Bioengineers identificar los genes y las funciones clave para el sostenimiento de lifeUniversity microbiana de California – San Diego

Un nuevo estudio dirigido por bioingenieros de la Universidad de California, San Diego define el conjunto básico de los genes y las funciones que una célula bacteriana necesita para mantener la vida. La investigación, que responde a la pregunta fundamental de lo mínimo conjunto de funciones de las células bacterianas requieren para sobrevivir, podría conducir a nuevos enfoques de ingeniería celular Fore. coliand otros microorganismos, según los investigadores.

Los resultados se publican en línea en los primeros ofProceedings edición de la Academia Nacional de Sciencesthe semana del 10 de agosto de 2015.

Este conjunto básico de los genes es “el mínimo común denominador que los microbios necesitan tener para convertirse en funcionales”, dijo Bernhard Palsson, el profesor Galetti de Bioingeniería de la Universidad de California San Diego y autor en el papel. “Si la célula carece de cualquiera de los genes de este conjunto, la célula no puede ni la función ni sobrevivir.”

Según los investigadores, estos hallazgos podrían abrir nuevas vías para aplicaciones de ingeniería celular. Consideremos, por ejemplo, la ingeniería genética de microbios para hacer productos químicos de valor añadido. Este proceso de ingeniería se realiza normalmente mediante cambios en la composición genética de una célula, que puede llegar a jugar con los genes y las funciones básicas de las células, lo que resulta en una celda “enfermo”.

En lugar de arriesgarse a comprometer los genes y las funciones básicas de la célula, un nuevo enfoque de la ingeniería podría implicar la construcción de la celda empezando por el conjunto básico y la adición de las funciones deseadas adicionales, como la producción química. ThePNASpaper presenta los componentes básicos mínimos que son absolutamente necesarias para incluir en los planos de una célula manipulada.

“Al definir el conjunto vital de los genes y las funciones que deben estar siempre presentes en una célula para mantener la vida, podemos empezar a darse cuenta de nuevas formas de diseñar una celda para optimizar la producción de un producto deseado sin sacrificar la salud de la célula”, dijo Laurence Yang, un investigador postdoctoral en la biología de sistemas de Palsson Grupo de Investigación de la Universidad de California San Diego y un co-primer autor del artículo.

El trabajo, dirigido por el grupo de investigación de Palsson en UC San Diego Escuela Jacobs de Ingeniería, es un esfuerzo de colaboración con expertos numéricas y estadísticas de la Universidad de Stanford.

Definir el conjunto básico de los genes y funciones para la vida celular

En este estudio, los investigadores definieron el conjunto básico de los genes y las funciones que el “paleome”, en referencia a los genes ancestrales y las proteínas que se encuentran en el corazón de supervivencia para las células microbianas.

“Otros enfoques han intentado definir el paleome mediante la comparación de secuencias del genoma y la búsqueda de la cartera gen que parecía ser similar en todas estas secuencias. Esto sólo define el genoma mínimo. Nuestra definición de la paleome tiene un enfoque más integral. Se trata de una definición basada en la biología de sistemas, que tenga en cuenta no sólo el conjunto mínimo de genes, sino también el conjunto mínimo de funciones, reacciones y procesos necesarios para construir una célula “, dijo Palsson.

El enfoque del equipo para definir la paleome se basa en un modelo computacional del genoma a gran escala para el crecimiento celular INE. coli. Los investigadores desarrollaron este modelo para dar cuenta de todos los procesos metabólicos y de expresión génica en la célula. Usando este modelo, los investigadores simularon el crecimiento de una cepa de E. bien estudiado. coliacross 333 diferentes condiciones de crecimiento. En cada condición de crecimiento simulado, la fuente de nutrientes principal del medio de crecimiento (carbono, nitrógeno, fósforo, o fuente de azufre) fue variada. El equipo observó que conjunto de genes que se expresó consistentemente a través de todos los diferentes ambientes de crecimiento y se utiliza este sistema para construir el paleome. En total, el equipo identificó 356 genes que se expresan en todas estas simulaciones.

“Nuestra definición paleome es representativa de la función central no sólo en la cepa de E. bien estudiado. Coli, sino también en otra cepa de E.. Coliand otros tres microorganismos. Estamos esperando para utilizar este paleome como un kit de inicio para crear rápidamente una nueva generación de modelos de crecimiento celular a escala del genoma de otros organismos “, dijo Yang.

“Big Data a los conocimientos”

“Este estudio es un ejemplo de lo que se llama un ‘Big Data al Conocimiento” estudio “, agregó Palsson.

“Estamos demostrando que podemos tomar grandes conjuntos de datos, integrarlos y analizarlos en conjunto para generar conocimiento. En este caso, hemos utilizado grandes cantidades de datos experimentales y los ha integrado en la forma de un modelo computacional para llegar a nuestra definición biología de sistemas del paleome “.

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