rexións seleccionadas a miúdo asociadas con procesos de control do desenvolvemento. Ademais, axudou a comprender a evolución dos cromosomas e enfermidades xenéticas asociadas con rearranxos do ADN.
[alt=Os cadrados verdes sólidos indican cromosomas de mamíferos mantidos como un só bloque de sintenia (ou como un só cromosoma ou fusionados con outro MAM), con tons de cor que indican a fracción do cromosoma afectado por rearranxos intracromosómicos (os tons máis claros son os máis afectados). Os bloques divididos demarcan os cromosomas de mamíferos afectados por rearranxos intercromosómicos. Os triángulos (verdes) superiores mostran a fración dos cromosomas afectados por rearranxos intracromosómicos e os triángulos (vermellos) inferiores mostran a fracción afectada polos rearranxos intercromosómicos. As relacións sinténicas de cada MAM co xenoma humano danse á dereita do diagrama. MAMX aparece dividido na cabra porque o seu [cromosoma X está ensamblado como dous fragmentos separados. BOR, cromosoma do antepasado boreoeuterio; EUA, cromosoma do antepasado de Euarchontoglires; EUC, cromosoma do antepasado de Euarchonta; EUT, cromosoma do antepasado euterio; PMT; cromosoma do antepasado de Primatomorpha; PRT, cromosoma do antepasado de primates (Hominidae); THE, cromosoma do antepasado de terios.|miniatura|327x327px|Imaxe do estudo Evolución do cariotipo de mamíferos ancestral e rexións sinténicas. É unha visualización da historia evolutiva dos cromosomas reconstruídos de mamíferos baseada na liñaxe humana. |center]]

## Ferramentas 
Están desenvolvéndose rapidamente ferramentas computacionais para analizar secuencias e xenomas completos debido á dispoñibilidade de grandes cantidades de datos xenómicos. A mesmo tempo, as ferramentas de análise comparativa están a ser melloradas. Nos retos sobre as análises, é moi importante para visualizar os resultados comparativos.

A visualización da conservación de secuencias é un duro traballo de análise de secuencias comparativa. É moi ineficaz examinar o aliñamento de longas rexións xenómicas longas manualmente. Os buscadores de xenoma de Internet proporcionan moitas ferramentas útiles para investigar as secuencias xenómicas debido a integrar toda a información biolóxica baseada en secuencias sobre rexións xenómicas. Cando extraemos grandes cantidades de datos relevantes bioloxicamente, poden ser moi doados de usar e levan menos tempo. 
* **Ensembl**: O proxecto Ensembl produce bases de datos xenómicos para vertebrados e outras especies eucariotas e fai que esta información estea dispoñible libremente en liña. 
* **MapView**: O Map Viewer proporciona unha ampla variedade de mapado xenómico e datos de secuenciación. 
* **VISTA** é unha suite de programas completa e bases de datos para a análise comparativa de secuencias xenómicas. Construíuse para visualizar os resultados de análises comparativas baseadas en aliñamentos de ADN. A presentación de datos comparativos xerados por VISTA pode facilmente adaptar datos tanto a pequena coma a grande escala.
* **BlueJay Genome Browser**: unha ferramenta de visualización autónoma para a visión multiescala de xenomas anotados e outros elementos xenómicos.

Unha vantaxe de utilizar ferramentas en liña é que estes sitios web están a ser desenvolvidos e actualizados decote. Hai moitas novas configuracións e contidos que poden usarse en liña para mellorar a eficiencia. Esta metodoloxía non só é poderosa, senón tamén rápida. Os métodos anteriores para identificar loci asociados co rendemento agronómico requirían varias xeracións de cultivo coidadosamente monitorizado das cepas parentais, un esforzo que leva moito tempo que é innecesario para estudos de xenómica comparada.

