Congreso Uruguayo en Una Salud - I Jornada Académica del Instituto de Investigación Una Salud

El genoma de tripanosomátidos, agentes etiológicos de enfermedades en el ser humano y animales, aún contiene un gran número de secuencias codificantes para proteínas con plegamientos estructurales y función desconocida. Nuestra hipótesis plantea que es posible asignarle una función a estas proteínas mediante la integración de métodos de identificación de homología estructural y métodos de anotación computacional independientes de la homología de secuencia basados en aprendizaje automático.
Para ello implementaremos un modelo multiómico de predicción de función de genes de tripanosomátidos. Teniendo en cuenta que nuestro foco está en la identificación de enzimas que catalizan reacciones de oxido-reducción empleando al grupo tiol o al NAD(P)H como cofactor, recopilaremos y curaremos una amplia gama de datos biológicos —genómicos, transcriptómicos, proteómicos, interactómicos, de localización celular, fenotípicos, estructurales, funcionales, entre otros— provenientes de bases de datos de acceso público. A partir de estos datos, obtendremos representaciones matriciales de los patrones de ubicación relativa de cada gen respecto a grupos funcionales, motivos estructurales, modificaciones epigenéticas y otras variables biológicas relevantes. Con estas matrices entrenaremos distintas arquitecturas de clasificación supervisada, incluyendo ensambles de métodos clásicos de aprendizaje automático y arquitecturas basadas en redes neuronales profundas. Luego seleccionaremos el modelo de mejor desempeño para tamizar el genoma de diversos tripanosomátidos en busca de enzimas redox aún no identificadas.
De forma complementaria, desarrollaremos un flujo de trabajo para la comparación estructural de proteínas orientado a la identificación de los dominios Rossmann y Tiorredoxina. Para ello, se generarán archivos de estructura que contengan exclusivamente los dominios de interés, los cuales serán empleados como modelos para explorar los proteomas estructurales de distintos organismos eucariotas mediante herramientas como Foldseek.
Por último, integraremos los resultados obtenidos a partir de ambos abordajes computacionales. Esperamos identificar y asignar funciones biológicas putativas —particularmente relacionadas con procesos redox— a un gran número de secuencias de estos patógenos que actualmente carecen de anotación funcional, con el propósito de revelar nuevos blancos terapéuticos. En una segunda etapa del proyecto, procederemos a validar las funciones bioquímicas y biológicas de un conjunto de proteínas candidatas aplicando diferentes aproximaciones metodológicas que incluyen ensayos enzimáticos, la generación y estudio fenotípico de líneas celulares transgénicas (knockdown o sobreexpresión) tanto in vitro como en modelos de infección animal. Este conocimiento es particularmente relevante en el contexto de las tripanosomiasis, enfermedades desatendidas que siguen afectando a poblaciones vulnerables en diversas regiones del mundo.