Elemento transponible

Un transposón bacteriano de ADN

Un elemento transponible (TE, transposón o gen saltador) es una secuencia de ácido nucleico en el ADN que puede cambiar su posición dentro de un genoma, a veces creando o revirtiendo mutaciones y alterando la identidad genética de la célula y el tamaño del genoma. La transposición a menudo da como resultado la duplicación del mismo material genético. En el genoma humano, los elementos L1 y Alu son dos ejemplos. El descubrimiento de Barbara McClintock le valió un Premio Nobel en 1983. Su importancia en la medicina personalizada es cada vez más relevante, además de ganar más atención en el análisis de datos dada la dificultad de análisis en espacios de muy alta dimensión.

Los elementos transponibles constituyen una gran fracción del genoma y son responsables de gran parte de la masa de ADN en una célula eucariota. Aunque los TE son elementos genéticos egoístas, muchos son importantes en la función y evolución del genoma. Los transposones también son muy útiles para los investigadores como un medio para alterar el ADN dentro de un organismo vivo.

Hay al menos dos clases de TE: los TE de clase I o retrotransposones generalmente funcionan a través de la transcripción inversa, mientras que los TE de clase II o los transposones de ADN codifican la proteína transposasa, que requieren para la inserción y la escisión, y algunos de estos TE también codifican otras proteínas.

Descubrimiento por Barbara McClintock

Barbara McClintock descubrió los primeros TE en maíz (Zea mays) en el Laboratorio Cold Spring Harbor en Nueva York. McClintock estaba experimentando con plantas de maíz que tenían cromosomas rotos.

En el invierno de 1944–1945, McClintock plantó granos de maíz que se autopolinizaron, lo que significa que la seda (estilo) de la flor recibió polen de su propia antera. Estos granos procedían de una larga línea de plantas que se habían autopolinizado, provocando la rotura de brazos al final de su noveno cromosoma. A medida que las plantas de maíz comenzaron a crecer, McClintock notó patrones de color inusuales en las hojas. Por ejemplo, una hoja tenía dos parches albinos de tamaño casi idéntico, ubicados uno al lado del otro en la hoja. McClintock planteó la hipótesis de que durante la división celular ciertas células perdían material genético, mientras que otras ganaban lo que habían perdido. Sin embargo, al comparar los cromosomas de la generación actual de plantas con la generación original, descubrió que ciertas partes del cromosoma habían cambiado de posición. Esto refutó la teoría genética popular de la época de que los genes estaban fijos en su posición en un cromosoma. McClintock descubrió que los genes no solo podían moverse, sino que también podían activarse o desactivarse debido a ciertas condiciones ambientales o durante diferentes etapas del desarrollo celular.

McClintock también demostró que las mutaciones genéticas se pueden revertir. Presentó su informe sobre sus hallazgos en 1951 y publicó un artículo sobre sus descubrimientos en Genética en noviembre de 1953 titulado "Inducción de inestabilidad en loci seleccionados en maíz".

En el Simposio de Cold Spring Harbor de 1951, donde publicó por primera vez sus hallazgos, su charla fue recibida con un silencio sepulcral. Su trabajo fue descartado e ignorado en gran medida hasta finales de la década de 1960 y 1970 cuando, después de que se encontraron TE en bacterias, se redescubrió. Recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1983 por su descubrimiento de los TE, más de treinta años después de su investigación inicial.

Clasificación

Los elementos transponibles representan uno de varios tipos de elementos genéticos móviles. Los TE se asignan a una de dos clases según su mecanismo de transposición, que puede describirse como copiar y pegar (TE de Clase I) o cortar y pegar (Clase II). TE).

Retrotransposón

Los TE de clase I se copian en dos etapas: en primer lugar, se transcriben de ADN a ARN y, a continuación, el ARN producido se transcribe de forma inversa a ADN. Este ADN copiado se vuelve a insertar en el genoma en una nueva posición. El paso de transcripción inversa es catalizado por una transcriptasa inversa, que a menudo está codificada por el propio TE. Las características de los retrotransposones son similares a las de los retrovirus, como el VIH.

