Sienten merkitys ihmiselle

eräs syy sekvensoida genomien genomit

yksi genomitutkimuksen viimeisimmistä muotisanoista on ”funktionaalinen genomiikka”, joka on lähinnä uusien geenien toiminnan tutkimista genomin suoran manipuloinnin kautta. Ensisijainen syy tähän on se, että hiivan ja muiden eliöiden sekvenssin tunteminen on tehnyt selväksi, ettemme tunne monien ennustettujen avoimien lukukehysten toimintaa. Kyky manipuloida yksinkertaisten eukaryoottien kuten S. cerevisiae ja A. nidulanit houkuttelevat aloittamaan tutkimuksia, jotka selventävät näiden tuntemattomien geenien toimintaa. Tämä on paljon vaikeampaa toteuttaa uusilla geeneillä ihmisen genomissa, lukuun ottamatta niitä harvoja tapauksia, joissa luonto on antanut meille mutaatioita. Samoin funktionaalinen genomiikka, jossa käytetään nykyisiä geenien kohdentamismenetelmiä hiiressä, on vaikeaa ja kallista, vaikka kehitteillä on uusia teknologioita, jotka saattavat lopulta tehdä tästä lähestymistavasta kestävän. Koska rihmasienet edustavat laajaa eliöryhmää, johon voidaan soveltaa monia samoja työkaluja orastavien hiivageenien tutkimiseen, on mahdollista arvioida näiden eliöiden uusia geenitoimintoja. Niiden erilaisten elintapojen ja solutoimintojen monimutkaisuuden pitäisi täydentää erinomaisesti orastavien ja fissiohivojen parissa tehtävää työtä.

mikä tekee A. nidulansista sopivan valinnan genomin sekvensointiprojektiin? A. nidulansia on käytetty laajasti biologian peruskysymysten käsittelemiseen 1950-luvulta lähtien. Tämän rihmamaisen sienen suhteellisen yksinkertaista genetiikkaa on käytetty tutkimaan erilaisia geneettisiä ilmiöitä, mukaan lukien hiilen ja typen metaboliaa, solusykliä, sytoskeletaalisia toimintoja ja kehitystä säätelevät mekanismit (Morris and Enos 1992; Marzluf 1993;Navarro-Bordonaba and Adams 1994; Osmani and Ye 1996). Sellaisena A. nidulansilla on ollut tärkeä rooli malliurkaryoottisena organismina. Luultavasti tärkeämpää on rooli, joka tällä organismilla on ollut mallijärjestelmänä muiden suvun jäsenten biologiaa koskevien kysymysten tutkimisessa, jotka vaikuttavat positiivisesti ja negatiivisesti ihmiseen. Aspergillus-suvun jäseniä käytetään laajamittaisina sitruunahapon, teollisten entsyymien tuottajina; amylaasit, proteaasit ja lipaasit, muutamia mainitaksemme, ja muut suvun lajit ovat ihmisen taudinaiheuttajia tai vastuussa elintarvikkeiden pilaantumisesta ja myrkyllisten sekundaarimetaboliittien, kuten aflatoksiinin, tuotannosta. Aspergillus-suvun taloudellinen kokonaisvaikutus vain Yhdysvaltoihin. talouden arvoksi on arvioitu ∼45 miljardia dollaria. Koska A. nidulanshas ollut tärkeä rooli ymmärtämisessä tämän suuren ja monimuotoisen suvun ja koska selkeä taloudellinen merkitys näiden organismien, on välttämätöntä, että saamme yksityiskohtaisemman kuvan sen genomin.

Aspergillus nidulansin genomiprojektin aikaisemmat klassiseen genetiikkaan perustuvat näkökohdat osoittivat, että sen genomi koostuu kahdeksasta linkitysryhmästä tai kromosomista. Nämä yhteysryhmät määriteltiin käyttämällä paraseksuaalisia geneettisiä menetelmiä ja mitoottista rekombinaatiota, jolla osoitettiin kromosomihaarojen laajalti toisistaan erillään olevien geenien välinen yhteys (Clutterbuck 1974). Tämä kahdeksan sidosryhmän muodostaminen on vahvistettu pulssikenttäelektroforeesilla, jossa kahdeksan sidosryhmää ratkaistaan kuudeksi kaistaksi, joista kaksi on kaksinkertaisia ja jotka voidaan erottaa translokaatiokantojen avulla. Nämä tutkimukset arvioivat genomin olevan 31 megabaasia (Brody and Carbon 1989), mikä vastaa hyvin genomin kokoa koskevia arvioita reassosiaatiokinetiikan ja kolorimetrisen määrityksen avulla (Bainbridge 1971; Timberlake 1978). Niinpä A. nidulansin genomi on kooltaan 2,5 × 107-3,0 × 107 emäsparia ja sisältää vain vähän toistuvia DNA-jaksoja. A. nidulansgenomin suhteellisen pieni koko, vähäinen määrä toistuvaa DNA: ta ja sen merkitys malliorganismina tekevät siitä sopivan sekvensoitavaksi.

