Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Eldobható gének és robusztus genetikai rendszerek Pál Csaba MTA-ELTE, Elméleti Biológiai és Ökológiai Kutatócsoport.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Eldobható gének és robusztus genetikai rendszerek Pál Csaba MTA-ELTE, Elméleti Biológiai és Ökológiai Kutatócsoport."— Előadás másolata:

1 Eldobható gének és robusztus genetikai rendszerek Pál Csaba MTA-ELTE, Elméleti Biológiai és Ökológiai Kutatócsoport

2 Általános genomika és bioinformatika Evolúció genetika Összehasonltó genomika Mikrobiális evolúciós kisérletek “Rendszer biológia” Sejt hálózatainak modellezése

3 Szathmáry Eörs Pál Csaba Papp BalázsSteve Oliver, Manchester Angus Buckling (Oxford) Laurence Hurst, Bath Csermely Peter Martin Lercher, EMBL

4 Általános genomika és bioinformatika Evolúció genetika Összehasonltó genomika Mikrobiális evolúciós kisérletek “Rendszer biológia” Sejt hálózatainak modellezése

5 Az összehasonlitó genomika néhány kulcskérdése: 1)A szelekció és véletlenszerűség relativ szerepe (darwini vagy neutrális evolúció) 2)A genom anatómiájának evolúciója 3)A szex és rekombináció hatása a genom szerveződésére 4)“Nem kódoló” DNS: funkcionális szerep vagy eldobható szemét? 5)A horizontális gén transzfer szerepe baktréiumok evolúciója során

6 Ma: Eldobható gének és robusztus genetikai rendszerek

7 Megfigyelések Legtöbb egyedi génkiütésnek nincs szembetűnő hatása...

8 Legtöbb gén nélkülözhetőnek tűnik laboratóriumi körülmények között

9 Miért fontos? Gének funkciójának jobb megértése A mutációk hatásának eloszlása A genetikai interakciók feltérképezése Új anti-bakteriális szerek kifejlesztésése

10 Az esszenciális gének néhány közös sajátossága 1) Magasan gén expresszió (+++) 2)Széles filogenetikai elterjedtség (++) 3)Alacsony rekombinációjú régiókban egymás közelében helyezkednek el (++) 4)Sok más fehérjével vannak fizikai kapcsolatban (+) De: nem evolválódnak különösen lassan (+/0)

11 Kérdések Miért találunk egyáltalán nélkülözhető géneket? Mekkora a legkisebb működő genom (minimálgenom)?

12 a nélkülözhetőnek látszó géneknek is van némi fitnesz-hatásuk, de ez nehezen mérhető 1 a nélkülözhető gének más környezetben viszont szükségesek 2 a nélkülözhető gének hiánya kompenzálható 3, 4 Magyarázatok: 1) Thatcher et al PNAS 95: 253 2) Papp, Pal, Hurst 2004 Nature 429: 661 3) Wagner 2000 Nature Gen 24:355 4) Gu et al Nature 421:63

13 duplikált gén jelenléte: alternatív útvonal jelenléte: A kompenzáció formái AB C D E F A gén A’ gén

14 Melyik magyarázat a fontosabb?

15 Vizsgálati alany: az élesztő genomléptékű génkiütéses kísérletek adatai (főleg tápanyaggazdag környezetre) a teljes metabolizmusra kiterjedő matematikai modell # leképezés a genotípus és fenotípus között (~700 gén a modellben) # Forster et al Genome Res 13:244

16

17 A modell lényege (Palsson és mtsai.) 1)Az anyagcserehálózat rekonstruálása genomikai és biokémiai adatok alapján (enzimatikus reakciók, transzport folyamatok, biomassza-összetevők [X,Y,Z]) 2)Környezetből felvehető tápanyagok (B,E) megadása 3)A sejt növekedési sebességének kiszámítása sejtnövekedés (fitnesz) anyagcsere reakciói Biomassza

18 40 Biomassza komponens 1)aminosavak 2)Nukleotidok 3)Szénhidrátok 4)Lipidek és zsirsavak Shulze 1995, Forster et al. 2003