Los retrotransposones se suelen agrupar en tres órdenes principales:

• Retrotransposons, con repeticiones terminales largas (LTRs), que codifican transcriptasa inversa, similar a retroviruses
• Retroposons, long interspersed nuclear elements (LINES, LINE-1s, o L1s), que codifica transcriptasa inversa pero carece de LTRs, y son transcritos por la polimerasa RNA II
• Short interspersed nuclear elements (SINEs) do not encode reverse transcriptase and are transcribed by RNA polymerase III

Los retrovirus también pueden considerarse TE. Por ejemplo, después de la conversión del ARN retroviral en ADN dentro de una célula huésped, el ADN retroviral recién producido se integra en el genoma de la célula huésped. Estos ADN integrados se denominan provirus. El provirus es una forma especializada de retrotransposón eucariótico, que puede producir intermediarios de ARN que pueden salir de la célula huésped e infectar otras células. El ciclo de transposición de los retrovirus tiene similitudes con el de los TE procarióticos, lo que sugiere una relación distante entre los dos.

Transposones de ADN

A. Estructura de transposones de ADN (tipo Mariner). Dos repeticiones invertidas de tándem (TIR) flanquean el gen transposasa. Dos duplicaciones breves del sitio tándem (TSD) están presentes en ambos lados de la inserción.
B. Mecanismo de transposición: Dos transposas reconocen y se unen a las secuencias TIR, se unen y promueven el escote doble de ADN. El complejo ADN-transposasa luego inserta su carga de ADN en motivos específicos de ADN en otras partes del genoma, creando TSD cortos sobre la integración.

El mecanismo de transposición de cortar y pegar de los TE de clase II no implica un intermediario de ARN. Las transposiciones son catalizadas por varias enzimas transposasas. Algunas transposasas se unen de manera no específica a cualquier sitio objetivo en el ADN, mientras que otras se unen a secuencias objetivo específicas. La transposasa hace un corte escalonado en el sitio de destino produciendo extremos cohesivos, corta el transposón de ADN y lo liga en el sitio de destino. Una polimerasa de ADN llena los huecos resultantes de los extremos cohesivos y la ligasa de ADN cierra el esqueleto de azúcar-fosfato. Esto da como resultado la duplicación del sitio de destino y los sitios de inserción de los transposones de ADN pueden identificarse mediante repeticiones directas cortas (un corte escalonado en el ADN de destino llenado por ADN polimerasa) seguido de repeticiones invertidas (que son importantes para la escisión de TE por transposasa).

Los TE de cortar y pegar pueden duplicarse si su transposición tiene lugar durante la fase S del ciclo celular, cuando un sitio donante ya se ha replicado pero un sitio objetivo aún no se ha replicado. Dichas duplicaciones en el sitio de destino pueden dar como resultado la duplicación de genes, que desempeña un papel importante en la evolución genómica.

No todos los transposones de ADN se transponen a través del mecanismo de cortar y pegar. En algunos casos, se observa una transposición replicativa en la que un transposón se replica a sí mismo en un nuevo sitio objetivo (p. ej., helitron).

Los TE de clase II comprenden menos del 2 % del genoma humano, lo que hace que el resto sea de clase I.

Autónoma y no autónoma

La transposición se puede clasificar como "autónoma" o "no autónomo" en los TE de Clase I y Clase II. Los TE autónomos pueden moverse por sí mismos, mientras que los TE no autónomos requieren la presencia de otro TE para moverse. Esto se debe a menudo a que los TE dependientes carecen de transposasa (para la Clase II) o de transcriptasa inversa (para la Clase I).

El elemento activador (Ac) es un ejemplo de un TE autónomo, y los elementos de disociación (Ds) son un ejemplo de un TE no autónomo. Sin Ac, Ds no puede transponer.

