Populaire Berichten

Editor'S Choice - 2019

Onderzoeksteam creëert een model om de celevolutie te voorspellen

Anonim

Wetenschappers hebben niet kunnen begrijpen en voorspellen hoe cellen evolueren in ons lichaam, en dit proces is belangrijk omdat zich ontwikkelende celpopulaties de kern vormen van medicijnresistente infecties en de ontwikkeling van kanker. Nu heeft een onderzoeksteam onder leiding van Gábor Balázsi, PhD, van de Stony Brook University, een synthetisch biologisch model ontwikkeld dat computationele voorspellingen valideert van hoe snel en op welke manier cellen veranderen in de aanwezigheid of afwezigheid van een medicijn. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in een paper in Molecular Systems Biology .

advertentie


Stressreactienetwerken in cellen spelen een sleutelrol in cellulaire evolutie en pathogene processen. In "Stress-responsbalans stimuleert de evolutie van een netwerkmodule en het gastheergenoom", combineerde het onderzoeksteam het gebruik van synthetische, computationele en experimentele evolutionaire biologiemethoden om een ​​synthetisch circuit met twee genen in een gistgenoom te integreren en vervolgens de evolutie. Met behulp van kwantitatieve kennis van het gencircuit ontwikkelden ze twee computationele modellen om specifieke aspecten van evolutionaire dynamica te voorspellen in zes verschillende omgevingsomstandigheden. Vervolgens valideerden ze de voorspellingen experimenteel: de snelheid van het oorspronkelijke genoom dat uit de celpopulatie verdween, en de soorten en aantallen mutaties vastgesteld in elke omgevingsconditie.

"Onze methode helpt het lastige probleem van het voorspellen en voorkomen van de evolutie van cellen te vereenvoudigen en te kwantificeren", zegt dr. Balázsi, universitair hoofddocent van Henry Laufer in het Laufer Center for Physical & Quantitative Biology en de afdeling Biomedical Engineering aan de Stony Brook University. "Met dit synthetische construct ingevoegd in gistcellen, maakten we een gewenst deel van de cellen resistent tegen geneesmiddelen en trager groeiend.We construeerden fitnesslandschappen, die als kaarten zijn die vertellen hoe snel cellen zich delen, afhankelijk van de activiteiten van genen die ze dragen. Deze hielpen ons de snelheid en mechanismen van evolutie te voorspellen.De methode suggereert dat vergelijkbare fitnesslandschappen kunnen worden geconstrueerd, en we zouden de methode kunnen gebruiken om de eerste stappen te voorspellen van hoe andere cellen en netwerken evolueren. "

De onderzoekers valideerden de computationele voorspellingen door cellen te laten evolueren na aanpassing van genexpressie in de afwezigheid of aanwezigheid van omgevingsstress, gedefinieerd door middel van een antibioticum.

Dr. Balázsi legde uit dat het onderzoeksteam synthetische biologen kan helpen bij het bouwen van biotoestellen die beter bestand zijn tegen evolutionaire degradatie, voor het produceren van goedkopere medicijnen, biosensoren en een schoner milieu. Het kan ook dienen als een model om de natuurlijke cellulaire evolutie en stabiliteit te onderzoeken en te begrijpen. Hij benadrukte dat het leren van onderzoekers hoe de evolutie van cellen in een door de mens ontworpen celsysteem kan voorspellen, aanwijzingen kan geven voor het voorspellen van de evolutie van kankercellen en pathogene microben die ons lichaam binnendringen, en daarom mensenlevens redden door de evolutie van deze dodelijke celtypen.

advertentie



Verhaal Bron:

Materiaal geleverd door Stony Brook University . Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.


Journal Reference :

  1. Caleb González, Joe Christian J Ray, Michael Manhart, Rhys M Adams, Dmitry Nevozhay, Alexandre V Morozov, Gábor Balázsi. Stress-response balans stuurt de evolutie van een netwerkmodule en het gastheergenoom . Molecular Systems Biology, augustus 2015 DOI: 10.15252 / msb.20156185