19 Mire jó a modell? 1)A biokémiai reakciók aktivitása becsülhető 2)Különböző környezeti körülmények szimulálhatók 3)A génkiütések fitnesz-hatása számolható

20 A modell előfeltételei Élettani: minden anyagcserevegyület egyensúlyban van Evolúciós: az élesztő a leghatékonyabb biomassza- termelésre adaptálódott

21 A modell prediktív ereje 1)91-95%-ban helyesen jósolja a reakciók aktivitását / inaktivitását 2)A kísérletesen megmért és a prediktált reakciósebességek jól korrelálnak (r = ) 3)Nélkülözhető gének jóslása 80 – 90% pontossággal

22 Eredmények Több környezetben szimuláltuk a génkiütések hatását 38-68%-ban a környezetspecificitás 15-28%-ban duplikált gének jelenléte 4-17%-ban elkerülő anyagcsereutak jelenléte Mi magyarázza a tápanyaggazdag közegben nélkülözhető géneket?

23 Újabb szisztematikus kisérletek támogatják eredményeinket: Csak a gének fele aktiválódik egyes környezetekben (Wu et al PNAS, 101: 3148) Nagyskálájú génkiütés kisérletek 282 környezetben (E.coli): A legtöbb gén fontossága csak néhány környeztben jelentkezett (Glasner et al NAR 31:147). Metabolikus fluxusok mérése élesztőben

24 A hibák elleni védelem miatt? Miért vannak redundáns duplikált gének? A magasabb géndózis miatt?  a nagy aktivitású reakcióknál gyakoribbak a duplikált gének!

25 Miért kevés a nélkülözhető gén a Mycoplasma genomjában?

26 Erősen specializálódott parazita, leszűkülhetett az élettere Elvesztehette környezetspecifikus génjeit? Meddig és hogyan redukálható egy genom?

27 Minimálgenom Életképes marad-e a sejt, ha egyszerre kiütjük az összes nélkülözhető génjét? Létezhet-e több különböző genetikai összetételű, de azonos hatékonyságú minimálgenom?

28 Minimális enzimkészlet Az anyagcsere-modellel szimuláltuk az enzimek fokozatos elvesztését. Következtetések: nélkülözhető gének is kellenek a minimális készletbe többféle megoldás is van  esetlegesség szerepe Magyarázat: alternatív útvonalak és duplikátumok jelenléte

29 Jelenlegi munkák:  Patogén baktériumok kulcsfontosságú génjeinek detektálása. Általános blokkolási stratégiák kidolgozása  A kompenzáló mechanizmusok kisérleti vizsgálata  A környezet specifikus gének szisztematikus kisérleti vizsgálata  Mikrobiális metabolikus hálózatok evolúciója (szelekciós kisérletek)

30 Mikrobiális szelekciós kisérletek előnyei: 1)Rövid generációs idő ( E. coli: generáció) 2)Kontrollált környezeti körülmények 3)A növekedési ráta (fitness) mérhető 4)Az evolválódott és ősi vonalak jellegzetességei és genomja összehasonlitható

31 Általános genomika és bioinformatika Evolúció genetika Összehasonltó genomika Mikrobiális evolúciós kisérletek “Rendszer biológia” Sejt hálózatainak modellezése

32 Szelekciós kisérletek és anyagcsere hálózati model: 1)Az anyagcserehálózat adaptációja 2)Baktérium rezisztencia evolúciója

33  Papp, B., Pál, C. and Hurst, L.D. (2003) Dosage sensitivity and the evolution of gene families in yeast. Nature 424:  Hurst, L.D., P ál, C. and Lercher, M.J. (2004): The evolutionary dynamics of eukaryotic gene order. Nature Review Genetics 5, 299 –310  Papp, B., Pál, C. and Hurst, L.D. (2004) Metabolic network analysis of the causes and evolution of gene dispensability in yeast Nature :661-4.


Letölteni ppt "Eldobható gének és robusztus genetikai rendszerek Pál Csaba MTA-ELTE, Elméleti Biológiai és Ökológiai Kutatócsoport."

Hasonló előadás


Google Hirdetések