Clase III

Algunos investigadores también identifican una tercera clase de elementos transponibles, que se ha descrito como "una caja de sorpresas que consta de transposones que no encajan claramente en las otras dos categorías". Ejemplos de estos TE son los elementos Foldback (FB) de Drosophila melanogaster, los elementos TU de Strongylocentrotus purpuratus y los elementos transponibles de repetición invertida en miniatura.

Distribución

Aproximadamente el 64 % del genoma del maíz está formado por TE, al igual que el 44 % del genoma humano y casi la mitad de los genomas murinos.

Los nuevos descubrimientos de elementos transponibles han mostrado la distribución exacta de los TE con respecto a sus sitios de inicio de transcripción (TSS) y potenciadores. Un estudio reciente encontró que un promotor contiene el 25% de las regiones que albergan TE. Se sabe que los TE más antiguos no se encuentran en ubicaciones de TSS porque la frecuencia de los TE comienza como una función una vez que hay una distancia desde el TSS. Una posible teoría para esto es que los TE podrían interferir con la pausa de la transcripción o el empalme de la primera introducción. También como se mencionó anteriormente, la presencia de TE cerrados por las ubicaciones de TSS se correlaciona con su edad evolutiva (número de mutaciones diferentes que los TE pueden desarrollar durante el tiempo).

Ejemplos

• Los primeros TE fueron descubiertos en el maíz (Zea Mays) por Barbara McClintock en 1948, por lo que fue posteriormente galardonada con un Premio Nobel. Observó inserciones cromosómicas, eliminaciones y translocaciones causadas por estos elementos. Estos cambios en el genoma podrían, por ejemplo, provocar un cambio en el color de los núcleos de maíz. Alrededor del 64% del genoma de maíz consiste en TEs. El sistema Ac/Ds descrito por McClintock son TEs Clase II. La transposición de Ac en tabaco ha sido demostrada por B. Baker.
• En el microorganismo del estanque, Oxytricha, TEs juega un papel tan crítico que cuando se elimina, el organismo no se desarrolla.
• Una familia de TEs en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster se llaman P elements. Parecen haber aparecido por primera vez en la especie sólo a mediados del siglo XX; dentro de los últimos 50 años, se extendieron a través de cada población de la especie. Gerald M. Rubin y Allan C. Spradling tecnología pionera para utilizar elementos P artificiales para insertar genes en Drosophila inyectando el embrión.
• En las bacterias, los TE suelen llevar un gen adicional para funciones distintas de la transposición, a menudo para la resistencia a los antibióticos. En las bacterias, los transposones pueden saltar de ADN cromosómico a ADN y espalda plasmidos, permitiendo la transferencia y la adición permanente de genes tales como la resistencia a los antibióticos de codificación (las cepas bacterianas resistentes al multiantibiótico pueden generarse de esta manera). Los transposones bacterianos de este tipo pertenecen a la familia Tn. Cuando los elementos transponibles carecen de genes adicionales, son conocidos como secuencias de inserción.
• En humanos, el TE más común es la secuencia Alu. Es aproximadamente 300 bases de largo y se puede encontrar entre 300.000 y un millón de veces en el genoma humano. Alu solo se calcula que representa el 15–17% del genoma humano.
• Los elementos similares a los marinos son otra clase prominente de transposones encontrados en múltiples especies, incluyendo humanos. El transposón Mariner fue descubierto por primera vez por Jacobson y Hartl en Drosophila. Este elemento transponible Clase II es conocido por su capacidad inconsciente de ser transmitido horizontalmente en muchas especies. Se estima que hay 14.000 ejemplares de Mariner en el genoma humano compuesto por 2,6 millones de pares base. Los primeros transposones de cemento marino fuera de los animales fueron encontrados en Trichomonas vaginalis.
• La transposición de la emisión es el ejemplo más conocido de la transposición replicativa.
• En los genomas de la levaduraSaccharomyces cerevisiae) hay cinco familias diferentes de retrotransposon: Ty1, Ty2, Ty3, Ty4 y Ty5.
• Un helitron es un TE encontrado en eucariotas que se piensa replicar por un mecanismo de círculo rodante.
• En los embriones humanos, dos tipos de transposones combinados para formar ARN no codificador que cataliza el desarrollo de células madre. Durante las primeras etapas del crecimiento del feto, la masa celular interior del embrión se expande a medida que se enumeran estas células madre. El aumento de este tipo de células es crucial, ya que las células madre cambian de forma y dan lugar a todas las células del cuerpo.
• En polillas pimientas, un transposón en un gen llamado cortex causó que las alas de las polillas se volvieran completamente negras. Este cambio de coloración ayudó a las polillas a mezclarse con áreas cubiertas de ceniza y hollín durante la Revolución Industrial.
• Aedes aegypti lleva un gran y diverso número de TEs. Este análisis de Matthews et al. 2018 también sugiere que esto es común a todos los mosquitos.

