Het belang van schimmels voor de mens

een reden voor sequentie van Schimmelgenomen

een van de laatste modewoorden in het genoomonderzoek is “functionele genomica”, wat in wezen de studie is van nieuwe genfunctie door directe manipulatie van het genoom. De belangrijkste reden om dit te doen is dat het kennen van de volgorde van gist en andere organismen heeft duidelijk gemaakt dat we niet de functie van veel van de voorspelde open leesframes kennen. De capaciteit om het genoom van eenvoudige eukaryotes zoals S. cerevisiae en A. te manipuleren nidulans maakt hen aantrekkelijk om studies te beginnen die de functie van deze Onbekende genen zullen ophelderen. Dit zal veel moeilijker te bereiken zijn met nieuwe genen in het menselijk genoom, behalve in die zeldzame gevallen waar de natuur ons heeft voorzien van mutaties. Evenzo, is de functionele genomica die huidige gen het richten methodes in de muis gebruiken moeilijk en kostbaar, hoewel de nieuwe technologieën worden ontwikkeld die uiteindelijk deze benadering houdbaar kunnen maken. Omdat filamenteuze schimmels een enorme groep organismen vertegenwoordigen waarin veel van dezelfde instrumenten die beschikbaar zijn om ontluikende gistgenen te bestuderen, kunnen worden toegepast, zal het mogelijk zijn om nieuwe genfuncties in deze organismen te beoordelen. Hun gevarieerde levensstijlen en de complexiteit van hun cellulaire functies moeten een uitstekende aanvulling vormen op het werk dat gaande is in ontluikende en splijtingsgist.

wat maakt A. nidulans een geschikte keuze voor een genoomsequencing project? A. nidulans wordt al sinds de jaren 1950 uitgebreid gebruikt om fundamentele vragen van de biologie aan te pakken. De relatief eenvoudige genetica van deze filamenteuze schimmel is gebruikt om een verscheidenheid van genetische fenomenen met inbegrip van de mechanismen die koolstof en stikstof metabolisme, celcyclus, cytoskeletal functies, en ontwikkeling te onderzoeken (Morris and Enos 1992; Marzluf 1993;Navarro-Bordonaba and Adams 1994; Osmani and Ye 1996). Als zodanig, heeft A. nidulans een belangrijke rol als model eukaryotic organisme gespeeld. Waarschijnlijk belangrijker is de rol die dit organisme heeft gespeeld als een modelsysteem voor het onderzoeken van vragen over de biologie van andere leden van het geslacht die de mens positief en negatief beïnvloeden. De leden van het geslacht Aspergillus worden gebruikt als producenten op grote schaal van citroenzuur, industriële enzymen; amylasen, proteasen, en lipasen, om enkelen te noemen, en anderen van het geslacht zijn ziekteverwekkers van de mens of zijn verantwoordelijk voor voedsel bederf en de productie van giftige secundaire metabolites zoals aflatoxine. De totale economische impact van het geslacht Aspergillus op alleen de VS economie wordt geschat op ∼$45 miljard. Omdat A. nidulanshas een belangrijke rol speelde in ons begrip van dit grote en diverse geslacht en vanwege het duidelijke economische belang van deze organismen, is het noodzakelijk dat we een meer gedetailleerd beeld krijgen van zijn genoom.

eerdere aspecten van het Aspergillus nidulans genoomproject, gebaseerd op klassieke genetica, stelden vast dat het genoom bestaat uit acht koppelingsgroepen of chromosomen. Deze verbindingsgroepen werden gedefinieerd gebruikend paraseksuele genetische methodes en mitotic recombinatie om verbinding tussen wijd verspreide genen op chromosoomarmen aan te tonen (Clutterbuck 1974). Deze vaststelling van acht verbindingsgroepen is bevestigd met behulp van pulsed-field gelelektroforese, die de acht verbindingsgroepen oplost in zes banden, waarvan twee doublets zijn en kunnen worden gescheiden met behulp van translocatiestammen. Deze studies schatten het genoom op 31 megabasen (Brody en koolstof 1989), in goede overeenstemming met schattingen van de grootte van het genoom met behulp van reassociatiekinetiek en colorimetrische bepaling (Bainbridge 1971; Timberlake 1978). Aldus, is het genoom van A. nidulans 2,5 × 107 tot 3,0 × 107 basenparen in grootte en bevat weinig herhaalde opeenvolgingen van DNA. De relatief kleine grootte van A. nidulansgenome, de beperkte hoeveelheid repetitief DNA, en zijn belang als modelorganisme maken het geschikt voor het rangschikken.

