Результаты изданы онлайн в раннем выпуске Слушаний Национальной академии наук.Этот основной набор генов – «самый маленький общий знаменатель, что микробам придется стать функциональными», сказал Бернхард Палсзон, профессор Галетти Биоинженерии в Сан-Диего UC и соответствующего автора на бумаге. «Если клетка испытывает недостаток в каком-либо из генов от этого набора, клетка не может ни функционировать, ни выжить».
По словам исследователей, эти результаты могли открыть новые пути для приложений разработки клетки. Полагайте, например, что генная инженерия микробов делает химикаты с добавленной стоимостью. Этот процесс разработки, как правило, делается, внося изменения в организацию генетического материала клетки, которая может закончить тем, что играла с основными генами и функциями клетки, приведя к «больной» клетке.Вместо того, чтобы рисковать ставить под угрозу основные гены и функции клетки, новый технический подход мог включить строительство клетки, начинающейся с основного набора и прибавляющей дополнительные желаемые функции, как химическое производство.
Работа PNAS представляет минимальные основные компоненты, которые абсолютно необходимы, чтобы включать в проекты спроектированной клетки.«Определяя жизненный набор генов и функций, которые должны всегда присутствовать в клетке, чтобы выдержать жизнь, мы можем начать понимать новые способы спроектировать клетку, чтобы оптимизировать производство желаемого продукта, не жертвуя здоровьем клетки», сказал Лоуренс Янг, постдокторский исследователь в Systems Biology Research Group Пэлссона в Сан-Диего UC и co-first авторе статьи.Работа, во главе с исследовательской группой Пэлссона в Сан-Диего UC Школа Джейкобса Разработки, является совместным усилием с числовыми и статистическими экспертами из Стэнфордского университета.
Определение основного набора генов и функций для клеточной жизниВ этом исследовании исследователи определили основной набор генов и функций как «paleome», обратившись к предковым генам и белкам, которые являются в основе поддержки жизни для микробных клеток.«Другие подходы попытались определить paleome, сравнив последовательности генома и найдя генный портфель, который, казалось, был подобен во всех этих последовательностях. Это просто определяет минимальный геном.
Наше определение paleome проявляет более комплексный подход. Это – основанное на системной биологии определение, которое принимает во внимание не только минимальный набор генов, но также и минимальный набор функций, реакций и обрабатывает, должен был построить клетку», сказал Пэлссон.Подход команды, чтобы определить paleome основан на масштабе генома вычислительная модель для клеточного роста в E. coli.
Исследователи разработали эту модель, чтобы составлять все метаболические процессы и процессы экспрессии гена в клетке. Используя эту модель, исследователи моделировали рост хорошо изученного напряжения E. coli через 333 различных условия роста. В каждом моделируемом условии роста был различен главный питательный источник питательной среды (углерод, азот, фосфор или источник серы). Команда наблюдала, какой набор генов последовательно выражался всюду по всей различной окружающей среде роста и использовал этот набор, чтобы построить paleome.
Всего, команда определила 356 генов, которые были выражены во всех этих моделированиях.«Наше paleome определение представительное для основной функции не только в хорошо изученном напряжении E. coli, но также и в другом напряжении E. coli и трех других микроорганизмов.
Мы надеемся использовать этот paleome в качестве стартового пакета, чтобы быстро построить новое поколение масштаба генома клеточные модели роста для других организмов», сказал Янг.«Большие данные к знанию»«Это исследование – пример того, что назвало ‘Большие данные к Знанию’ исследованием», добавил Пэлссон.
«Мы демонстрируем, что можем взять большие наборы данных, объединить их вместе и проанализировать их, чтобы произвести знание. В этом случае мы использовали большие суммы экспериментальных данных и объединили их в форме вычислительной модели, чтобы прибыть в наше определение системной биологии paleome».