Efectos negativos

Los transposones han coexistido con los eucariotas durante miles de años y, a través de su coexistencia, se han integrado en muchos organismos' genomas Conocidos coloquialmente como "genes saltadores", los transposones pueden moverse dentro y entre los genomas, lo que permite esta integración.

Si bien hay muchos efectos positivos de los transposones en sus genomas eucariotas anfitriones, hay algunos casos de efectos mutagénicos que tienen los TE en los genomas que conducen a enfermedades y alteraciones genéticas malignas.

Mecanismos de mutagénesis

Los TE son mutágenos y debido a la contribución a la formación de nuevos elementos de ADN reguladores en cis que están conectados a muchos factores de transcripción que se encuentran en las células vivas; Los TE pueden sufrir muchas mutaciones y alteraciones evolutivas. Estas son a menudo las causas de la enfermedad genética y dan los efectos letales potenciales de la expresión ectópica.

Los TE pueden dañar el genoma de su célula huésped de diferentes maneras:

• Un transposón o un retrotransposón que se inserta en un gen funcional puede desactivar ese gen.
• Después de un transposón de ADN deja un gen, la brecha resultante puede no ser reparada correctamente.
• Múltiples copias de la misma secuencia, como secuencias de Alu, pueden dificultar el emparejamiento cromosómico preciso durante la mitosis y la meiosis, dando lugar a cruces desiguales, una de las principales razones para la duplicación del cromosoma.

Los TE utilizan varios mecanismos diferentes para causar inestabilidad genética y enfermedades en los genomas de sus huéspedes.

• Expresión de proteínas dañinas que causan enfermedades que inhiben la función celular normal.
  • Muchos TEs contienen promotores que conducen la transcripción de su propio transposasa. Estos promotores pueden causar expresión aberrante de genes vinculados, causando enfermedades o fenotipos mutantes.

Enfermedades

Las enfermedades a menudo causadas por TE incluyen

• Hemophilia A y B
  • LINE1 (L1) TEs que aterrizan en el Factor humano VIII han demostrado causar hemofilia
• Inmunodeficiencia combinada grave
  • La inserción de L1 en el gen APC provoca cáncer de colon, confirmando que los TE desempeñan un papel importante en el desarrollo de enfermedades.
• Porfiria
  • Inserción de El elemento Alu en el gen PBGD conduce a la interferencia en la región de codificación y conduce a la porfiria intermitente aguda (AIP).
• Predisposición al cáncer
  • LINE1(L1) Los retrotransposones de TE y otros se han relacionado con el cáncer porque causan inestabilidad genómica.
• Distrofia muscular de Duchenne.
  • Causado por la inserción de elementos transponibles SVA en el gen fukutin (FKTN) que hace que el gen inactivo.
• Enfermedad de Alzheimer y otras Tauopatías
  • La disregulación de elementos transponibles puede causar muerte neuronal, lo que conduce a trastornos neurodegenerativos

Velocidad de transposición, inducción y defensa

Un estudio estimó la tasa de transposición de un retrotransposón particular, el elemento Ty1 en Saccharomyces cerevisiae. Usando varias suposiciones, la tasa de evento de transposición exitosa por elemento único Ty1 resultó ser de una vez cada pocos meses a una vez cada pocos años. Algunos TE contienen promotores similares al choque térmico y su tasa de transposición aumenta si la célula se somete a estrés, lo que aumenta la tasa de mutación en estas condiciones, lo que podría ser beneficioso para la célula.

