Connect with us

Znanost

Klasifikacijski sustav staničnih signala istraživačima je nova alatka

Mikrobiologija

Klasifikacijski sustav staničnih signala istraživačima je nova alatka

Korištenjem uvijek rastućih podataka o genomu, znanstvenici s Department of Energy`s (DOE) Oak Ridge National Laboratory te s University of Tennessee prate evoluciju bakterijskog regulatornog sustava koji kontrolira staničnu pokretljivost, koja potencijalno daje istraživačima metodu za predviđanje važne stanične funkcije koja će utjecati i na medicinska i na biotehnološka istraživanja.

Novo istraživanje ujedinjenih Instituta za računalne znanosti, istraživački pothvat između ORNL i UT, pokazao je kako se znanje o biološkim sustavima može procijeniti računalnim ispitivanjem genomskih sekvenci. Rezultati imaju implikacije za područja od medicine do bioenergije. “Mi sada imamo stotine milijuna sekvenci DNA od svih vrsta organizama pohranjenih u bazi podataka. Međutim, naše sposobnosti da prevedemo nedorađene genomske podatke u korisno znanje još uvijek su vrlo ograničene”, kazao je Igor Zhulin, profesor s ujedinjenih fakulteta i glavni istraživač.

“Primijenili smo svoje računalne vještine kako bi skupili više informacija o biološkom sustavu koji je fascinirao znanstvenike već više od stoljeća. To je molekularno signalizacijski transdukcijski sustav koji omogućuje bakterijama da upravljaju u okruženju na sličan način kao i viši organizmi, uključujući i ljude, i to čine detektirajući signale (npr., vizualne ili kemijske znakove), a zatim krećući se prema povoljnom okruženju i daleko od onog opasnog.” Općenito, signalizacijski transdukcijski sustav u bakterija je vrlo jednostavan i sastoji se od samo jednog ili dva proteina koji reguliraju ekspresiju različitih gena kao odgovor na promjene u okolišu. Navigacijski sustav, međutim, znatno je složeniji i u nekih bakterija može uključivati na desetke različitih proteina.

Kako se takva kompleksnost pojavila bilo je nepoznato sve do ovog istraživanja, koje je otkrilo intermedijsko signalizacijski sustav u bakterija koji sadrži elemente i jednostavnog sustava koji regulira ekspresiju gena i složenog navigacijskog sustava. To daje argument za postupnu evoluciju navigacijskog sustava iz dobro poznatih nam transkripcijskih regulatora koji imaju mnogo jednostavniju strukturu, rekao je Zhulin.

Budući da su navigacijski sustav bakterija znanstvenici proučavali primjenom najnovijih napredaka u genetici, biokemiji, biofizici, strukturnoj biologiji i drugim tradicionalnim biološkim disciplinama, sustav je postao jedan od najbolje shvaćenih molekularnih sustava u prirodi. “Uzeli smo prednosti toga znanja”, rekao je Kristin Wuichet, postdoktorski znanstvenik, koji je napravio računski posao. “Bez njega ne bi mogli inteligentno izvući podatke iz genoma.” Wuichet je pročešljao kroz kroz trilijune slova DNA kodova kako bi ekstrahirao sekvence koje kodiraju svaku komponentu ovog navigacijskog sustava. Zatim su Wuichet i Zhulin dizajnirani računalni pristup kako bi klasificirali te sekvence primjenom raznih bioinformatičkih alatki na logičan, korak-po-korak način.

“Koristeći se različitim računskim metodama, ovo istraživanje je otkrilo izuzetne detalje kako se jednostavan dvokomponentni signalni put može razviti u složeni sustav kao što je onaj koji regulira bakterijsku kemotaksiju”, rekao je James Anderson u National Institutes of Health (NIH), koji nadgleda regulatornu mrežu gena na NIH`s National Institute of General Medical Sciences, koje je sponzoriralo ovaj rad. “Taj računalni pristup bit će od velike vrijednosti u otkrivanju unutrašnjeg djelovanja korisnih i patogenih mikroorganizama koji se ne mogu proučavati korištenjem tradicionalnih laboratorijskih metoda.”

Studija je otkrila više od desetak verzija ovog navigacijskog sustava i stotine bakterijskih vrsta koje idu uz njih. “Kad bi koristili metaforu, mogli bi usporediti ovaj sustav sa vrstama automobila”, objasnio je Zhulin. “Zamislite, ako bi samo vidjeli dvije vrste vozila u vašem životu, na primjer mali sedan sa dvoja vrata i SUV srednje veličine. Usporedbom dva auta, mogli biste pretpostaviti da možda postoje negdje i druge vrste automobila, ali ne bi znali točno koji. Prije naših istraživanja, znali smo točne podatke od samo dvije vrste navigacijskih sustava iz dva modela organizama. Jednostavno rečeno, naš rad otkriva da postoje svakakve vrste stvari na cestama – luksuzni sedani, kombiji, beskrovna vozila, dostavna vozila, a mi znamo koja je greška u kojem vozilu.”

Zhulin je rekao da će nalazi “omogućiti predviđanje kako individualne bakterije koriste svoje `vozilo` kako bi dospjele gdje žele biti, što je vrlo važno kako bi se mogli boriti protiv patogenih organizama koji usmjeravaju svoja kretanja prema slabim točkama našeg tijela.” U isto vrijeme, ORNL istraživači koriste otkrića za napredna bioenergetska istraživanja.

“Ti isti problemi mikrobne `navigacije`, ili tzv. kemotaksije, važni su za mikrobiološku obradu biogoriva”, rekao je Paul Gilna, direktor ORNL predvodnik DOE BioEnergy Science Center (BESC), DOE Bioenergy Research Center sponzoriranog od Department`s Office of Science. “Zbog toga smo bili zadovoljni što možemo susponzorirati ovo istraživanje s National Institutes of Health i utjecati na resurse NIH kako bi naučili više o ovom procesu.” BESC je u potrazi za novim načinima koji su isplativiji, koristeći mikrobe, kako bi pretvorili celulozu u biogorivo, “zelenu” alternativu za naftu i ugljen.

“Celulaze iz mikrobnih izvora ključni su enzimi u ovom procesu i dolaze u različitim oblicima i strukturama koje je teško dešifrirati samo preko DNA sekvence”, rekao je Gilna. “Ova studija nam daje snažan računalni pristup kojeg sada možemo koristiti kako bi otkrili nove vrste enzima celuloze, te nam tako pružiti dublje uvide u kompleksne regulatorne puteve koji kontroliraju njihovu aktivnost.”

“Ovo istraživanje moglo bi značajno pomoći u našem cilju proizvodnje mikroba koji su sposobni obavljati sve korake u proizvodnji goriva iz biljnih sirovina”, dodao je Gilna. “U tom pristupu, kojeg smo nazvali Consolidated BioProcessing, ili CBP, mi radimo na razvoju mikroba koji mogu i dekonstruirati biljnu celulozu na komponente kao i obradu otpuštenog šećera u biogorivo. Bolje razumijevanje kako takvi mikrobi mogu locirati svoje supstrate u velikom biofermentu uvelike će nam omogućiti da ostvarimo učinkovitost takvog procesa, što bi nas moglo dovesti do potpunog poboljšanja u troškovima proizvodnje biogoriva na nacionalnoj razini.”

Izvor: DOE/Oak Ridge National Laboratory

Nastavi čitati
Advertisement
Možda vas zanima...

Life is a sexually transmitted disease and there is a 100% mortality rate.

Ostavi komentar

Ostavi komentar

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Više u Mikrobiologija

Popularno

Pratite nas na Fejsu

Na Vrh