Es hat mehr als 50 Jahren sammelt sich das derzeitige Wissen über Escherichia coli, ein Bakterium, das eins der besten untersuchten Organismen in der Biologie.
Nun, bioengineers an der University of California San Diego haben dieses Wissen in die erste Genom-Modell der Gen-rechtlichen System in E. coli.
Die Computational Modell hilft bei der Festlegung der Regeln für Zell-Funktion aktiviert und schnell einen exponentiellen Anstieg in das Verständnis der regulatorischen Systems in E. coli. Ihre Arbeit, die sich in der 6. Mai 2004 Ausgabe von Nature, stellt eine neue Art, um systematisch Laufwerk biologischen Entdeckung.
Die Ergebnisse werden veröffentlicht in der 6. Mai-Ausgabe von Nature
"Diese Forschung ist Beleg dafür, wie viel schneller biologischen Entdeckung wird die Fortschritte nun, angesichts der Tatsache, dass wir High-Throughput-experimentellen Werkzeuge für die Erfassung großer Datenmengen, und die Verwendung dieser Werkzeuge können von Computer-Modellen", sagte Bernhard Palsson, Professor für Biotechnik an der UCSD Jacobs School of Engineering. Palsson Co-Autor der Studie mit seinem UCSD Bioengineering Student Markus Covert, der jetzt ein Post-Doc-Forscher am California Institute of Technology.
"Wir haben gezeigt, dass wir Reverse-Engineering ein ordnungspolitische zelluläre System auf das Genom Maßstab, und verwenden Sie dann dieses Modell zu gewinnen systematisch neue Erkenntnisse darüber, wie die Zelle funktioniert", sagte Palsson.
In 2000, Palsson abgeschlossen ein in-silico-(Computer-) Modell von E. coli, dass Stoffwechsel wird nun von Wissenschaftlern in aller Welt zu entwerfen und zu interpretieren Labor-Experimente sowie Ingenieur-Stämme für industrielle Zwecke. In diesem neueren Arbeiten, verdeckte modelliert die regulatorischen Netzwerk in E. coli, die, wie die Zelle reagiert auf Hinweise ökologischer und bekundet beteiligten Gene in der Zell-Stoffwechsel. Er gehobelt der wissenschaftlichen Literatur zu rekonstruieren ein E. coli-Modell mit allen bekannten Daten über regulatorische Netzwerk-Komponenten, ihre Funktionen und ihre Aktionen.
Die UCSD Modell nun auch ein Netzwerk für die 1010 Gene, darunter 104 regulatorischen Gene, deren Produkte zusammen mit anderen Molekülen regulieren die Expression von 479 der 906 Gene bekannt ist, dass sie in den Stoffwechsel.
Das Team führte eine Reihe von Experimenten auf E. coli Antwort auf die Sauerstoff-Entzug. Sie machten Vorhersagen der zellulären Verhalten durch Simulationen mit der In-silico-Modell. Diese Vorhersagen geführte High-Throughput-Daten-Erfassung Experimente mit Gen-Chip-Technologie.
In dem Labor, das Team erstellt Stämme von E. coli, in denen Gene, involviert in der Sauerstoff-Verordnung aufgeführt sind, wurden gestrichen, und dann die Stämme auf Experimente sowohl mit als auch ohne Sauerstoff. Wenn die prognostizierten Ergebnisse nicht mit den experimentellen Ergebnissen, die experimentellen Daten wurde zur Aktualisierung der In-silico-Modell.
Durch diesen Prozess, das Team entdeckt überraschende neue Details darüber, wie E. coli reagiert auf Sauerstoff Deprivation.
"Wir gingen in die Versuche denke, dass Sauerstoff Verordnung ist recht gut verstanden. Aber auf einen Schlag haben wir festgestellt, 115 bislang unbekannte Regulationsmechanismen", sagte Covert. "Zum Beispiel, ein interessantes Ergebnis war, dass in mehreren Fällen, wenn ein Protein umgeschrieben, dass ein Gen aktiv ist, wird die Höhe der Ausdruck, dass Gen ist tatsächlich reduziert werden. Wir haben auch festgestellt neuen regulatorischen Interaktionen für Gene, die niemand zuvor beschrieben, im Grunde Öffnung eine ganz neue Forschungs-Grenze im Hinblick auf die Charakterisierung regulatorische Netzwerke in E. coli. "
Eine weitere Beobachtung durch das Team war, dass E. coli-Regulierungs-Netzwerk ist sehr viel komplexer als zu vermuten wäre für eine solche relativ einfachen Single-Zelle Mikrobe. Und das, Covert sagt, bedeutet, dass die gewonnenen Erkenntnisse durch die E. coli-Modellierung Prozess wird dazu beitragen Wissenschaftler Modell viel weiter fortgeschritten Organismen wie Mäusen und sogar Menschen.
UCSD hat ein Patent auf das Modell und Verhandlungen über einen Lizenzvertrag. Palsson die Gruppe auf UCSD wird auch weiterhin für die Entwicklung der E. coli-Modell, und ist auch zu Beginn Modell der regulatorischen Netzwerk in Hefe, ein Single-Zelle Organismus mehr in engem Zusammenhang mit menschlichen Zellen. Inzwischen Covert am Caltech konzentriert sich auf die Signal-Transduktion Wege in der Maus.
Zusätzlich zu Palsson und Covert, die andere Forscher in der Studie enthalten Eric M. Ritter, Jennifer L. Reed, und Markus J. Herrgard.
Die Finanzierung wurde durch die National Institutes of Health.
Weiterführende Links:
Palsson Systems Biology Research Lab: http://gcrg.ucsd.edu/
Natur: http://www.nature.com
UCSD Jacobs School of Engineering: http://www.jacobsschool.ucsd.edu
Kontakt: Denine Hagen
dhagen@ucsd.edu
858-534-2920
University of California - San Diego