Las células se defienden de la proliferación de TE de varias formas. Estos incluyen piRNA y siRNA, que silencian los TE después de que se hayan transcrito.

Si los organismos están compuestos principalmente por TE, se podría suponer que la enfermedad causada por TE fuera de lugar es muy común, pero en la mayoría de los casos, los TE se silencian a través de mecanismos epigenéticos como la metilación del ADN, la remodelación de la cromatina y el piRNA, de modo que los efectos fenotípicos son escasos o nulos. ni se producen movimientos de TE como en algunos TE de plantas de tipo salvaje. Se ha encontrado que ciertas plantas mutadas tienen defectos en las enzimas relacionadas con la metilación (metil transferasa) que provocan la transcripción de los TE, lo que afecta el fenotipo.

Una hipótesis sugiere que solo aproximadamente 100 secuencias relacionadas con LINE1 están activas, a pesar de que sus secuencias constituyen el 17 % del genoma humano. En las células humanas, el silenciamiento de las secuencias de LINE1 se desencadena por un mecanismo de interferencia de ARN (ARNi). Sorprendentemente, las secuencias de ARNi se derivan de la región no traducida (UTR) 5 'de LINE1, una terminal larga que se repite. Supuestamente, el 5' LINE1 UTR que codifica el promotor sentido para la transcripción de LINE1 también codifica el promotor antisentido del miRNA que se convierte en el sustrato para la producción de siRNA. La inhibición del mecanismo de silenciamiento de ARNi en esta región mostró un aumento en la transcripción de LINE1.

Evolución

Los TE se encuentran en casi todas las formas de vida, y la comunidad científica todavía está explorando su evolución y su efecto en la evolución del genoma. No está claro si los TE se originaron en el último ancestro común universal, surgieron de forma independiente varias veces o si surgieron una vez y luego se extendieron a otros reinos mediante la transferencia horizontal de genes. Si bien algunos TE confieren beneficios a sus anfitriones, la mayoría se consideran parásitos de ADN egoístas. De esta manera, son similares a los virus. Varios virus y TE también comparten características en sus estructuras genómicas y habilidades bioquímicas, lo que lleva a especular que comparten un ancestro común.

Debido a que la actividad TE excesiva puede dañar los exones, muchos organismos han adquirido mecanismos para inhibir su actividad. Las bacterias pueden sufrir altas tasas de eliminación de genes como parte de un mecanismo para eliminar TE y virus de sus genomas, mientras que los organismos eucariotas suelen utilizar la interferencia de ARN para inhibir la actividad de TE. Sin embargo, algunos ET generan grandes familias a menudo asociadas con eventos de especiación. La evolución a menudo desactiva los transposones de ADN, dejándolos como intrones (secuencias de genes inactivos). En las células de animales vertebrados, casi todos los más de 100 000 transposones de ADN por genoma tienen genes que codifican polipéptidos transposasa inactivos. El primer transposón sintético diseñado para su uso en células de vertebrados (incluidas las humanas), el sistema de transposones de la Bella Durmiente, es un transposón similar a Tc1/marinero. Sus versiones muertas ('fósiles') están ampliamente distribuidas en el genoma de los salmónidos y se diseñó una versión funcional comparando esas versiones. Los transposones similares a Tc1 humanos se dividen en las subfamilias Hsmar1 y Hsmar2. Aunque ambos tipos están inactivos, una copia de Hsmar1 que se encuentra en el gen SETMAR está bajo selección, ya que proporciona unión al ADN para la proteína modificadora de histonas. Muchos otros genes humanos se derivan de manera similar de los transposones. Hsmar2 se ha reconstruido varias veces a partir de las secuencias de fósiles.

