Betydningen af svampe til mennesket

en grund til at sekvensere Svampegenomer

et af de nyeste brusord inden for genomforskning er “funktionel genomik”, som i det væsentlige er studiet af ny genfunktion gennem direkte manipulation af genomet. Den primære grund til at gøre dette er, at kendskab til sekvensen af gær og andre organismer har gjort det klart, at vi ikke kender funktionen af mange af de forudsagte åbne læserammer. Evnen til at manipulere genomet af simple eukaryoter som S. cerevisiae og A. nidulans gør dem attraktive til at begynde undersøgelser, der vil belyse funktionen af disse ukendte gener. Dette vil være meget vanskeligere at opnå med nye gener i det menneskelige genom, undtagen i de sjældne tilfælde, hvor naturen har givet os mutationer. Tilsvarende er funktionel genomik ved hjælp af nuværende genmålretningsmetoder i musen vanskelig og dyr, selvom der udvikles nye teknologier, der i sidste ende kan gøre denne tilgang holdbar. Fordi filamentøse svampe repræsenterer en stor gruppe organismer, hvor mange af de samme værktøjer, der er tilgængelige til at studere spirende gærgener, kan anvendes, vil det være muligt at vurdere nye genfunktioner i disse organismer. Deres forskellige livsstil og kompleksiteten af deres cellulære funktioner bør være et glimrende supplement til det arbejde, der foregår i spirende og fissionsgær.

Hvad gør A. nidulans til et passende valg til et genomsekventeringsprojekt? A. nidulans er blevet brugt i vid udstrækning til at behandle grundlæggende spørgsmål om biologi siden 1950 ‘ erne. Den relativt enkle genetik af denne filamentøse svamp er blevet brugt til at undersøge en række genetiske fænomener, herunder mekanismerne, der regulerer kulstof-og nitrogenmetabolisme, cellecyklus, cytoskeletale funktioner og udvikling (Morris og Enos 1992; Marsuf 1993;Navarro-Bordonaba og Adams 1994; Osmani og Ye 1996). Som sådan har A. nidulans spillet en vigtig rolle som en model eukaryot organisme. Sandsynligvis vigtigere er den rolle, som denne organisme har spillet som et modelsystem til undersøgelse af spørgsmål vedrørende biologi hos andre medlemmer af slægten, der positivt og negativt påvirker mennesket. Medlemmer af slægten Aspergillus bruges som store producenter af citronsyre; amylaser, proteaser og lipaser, for at nævne nogle få, og andre af slægten er patogener af mennesker eller er ansvarlige for ødelæggelse af fødevarer og produktion af toksiske sekundære metabolitter som aflatoksin. Den samlede økonomiske virkning af slægten Aspergillus på bare USA. økonomien anslås til 45 milliarder dollars. Fordi A. nidulanshar spillet en vigtig rolle i vores forståelse af denne store og forskelligartede Slægt og på grund af disse organismers klare økonomiske betydning er det afgørende, at vi får et mere detaljeret billede af dets genom.

tidligere aspekter af Aspergillus nidulans genomprojekt, der er afhængig af klassisk genetik, fastslog, at dets genom består af otte bindingsgrupper eller kromosomer. Disse koblingsgrupper blev defineret ved hjælp af paraseksuelle genetiske metoder og mitotisk rekombination for at demonstrere kobling mellem vidt adskilte gener på kromosomarme (Clutterbuck 1974). Denne etablering af otte koblingsgrupper er blevet bekræftet ved hjælp af pulseret felt gelelektroforese, som løser de otte koblingsgrupper i seks bånd, hvoraf to er dubletter og kan adskilles ved hjælp af translokationsstammer. Disse undersøgelser estimerede genomet til at være 31 megabaser (Brody and Carbon 1989), i god overensstemmelse med estimater af genomets størrelse ved hjælp af reassociationskinetik og kolorimetrisk bestemmelse (Bainbridge 1971; Timberlake 1978). Således er genomet af A. nidulans 2,5 liter 107 til 3,0 liter 107 basepar i størrelse og indeholder få gentagne DNA-sekvenser. Den relativt lille størrelse af A. nidulansgenomet, den begrænsede mængde gentagne DNA og dets betydning som modelorganisme gør det velegnet til sekventering.