### Medicina 
#### Desenvolvemento de vacinas 
O campo da medicina tamén se beneficia do estudo da xenómica comparada. Nunha estratexia coñecida como vacinoloxía inversa, os investigadores poden descubrir antíxenos candidatos para o desenvolvemento de vacinas analizando o xenoma dun patóxeno ou familia de patóxenos. Aplicar unha estratexia de xenómica comparada analizando os xenomas de varios patóxenos relacionados pode levar ao desenvolvemento de vacinas que son multiprotectoras. Un equipo de investigadores empregou esa estratexia para crear unha vacina universal para estreptococos do grupo B, un grupo de bacterias responsables de graves infeccións neonatais. A xenómica comparada pode tamén usarse para xerar especificidade nas vacinas contra patóxenos que están estreitamente relacionados con microorganismos comensais. Por exemplo, utilizouse unha análise xenómica comparativa de cepas do comensal e patóxenas de *E. coli* para identificar xenes específicos de patóxeno como base para atopar antíxenos que orixinan unha resposta inmune contra cepas patóxenas pero non contra as comensais. En maio de 2019, usando o Global Genome Set, un equipo do Reino Unido e Australia secuenciou miles de illamentos recollidos globalmente de esteptococos do grupo A, proporcionando posibles etiquetas para desenvolver unha vacina contra o patóxeno, tamén coñecido como *S. pyogenes*.

[miniatura|Compáranse os loci do [receptor de célula T|TCR humanos (H, arriba) e rato (M, abaixo), cos elementos TCR en vermello, os xenes non TCR en púrpura e os segmentos V en laranxa, outros elementos TCR en vermello. M6A é unha posible metiltransferase; ZNF é unha proteína dedo de cinc; OR son xenes de receptor olfactivo ; DAD1 é o defensor contra a morte celular. Os sitios de pseudoxenes procesados específicos de especie móstranse como triángulos grises. Ver tamén o número de acceso a GenBank AE000658-62. Modificado a partir de Glusman et al. 2001.

### Investigación 
A xenómica comparada tamén abre novos camiños noutras áreas de investigación. Como a tecnoloxía de secuenciación do ADN se fixo mais accesible, o número de xenomas secuenciados foi crecendo. Co crecente depósito de datos xenómicos dispoñibles, a potencia da inferencia da xenómica comparativa medrou tamén.

Un caso notable deste incremento da potencia pódese ver nunha investigación recente sobre primates. Os métodos xenómicos comparativos permitiron reunir información sobre variación xenética, expresión diferencial de xenes e dinámica evolutiva en primates que era indiscernible usando datos e métodos previos.

#### Proxecto Xenoma de Grandes Simios 
O *Proxecto Xenoma de Grandes Simios* utilizou métodos de xenómica comparativa para investigar a variación xenética en seis especies de grandes simios, atopando niveis saudables de variación na súa poza xénica malia que os seus tamaños de poboación están diminuíndo. Outro estudo mostrou que os padróns de metilación do ADN, que son un mecanismo de regulación da expresión xénica, difiren no córtex prefrontal de humanos fronte a chimpancés e esta diferenza estaba implicada na diverxencia evolutiva das dúas especies.

## Notas 
## Véxase tamén 
### utros artigos 
* Minaría de datos
* Evolución molecular
* Anatomía comparativa
* Homoloxía
* Minaría de secuencias
* Análise de secuencias libre de aliñamento

### Bibliografía 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
*  
*  

### Ligazóns externas 
* Genomes OnLine Database (GOLD)
* Genome News Network
* JCVI Comprehensive Microbial Resource
* Pathema: A Clade Specific Bioinformatics Resource Center
* CBS Genome Atlas Database 
* The UCSC Genome Browser
* The U.S. National Human Genome Research Institute
* Ensembl The Ensembl Genome Browser
* Genolevures, comparative genomics of the Hemiascomycetous yeasts
* Phylogenetically Inferred Groups (PhIGs), a recently developed method incorporates phylogenetic signals in building gene clusters for use in comparative genomics.
* Metazome ,  a resource for the phylogenomic exploration and analysis of Metazoan gene families.
* IMG The Integrated Microbial Genomes system, for comparative genome analysis by the DOE-JGI.
* Dcode.org Dcode.org Comparative Genomics Center.
* SUPERFAMILY  Protein annotations for all completely sequenced organisms
* Comparative Genomics
* Blastology and Open Source: Needs and Deeds
* Alignment-free comparative Genomics tool