Sin embargo, grandes cantidades de TE dentro de los genomas aún pueden presentar ventajas evolutivas. Las repeticiones intercaladas dentro de los genomas se crean mediante eventos de transposición que se acumulan a lo largo del tiempo evolutivo. Debido a que las repeticiones intercaladas bloquean la conversión de genes, protegen las nuevas secuencias de genes para que no sean sobrescritas por secuencias de genes similares y, por lo tanto, facilitan el desarrollo de nuevos genes. Los TE también pueden haber sido cooptados por el sistema inmunitario de los vertebrados como un medio para producir diversidad de anticuerpos. El sistema de recombinación V(D)J funciona mediante un mecanismo similar al de algunos TE. Los TE también sirven para generar secuencias repetitivas que pueden formar dsRNA para actuar como sustrato para la acción de ADAR en la edición de RNA.

Los TE pueden contener muchos tipos de genes, incluidos los que confieren resistencia a los antibióticos y la capacidad de transponerse a plásmidos conjugativos. Algunos TE también contienen integrones, elementos genéticos que pueden capturar y expresar genes de otras fuentes. Estos contienen integrasa, que puede integrar casetes de genes. Hay más de 40 genes de resistencia a antibióticos identificados en casetes, así como genes de virulencia.

Los transposones no siempre escinden sus elementos con precisión, a veces eliminan los pares de bases adyacentes; este fenómeno se denomina barajado de exones. Mezclar dos exones no relacionados puede crear un nuevo producto genético o, más probablemente, un intrón.

Algunos TE de ADN no autónomos que se encuentran en las plantas pueden capturar el ADN codificante de los genes y mezclarlos en el genoma. Este proceso puede duplicar genes en el genoma (un fenómeno llamado transduplicación) y puede contribuir a generar nuevos genes mediante el barajado de exones.

Impulso evolutivo de TE en el contexto genómico

Existe una hipótesis que establece que los TE podrían proporcionar una fuente lista de ADN que la célula podría cooptar para ayudar a regular la expresión génica. La investigación mostró que muchos modos diversos de coevolución de TE, junto con algunos factores de transcripción dirigidos a elementos genómicos asociados a TE y cromatina, están evolucionando a partir de secuencias de TE. La mayoría de las veces, estos modos particulares no siguen el modelo simple de los TE y la regulación de la expresión génica del huésped.

Aplicaciones

Los elementos transponibles se pueden aprovechar en laboratorios y entornos de investigación para estudiar genomas de organismos e incluso diseñar secuencias genéticas. El uso de elementos transponibles se puede dividir en dos categorías: para ingeniería genética y como herramienta genética.

Ingeniería genética

• La mutagenesis insercional utiliza las características de un TE para insertar una secuencia. En la mayoría de los casos, esto se utiliza para eliminar una secuencia de ADN o causar una mutación insignia.
  • En algunos casos, la inserción de un TE en un gen puede alterar la función de ese gen de una manera reversible cuando la escisión transposa mediada del transposón de ADN restaura la función del gen.
  • Esto produce plantas en las que las células vecinas tienen diferentes genotipos.
  • Esta característica permite a los investigadores distinguir entre genes que deben estar presentes dentro de una célula para funcionar (celular-autónoma) y genes que producen efectos observables en células distintas de aquellas donde se expresa el gen.

Herramienta genética

Además de las cualidades mencionadas para la ingeniería genética, una herramienta genética también:-

• Se utiliza para el análisis de la expresión génica y el funcionamiento de proteínas en la mutagénesis de la firma.
  • Esta herramienta analítica permite a los investigadores determinar la expresión fenotípica de secuencias de genes. Además, esta técnica analítica muta el lacus de interés deseado para que se puedan comparar los fenotipos del gen original y mutado.

