DNA中的模式揭示了數(shù)百種未知的蛋白質(zhì)配對(duì)

對(duì)基因組進(jìn)行測(cè)序變得越來(lái)越便宜，但是對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)的理解仍然很難。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)找到了一種從測(cè)序DNA中提取有用信息的新方法。

通過(guò)對(duì)細(xì)菌中基因?qū)χg共享的細(xì)微進(jìn)化特征進(jìn)行編目，該團(tuán)隊(duì)能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)百種以前未知的蛋白質(zhì)相互作用。該方法現(xiàn)在應(yīng)用于人類(lèi)基因組，并可以產(chǎn)生關(guān)于人類(lèi)蛋白質(zhì)如何相互作用的新見(jiàn)解。

該項(xiàng)目是華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院和哈佛大學(xué)科學(xué)家之間的合作。他們的報(bào)告發(fā)表在7月11日的“ 科學(xué)”雜志上。

“蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用是生物功能的基礎(chǔ)。現(xiàn)在可以使用近年來(lái)產(chǎn)生的大量基因組序列數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)它們，這是非常了不起的，”資深作者，大學(xué)生物化學(xué)教授David Baker說(shuō)。華盛頓醫(yī)學(xué)院。

細(xì)胞充滿蛋白質(zhì)，其中許多蛋白質(zhì)必須物理相互作用才能發(fā)揮作用。這可能意味著聚集在一起復(fù)制DNA或形成像肌肉中那樣的長(zhǎng)纖維。然而，在許多情況下，科學(xué)家們?nèi)匀徊恢滥男┑鞍踪|(zhì)會(huì)相互作用。發(fā)現(xiàn)新的配對(duì)可能是緩慢，費(fèi)力和昂貴的。

尋找更好的方法，由四位計(jì)算生物學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)研究了一種稱(chēng)為共同進(jìn)化的現(xiàn)象，其中一種基因的變化與另一種基因的變化相關(guān)。這可以表明兩個(gè)基因以某種重要方式相連。

例如，如果一個(gè)基因突變以產(chǎn)生具有改變形狀的蛋白質(zhì)，則第二個(gè)基因可以進(jìn)化以產(chǎn)生具有與**個(gè)蛋白質(zhì)互補(bǔ)的形狀的蛋白質(zhì)，從而保持兩個(gè)蛋白質(zhì)相互作用的能力。

近年來(lái)，研究人員在生物體的DNA中發(fā)現(xiàn)了一些微妙的分子相互作用的證據(jù)。

“共同進(jìn)化對(duì)于了解特定蛋白質(zhì)如何相互作用非常有用，但我們現(xiàn)在可以將其用作發(fā)現(xiàn)工具，”首席作家錢(qián)聰說(shuō)，他是華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的博士后研究員。

該研究小組將來(lái)自大腸桿菌的4,000多個(gè)基因與來(lái)自40,000多個(gè)其他細(xì)菌基因組的DNA序列進(jìn)行了比較。這種大量遺傳信息庫(kù)存使研究人員能夠使用定制的統(tǒng)計(jì)模型來(lái)評(píng)估每種大腸桿菌基因之間的共同進(jìn)化。

經(jīng)過(guò)幾輪分析，發(fā)現(xiàn)1,618對(duì)具有共同進(jìn)化的最強(qiáng)證據(jù)。通過(guò)將它們的結(jié)果與一小組已經(jīng)表征的蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用進(jìn)行比較，研究人員獲得了比以前的實(shí)驗(yàn)篩選方法更高的準(zhǔn)確性

在新發(fā)現(xiàn)的相互作用中，有一些暗示了新的生物學(xué)見(jiàn)解。其中之一，蛋白質(zhì)毒素與其抗毒素之間的相互作用，可能有助于解釋?zhuān)芯咳藛T推測(cè)，為什么一些大腸桿菌占據(jù)其微生物生態(tài)位。另一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)的配對(duì)表明，一種名為PstB的蛋白質(zhì)，已知在新陳代謝中發(fā)揮作用，也可能有助于協(xié)調(diào)蛋白質(zhì)合成和礦物質(zhì)運(yùn)輸。

“在生物學(xué)中很少有軟件工具能夠做出足以進(jìn)行測(cè)試的預(yù)測(cè)，但這正是這里發(fā)生的事情，”Cong說(shuō)。在世界各地的實(shí)驗(yàn)室中，可以進(jìn)行數(shù)百次后續(xù)實(shí)驗(yàn)。“

該團(tuán)隊(duì)還搜索了結(jié)核分枝桿菌的基因組，這是一種與大腸桿菌有關(guān)的疾病細(xì)菌。他們高度自信地鑒定了911蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用。其中95%以前從未被描述過(guò)。研究人員報(bào)告說(shuō)，70種蛋白質(zhì)可能導(dǎo)致結(jié)核分枝桿菌的毒力。這些發(fā)現(xiàn)可能為開(kāi)發(fā)針對(duì)致命病原體的藥物開(kāi)辟了新途徑。

“我們將把這個(gè)工具應(yīng)用于更多的病原體和人類(lèi)基因組，”叢說(shuō)。“我們的成功將取決于其他科學(xué)家在注釋基因組的哪些部分是基因以及哪些部分是其他部分時(shí)所做的工作。”