på en måde er hele genomet af A. nidulans allerede sekventeret. To cosmid-biblioteker indeholdende 5134 individuelle kloner blev konstrueret for flere år siden og opbevaret som individuelle kloner i mikrotiterplader. Disse biblioteker blev senere sorteret efter hybridisering i kromosomspecifikke undergrupper, der anslås at dække 95% af hvert kromosom (Brody et al. 1991). Kortlægningen af disse biblioteker er blevet gennemført yderligere. Ved hjælp af en hurtig tilfældig omkostningsalgoritmemetode blev de to kosmidbiblioteker brugt til at konstruere et fysisk kort over kromosom IV af A. nidulans. 1994). Dette arbejde er blevet udvidet til at udvikle fysiske kort for alle otte af kromosomerne i A. nidulans genom. Disse kort og de metoder, der bruges til at udlede dem, findes på sitehttp://fungus.genetics.uga.edu:5080/. brug af disse metoder til at opbygge fysiske kort for hver af kromosomerne giver grundlaget for, at storskala DNA-sekventering af A. nidulans-genomet kunne begynde. Det er dog også vigtigt at påpege, at disse kort også har resulteret i en vis bekymring fra medlemmer af theA. nidulans samfund, fordi der er flere tilfælde, hvor de ikke er colinear med det genetiske kort. Manglen på colinearitet kan afspejle den dårlige kvalitet af det genetiske kort, som er baseret på at tildele rækkefølgen af gener fra trepunktskryds. Alternativt kan disse ordrer være forkerte, fordi de anvendte genetiske markører var for langt fra hinanden, hvilket forhindrede korrekt bestilling. Det er klart, at dette er et problem, der vil blive løst i tide, når den komplette sekvens af genomet er kendt.

så hvorfor sekventerer vi ikke genomet af A. nidulans eller andre filamentøse svampe? Den nuværende sekventeringsindsats er rettet mod mikrobielle organismer, der er af medicinsk betydning, såsom sygdomsfremkaldende bakterier. Det antages, at belysning af deres genomsekvens har potentialet til at give øjeblikkelig indsigt i nye terapeutiske strategier. Dette er noget uheldigt, fordi vi ignorerer hele grupper af organismer, mens vi forsøger at afgøre, om hele genomsekventering vil være nyttig. Når disse projekter fortsætter, vi er nødt til at overveje andre rationaler for genomsekventering, herunder vigtigheden af at være i stand til at analysere genfunktion efter identifikation af åbne læserammer ved sekvensanalyse. Det er netop her, hvor gærgenomindsatsen nu står. Forskere står over for at bestemme nye genfunktioner, og det samme vil være tilfældet for enhver organisme, som vi bestemmer den komplette sekvens for. Nogle af disse gener vil være specifikke for gær, andre vil have roller i hele svampene, og stadig andre vil fungere i alle eukaryoter. For at lære hvilken klasse hvert gen falder ind i, vil det være vigtigt at opnå sekvenser fra mange organismer. Det vil være meget uheldigt, hvis livsforskere ikke tager en aktiv rolle i valget af de organismer, hvis genomer skal sekventeres. Den omhyggelige udvælgelse af organismer vil sandsynligvis give os større indsigt i processerne for speciering og genomudvikling. I tilfælde af svampe, som formodes at have divergeret for omkring en milliard år siden, er disse spørgsmål særligt relevante.

vi som forskere skal være bekymrede over et andet problem, som genomstudier vil rejse. Dette problem er, at det ikke er muligt at udlede genfunktion fra en sammenligning af gensekvenser. Overvej det generelle problem med store familier. Den kemiske reaktion, der katalyseres af familien, kan være den samme, men deres underlag kan være meget forskellige. På grund af dette kan direkte sekvenssammenligning kun give en vejledning til et genprodukts funktion, men ikke de substrater, det virker på. I dette eksempel kan vi således sige, at et genprodukt deler et katalytisk sted med andres i familien, men vi kan ikke sige, hvilken biokemisk vej det fungerer i. Når vi begynder at undersøge funktionen af nye genprodukter, skal vi huske på, at selv om to gener koder for lignende proteiner, kan de fungere forskelligt, eller som i tilfælde af f.eks. Dette giver en anden grund til at studere genfunktion i mere end et lille antal systemer. Endelig kan et gen afsløre sin cellulære funktion lettere i et system end i et andet, fordi systemets biologi har et specielt krav til funktionen.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.