Aplicaciones específicas

• Los TE también son una herramienta ampliamente utilizada para la mutagénesis de los organismos más experimentalmente tractables. El sistema de transposon de belleza durmiente se ha utilizado extensamente como una etiqueta insercional para identificar genes de cáncer.
• El sistema Tc1/mariner-class of TEs Sleeping Beauty transposon system, galardonada con Molecule of the Year en 2009, está activo en células mamíferas y está siendo investigado para su uso en la terapia genética humana.
• Los TE se utilizan para la reconstrucción de las filogenias mediante análisis de presencia/ausencia. Los transposones pueden actuar como mutagen biológico en las bacterias.
• Los organismos comunes que el uso de Transposones ha sido bien desarrollado son:
  • Drosophila
  • Arabidopsis thaliana
  • Escherichia coli

Identificación repetida de novo

De novo La identificación de repeticiones es un escaneo inicial de datos de secuencia que busca encontrar las regiones repetitivas del genoma y clasificar estas repeticiones. Existen muchos programas informáticos para realizar la identificación repetida de novo, y todos funcionan bajo los mismos principios generales. Dado que las repeticiones en tándem cortas suelen tener una longitud de 1 a 6 pares de bases y, a menudo, son consecutivas, su identificación es relativamente simple. Los elementos repetitivos dispersos, por otro lado, son más difíciles de identificar, debido a que son más largos y a menudo han adquirido mutaciones. Sin embargo, es importante identificar estas repeticiones, ya que a menudo se encuentran elementos transponibles (TE).

De novo La identificación de transposones implica tres pasos: 1) encontrar todas las repeticiones dentro del genoma, 2) crear un consenso de cada familia de secuencias y 3) clasificar estas repeticiones. Hay tres grupos de algoritmos para el primer paso. Un grupo se denomina enfoque k-mer, donde un k-mer es una secuencia de longitud k. En este enfoque, el genoma se escanea en busca de k-mers sobrerrepresentados; es decir, k-meros que ocurren con más frecuencia de lo que probablemente se basa solo en la probabilidad. La longitud k está determinada por el tipo de transposón que se busca. El enfoque k-mer también permite desajustes, cuyo número lo determina el analista. Algunos programas de enfoque de k-mer utilizan el k-mer como base y extienden ambos extremos de cada k-mer repetido hasta que ya no hay similitud entre ellos, lo que indica los extremos de las repeticiones. Otro grupo de algoritmos emplea un método llamado autocomparación de secuencias. Los programas de autocomparación de secuencias utilizan bases de datos como AB-BLAST para realizar una alineación inicial de secuencias. Como estos programas encuentran grupos de elementos que se superponen parcialmente, son útiles para encontrar transposones muy divergentes o transposones con solo una pequeña región copiada en otras partes del genoma. Otro grupo de algoritmos sigue el enfoque de periodicidad. Estos algoritmos realizan una transformación de Fourier en los datos de secuencia, identificando periodicidades, regiones que se repiten periódicamente y pueden usar picos en el espectro resultante para encontrar elementos repetitivos candidatos. Este método funciona mejor para repeticiones en tándem, pero también se puede usar para repeticiones dispersas. Sin embargo, es un proceso lento, lo que lo convierte en una opción poco probable para el análisis a escala del genoma.

El segundo paso de la identificación repetida de novo consiste en crear un consenso de cada familia de secuencias. Una secuencia de consenso es una secuencia que se crea en base a las repeticiones que componen una familia TE. Un par de bases en un consenso es el que aparece con mayor frecuencia en las secuencias que se comparan para formar el consenso. Por ejemplo, en una familia de 50 repeticiones donde 42 tienen un par de bases T en la misma posición, la secuencia de consenso también tendría una T en esta posición, ya que el par de bases es representativo de la familia en su totalidad en esa posición en particular., y es muy probable que sea el par de bases que se encuentra en el antepasado de la familia en esa posición. Una vez que se ha realizado una secuencia de consenso para cada familia, es posible pasar a un análisis posterior, como la clasificación de TE y el enmascaramiento del genoma para cuantificar el contenido general de TE del genoma.

