研究人员开发秀丽隐杆线虫作为一个模型为研究个体之间的代谢变化
Kbradnam at English Wikipedia/Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.5" width="800" height="263">
使用四个不相关菌株的微观线虫线虫来自世界不同的地方,一群虫生物学家已经开发了一个模型系统研究个体差异在新陈代谢。秀丽隐杆线虫的使用,一个广泛研究的模式生物,允许团队研究基因之间的独特而复杂的相互作用,饮食、微生物群和其他环境因素可以影响不同的个体的基本代谢过程。这个进步代表一个潜在的重要的一步“个性化”或“精度”药,一个相对较新的学科,裁缝饮食建议和疾病治疗个体的基因组序列。
的研究中,玛丽安Walhout博士的Maroun锡在生物医学研究的椅子上,椅子上,系统生物学教授陈马塞诸斯州大学医学院和合作者埃里克•安德森bob88体育平台登录博士,来自西北大学和弗兰克•施罗德博士,来自康奈尔大学,发表在自然,确定一个新颖的代谢条件与hphd-1基因的变异的秀丽隐杆线虫在夏威夷大岛上。应变,称为DL238,异常代谢物的积累和分泌3-hydroxypropionate惠普(3)。此外,这种病毒被发现的小说代谢物生成一组3 hp共轭几个氨基酸。这些小说代谢物不是在实验室发现应变,已经使用了几十年的生物发现。通过接合3 hp氨基酸,DL238删除3惠普,在高浓度有毒。
“这项工作提供了一个重要的一步代谢网络模型的发展,捕捉细化不同的新陈代谢和更密切的代表被发现在整个物种的多样性,“Walhout说。“使用这个系统,我们可以开始学习个人间代谢和代谢物的独特的相互作用,饮食和环境在个人层面。”
当人类基因组测序,临床研究人员设想的时代我们的个人基因信息可以用于医学治疗方法进行定制以适应每个人的需要,Walhout解释道。尽管2003年人类基因组计划的完成,和基因组学和深度测序技术的进步,个性化医学仍比现实更承诺。
部分发展中个性化医疗的挑战是我们的DNA只占一部分人类健康;一个人的饮食代谢过程和环境都深刻的影响。,因为没有两个人有相同的饮食,解开基因的复杂的相互作用,饮食和环境和连接这些代谢变化很麻烦。除了个人基因组测序,科学家需要复制代谢测量相同的年龄和性别的人,理想情况下也使用相同的饮食和经验相同的环境。
应对这一挑战,Walhout代谢和基因表达研究的领导者,与安德森博士合作,数量遗传学专家和施罗德博士,一个化学家,开发比较系统研究个人间的代谢的变化。
小组设计了一个系统,环境条件和饮食是常数之间的“个人”变量基因组,就像我们的基因组从人与人之间的不同。为此,秀丽隐杆线虫的四个不同菌株完全测序genomes-including标准实验室毒株,两个从夏威夷和另一个从台湾种植在相同的条件下,每一株生长在同一时间在同一个孵化器和吃同样的食物。
说:“每个应变代表一个单独的奥尔加·Ponomarova博士Walhout实验室的一位博士后研究员、该研究的作者之一。“我们从每个应变和收集了大约100000只动物,因为他们都生长在同一条件下,给定相同的饮食和有相同的基因,可以探索在四个菌株基因差异如何影响新陈代谢。就像比较四种不同的人。”
在其核心,新陈代谢是生物体维持生命的化学反应的集合。代谢的三个主要目的是:细胞的食物转化成能量的过程;食物蛋白质为基础的转换,如脂质、核酸和一些碳水化合物;产生的废物和消除这两个过程。
一系列的实验,包括气相色谱-质谱分析、高效液相色谱-光谱法和代谢网络分析进行分析来识别可能的四株之间的差异和代谢物的变化。因此,20000多个可能的代谢物,小分子共同进行新陈代谢,被发现,其中大部分仍然未知。
当研究人员代谢物之间的四个种族的存在相比,他们发现了超过200种代谢物,是非常具体的品种之一。一个代谢物3惠普,被发现在异常高的丰富DL238应变从夏威夷。过去Walhout实验室的研究表明,高3 hp水平在线虫的饮食是低维生素B12。这些研究表明,3 hp丙酸中形成故障通过B12-independent代谢途径,或分流。3 hp然后HPHD-1代谢的酶,最终转化为乙酰辅酶a。
在目前的研究中,研究人员跟踪大量的3 hp分子DL238应变hphd-1基因的变异,它允许3 hp积累。以补偿多余的3 hp, DL238秀丽隐杆线虫发达“分流”多余的分子机制的动物细胞cojoining 3 hp氨基酸。这使3 hp分子从建筑到有毒的水平,可能是一个适应改变养分条件下,Walhout,将系统称为“内并联分流”。
研究显示的力量朝着深度生物调查pan-species代谢网络模型。“我们只是开始不周详,“Walhout说。“我们的研究只使用4个菌株,但下一步是看到我们发现当我们看100种不同的菌株。或者当我们使用相同的应变时,会发生什么但改变饮食。
“我们一起真的健壮的模型测量代谢个体间变异,“Walhout说。“是什么让这一切成为可能,更重要的是,我们是独一无二的,多学科协作。的专业知识,每个实验室带到这个项目,使这一发现。”
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