in zekere zin is het gehele genoom van A. nidulans al gesequenced. Twee kosmid bibliotheken met 5134 individuele klonen werden enkele jaren geleden gebouwd en opgeslagen als individuele klonen in microtiterplaten. Deze bibliotheken werden later gesorteerd door hybridisatie in chromosoom – specifieke subsets die naar schatting ∼95% van elk chromosoom (Brody et al. 1991). Deze bibliotheken zijn nog verder in kaart gebracht. Met behulp van een snelle willekeurige kosten algoritme methode de twee kosmid bibliotheken werden gebruikt om een fysieke kaart van chromosoom IV van A. nidulans construeren (Wang et al. 1994). Dit werk is uitgebreid om fysieke kaarten te ontwikkelen voor alle acht chromosomen van het A. nidulans genoom. Deze kaarten en de methoden die worden gebruikt om ze af te leiden zijn te vinden op de site: http://fungus.genetics.uga.edu: 5080/. het gebruik van deze methoden om fysieke kaarten te bouwen voor elk van de chromosomen vormt de basis waarop grootschalige DNA-sequencing van het A. nidulans genoom zou kunnen beginnen. Het is echter ook belangrijk erop te wijzen dat deze kaarten ook bij de leden van theA tot enige bezorgdheid hebben geleid. nidulans gemeenschap omdat er verschillende gevallen zijn waar ze niet colineair zijn met de genetische kaart. Het gebrek aan colineariteit kan de slechte kwaliteit van de genetische kaart weerspiegelen, die gebaseerd is op het toewijzen van de volgorde van genen van drie puntkruisen. Als alternatief, kunnen deze orden onjuist zijn omdat de gebruikte genetische merkers te ver uit elkaar lagen, waardoor de juiste volgorde werd verhinderd. Het is duidelijk dat dit een kwestie is die op tijd zal worden opgelost, zodra de volledige opeenvolging van het genoom bekend is.

dus waarom sequencen we het genoom van A. nidulans of andere filamenteuze schimmels niet? De huidige het rangschikken inspanningen worden gericht op microbiële organismen die van medisch belang, zoals ziekte-veroorzakende bacteriën zijn. Men gelooft dat de opheldering van hun genoomopeenvolging het potentieel heeft om onmiddellijke inzichten in nieuwe therapeutische strategieën op te leveren. Dit is enigszins ongelukkig omdat we hele groepen organismen negeren terwijl we proberen te bepalen of hele genoomsequencing nuttig zal zijn. Aangezien deze projecten doorgaan, moeten wij andere rationales voor genoom het rangschikken met inbegrip van het belang overwegen om genfunctie na identificatie van open lezingskaders door opeenvolgingsanalyse te kunnen analyseren. Dit is precies waar de gist genoom inspanning nu staat. Onderzoekers worden geconfronteerd met het bepalen van nieuwe genfuncties, en hetzelfde zal gelden voor elk organisme waarvoor we de volledige sequentie bepalen. Sommige van deze genen zullen specifiek voor gist zijn, zullen anderen rollen door de schimmels hebben, en nog anderen zullen in alle eukaryotes functioneren. Om te leren in welke klasse elk gen valt, zal het belangrijk zijn om sequenties van talrijke organismen te verkrijgen. Het zal zeer ongelukkig zijn als life scientists geen actieve rol spelen bij het kiezen van die organismen waarvan het genoom moet worden gesequenced. De zorgvuldige selectie van organismen zal ons waarschijnlijk meer inzicht geven in de processen van speciatie en genoomevolutie. In het geval van schimmels, waarvan wordt aangenomen dat ze ongeveer een miljard jaar geleden uiteen zijn gelopen, zijn deze vragen bijzonder relevant.

wij als wetenschappers moeten ons zorgen maken over een ander probleem dat genoomstudies aan de orde zullen stellen. Deze kwestie is dat het niet mogelijk is om genfunctie uit een vergelijking van gensequenties af te leiden. Overweeg het algemene probleem van grote enzymfamilies. De chemische reactie gekatalyseerd door enzymen van de familie kan hetzelfde zijn, maar hun substraten kunnen zeer verschillend zijn. Wegens dit, kan de directe opeenvolgingsvergelijking een gids slechts aan de functie van een genproduct verstrekken maar niet de substraten waarop het handelt. Dus, in dit voorbeeld kunnen we zeggen dat een genproduct een katalytische site deelt met die van anderen in de familie, maar we kunnen niet zeggen in welke biochemische weg het werkt. Als we beginnen met het onderzoeken van de functie van nieuwe genproducten moeten we in gedachten houden dat hoewel twee genen coderen voor soortgelijke eiwitten, ze anders kunnen functioneren, of zoals in het geval van enzymen met soortgelijke activiteiten, ze kunnen functioneren in verschillende routes. Dit verstrekt een andere reden om genfunctie in meer dan een klein aantal systemen te bestuderen. Tenslotte kan een gen zijn cellulaire functie gemakkelijker in één systeem dan in een ander onthullen omdat de biologie van het systeem een speciale vereiste voor de functie heeft.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.