TE adaptables

Los elementos transponibles han sido reconocidos como buenos candidatos para estimular la adaptación de genes, a través de su capacidad para regular los niveles de expresión de genes cercanos. En combinación con su 'movilidad', los elementos transponibles se pueden reubicar junto a sus genes objetivo y controlar los niveles de expresión del gen, según las circunstancias.

El estudio realizado en 2008, "Alta tasa de adaptación inducida por elementos transponibles recientes en Drosophila melanogaster", utilizó D. melanogaster que había migrado recientemente de África a otras partes del mundo, como base para estudiar las adaptaciones causadas por elementos transponibles. Aunque la mayoría de los TE estaban ubicados en intrones, el experimento mostró una diferencia significativa en las expresiones génicas entre la población de África y otras partes del mundo. Los cuatro TE que causaron el barrido selectivo fueron más frecuentes en D. melanogaster de climas templados, lo que llevó a los investigadores a concluir que las presiones selectivas del clima impulsaron la adaptación genética. A partir de este experimento, se ha confirmado que los TE adaptativos prevalecen en la naturaleza, al permitir que los organismos adapten la expresión génica como resultado de nuevas presiones selectivas.

Sin embargo, no todos los efectos de los TE adaptativos son beneficiosos para la población. En la investigación realizada en 2009, "A Recent Adaptive Transposable Element Insertion Near Highly Conservated Developmental Loci in Drosophila melanogaster", un TE, insertado entre Jheh 2 y Jheh 3, reveló una disminución en el nivel de expresión de ambos los genes La regulación a la baja de tales genes ha causado que Drosophila exhiba un tiempo de desarrollo prolongado y una viabilidad reducida de huevo a adulto. Aunque esta adaptación se observó con alta frecuencia en todas las poblaciones no africanas, no fue fija en ninguna de ellas. Esto no es difícil de creer, ya que es lógico que una población favorezca una mayor viabilidad de huevo a adulto, por lo tanto, tratando de purgar el rasgo causado por esta adaptación específica de TE.

Al mismo tiempo, ha habido varios informes que muestran la adaptación ventajosa causada por los TE. En la investigación realizada con gusanos de seda, "Inserción de un elemento transponible adaptativo en la región reguladora del gen EO en el gusano de seda domesticado", se observó una inserción TE en la región reguladora cis del gen EO, que regula hormona de muda 20E, y se registró una expresión mejorada. Si bien las poblaciones sin el inserto TE a menudo no pueden regular de manera efectiva la hormona 20E en condiciones de inanición, aquellas con el inserto tuvieron un desarrollo más estable, lo que resultó en una mayor uniformidad en el desarrollo.

Estos tres experimentos demostraron diferentes formas en las que las inserciones de TE pueden ser ventajosas o desventajosas, mediante la regulación del nivel de expresión de genes adyacentes. El campo de la investigación de TE adaptativo aún está en desarrollo y se pueden esperar más hallazgos en el futuro.

TE participa en redes de control de genes

Estudios recientes han confirmado que los TE pueden contribuir a la generación de factores de transcripción. Sin embargo, cómo este proceso de contribución puede tener un impacto en la participación de las redes de control del genoma. Los TE son más comunes en muchas regiones del ADN y constituyen el 45% del ADN humano total. Además, los TE contribuyeron al 16% de los sitios de unión del factor de transcripción. También se encuentra un mayor número de motivos en el ADN no derivado de TE, y el número es mayor que en el ADN derivado de TE. Todos estos factores se correlacionan con la participación directa de los TE en muchas formas de redes de control de genes.