eräässä mielessä A. nidulansin koko genomi on jo sekvensoitu. Kaksi cosmid-kirjastoa, joissa oli 5134 yksittäistä kloonia, rakennettiin useita vuosia sitten ja tallennettiin yksittäisinä klooneina mikrotiitterilevyille. Nämä kirjastot lajiteltiin myöhemmin risteyttämällä kromosomispesifisiksi osajoukoiksi, joiden arvioidaan kattavan ∼95% jokaisesta kromosomista (Brody et al. 1991). Näiden kirjastojen kartoitus on viety vielä pidemmälle. Käyttämällä nopeaa satunnaiskustannusalgoritmimenetelmää kahta cosmid-kirjastoa käytettiin A. nidulaanien (Wang et al. 1994). Tätä työtä on laajennettu fyysisten karttojen kehittämiseksi kaikille kahdeksalle A. nidulansin genomin kromosomille. Nämä kartat ja niiden johtamismenetelmät löytyvät sivustoltahttp:/ / fungus.genetics.uga.edu:5080/. näiden menetelmien avulla voidaan rakentaa jokaiselle kromosomille fysikaaliset kartat, joiden pohjalta A. nidulansin genomin laajamittainen DNA-sekvensointi voidaan aloittaa. On kuitenkin myös tärkeää huomauttaa, että nämä kartat ovat aiheuttaneet jonkin verran huolta myös Thean jäsenissä. nidulalaisten yhteisö, koska on olemassa useita tapauksia, joissa ne eivät ole kolineaarisia geneettisen kartan kanssa. Kolineaarisuuden puute saattaa heijastaa geenikartan heikkoa laatua, joka perustuu geenien järjestyksen osoittamiseen kolmen pisteen risteytyksestä. Vaihtoehtoisesti nämä määräykset saattoivat olla virheellisiä, koska käytetyt geenimerkit olivat liian kaukana toisistaan, mikä esti asianmukaisen tilaamisen. On selvää, että tämä on asia, joka ratkaistaan ajoissa, kun koko perimän sekvenssi on tiedossa.

joten miksi emme sekvensoi A. nidulansin tai muiden rihmasienten perimää? Nykyiset sekvensointitoimet kohdistuvat lääketieteelliseltä kannalta merkittäviin mikrobiorganismeihin, kuten tauteja aiheuttaviin bakteereihin. Uskotaan, että niiden genomisekvenssin selvittäminen voi tuottaa välitöntä tietoa uusista hoitostrategioista. Tämä on jokseenkin valitettavaa siinä mielessä, että sivuutamme kokonaisia eliöryhmiä samalla, kun yritämme selvittää, onko koko genomin sekvensoinnista hyötyä. Kun nämä hankkeet etenevät, meidän on harkittava muita syitä genomin sekvensointiin, mukaan lukien se, miten tärkeää on pystyä analysoimaan geenien toimintaa sen jälkeen, kun avoimet lukukehykset on tunnistettu sekvenssianalyysillä. Hiivan genomiponnistelut ovat nyt juuri tässä. Tutkijat joutuvat määrittämään uusia geenitoimintoja, ja sama pätee kaikkiin organismeihin, joille määritämme täydellisen sekvenssin. Jotkut näistä geeneistä ovat ominaisia hiivalle, toisilla on rooleja kaikkialla sienissä ja toiset taas toimivat kaikissa eukaryooteissa. Jos haluat tietää, mihin luokkaan kukin geeni kuuluu, on tärkeää saada sekvenssejä lukuisista organismeista. On hyvin valitettavaa, jos biotieteilijät eivät ota aktiivisesti osaa niiden organismien valitsemiseen, joiden genomit pitäisi sekvensoida. Eliöiden huolellinen valinta antaa meille todennäköisesti enemmän tietoa lajiutumisen ja perimän evoluution prosesseista. Nämä kysymykset koskevat erityisesti sieniä, joiden oletetaan eronneen toisistaan noin miljardi vuotta sitten.

meidän tiedemiesten on oltava huolissamme toisesta asiasta, jonka genomitutkimukset nostavat esiin. Kyse on siitä, että geenien toimintaa ei ole mahdollista johtaa geenisekvenssien vertailusta. Tarkastellaanpa suurten entsyymiperheiden yleistä ongelmaa. Heimon entsyymien katalysoima kemiallinen reaktio voi olla sama, mutta niiden substraatit voivat olla hyvin erilaisia. Tämän vuoksi suora sekvenssivertailu voi ohjata vain geenituotteen toimintaa, mutta ei substraatteja, joihin se vaikuttaa. Näin ollen tässä esimerkissä voisimme sanoa, että geenituotteella on katalyyttinen alue muiden perheenjäsenten kanssa, mutta emme voi sanoa, millä biokemiallisella reitillä se toimii. Kun alamme tutkia uusien geenituotteiden toimintaa, meidän on pidettävä mielessä, että vaikka kaksi geeniä koodaavat samanlaisia proteiineja, ne voivat toimia eri tavalla, tai kuten samankaltaista toimintaa omaavien entsyymien tapauksessa, ne voivat toimia eri reittejä. Tämä antaa toisen syyn tutkia geenien toimintaa useammassa kuin pienessä järjestelmässä. Lopulta geeni saattaa paljastaa solutoimintansa helpommin yhdessä järjestelmässä kuin toisessa, koska systeemin biologialla on sille erityinen vaatimus.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.