Филогенетическое профилирование - Phylogenetic profiling

Филогенетическое профилирование это биоинформатика метод, в котором совместное присутствие или совместное отсутствие двух признаков у большого числа видов используется для вывода значимой биологической связи, такой как участие двух разных белков в одном и том же биологическом пути. Наряду с исследованием консервированных синтения, консервированный оперон структура, или Доменные слияния "Розеттский камень" сравнение филогенетических профилей является техникой «постгомологии», поскольку вычисление, необходимое для этого метода, начинается после того, как определено, какие белки гомологичны. Ряд этих методов был разработан Дэвид Айзенберг и коллеги; Сравнение филогенетических профилей было введено в 1999 г. Пеллегрини, и другие. [1]

Метод

Более 2000 видов бактерии, археи, и эукариоты теперь представлены полной ДНК геном последовательности. Обычно каждый ген в геноме кодирует белок который может быть отнесен к конкретному белковая семья на основе гомология. Для данного семейства белков его присутствие или отсутствие в каждом геноме (в исходной бинарной рецептуре) обозначается либо 1 (присутствует), либо 0 (отсутствует). Следовательно, филогенетический распределение семейства белков может быть представлено длинным двоичным числом с цифрой для каждого генома; такие бинарные представления легко сравниваются друг с другом для поиска коррелированных филогенетических распределений. Большое количество полных геномов делает эти профили богатыми информацией. Преимущество использования только полных геномов заключается в том, что значения 0, представляющие отсутствие признака, обычно надежны.

Теория

Следует ожидать, что у близкородственных видов будут очень похожие наборы генов. Однако изменения накапливаются между более отдаленными видами посредством процессов, которые включают горизонтальный перенос генов и потеря гена. Отдельные белки имеют определенные молекулярные функции, такие как выполнение единственной ферментативной реакции или выполнение функций одной субъединицы более крупного белкового комплекса. Биологический процесс, такой как фотосинтез, метаногенез, или же гистидин биосинтез может потребовать согласованного действия многих белков. Если какой-то белок, важный для процесса, будет потерян, другие белки, предназначенные для этого процесса, станут бесполезными; естественный отбор делает маловероятным, что эти бесполезные белки будут сохраняться в течение эволюционного времени. Следовательно, если два разных семейства белков постоянно имеют тенденцию присутствовать или отсутствовать вместе, вероятно гипотеза состоит в том, что два белка взаимодействуют в каком-то биологическом процессе.

Достижения и проблемы

Филогенетическое профилирование привело к многочисленным открытиям в биологии, включая ранее неизвестные ферменты метаболических путей, факторы транскрипции, которые связываются с консервативными регуляторными участками, и объяснение роли определенных мутаций в заболеваниях человека.[2] Улучшение самого метода является активной областью научных исследований, поскольку сам метод имеет несколько ограничений. Во-первых, совместное присутствие двух семейств белков часто представляет недавнее общее происхождение двух видов, а не консервативные функциональные отношения; устранение неоднозначности этих двух источников корреляции может потребовать усовершенствованных статистических методов. Во-вторых, белки, сгруппированные как гомологи, могут различаться по функциям, или белки, консервативные по функциям, могут не регистрироваться как гомологи; улучшенные методы настройки размера каждого семейства белков для отражения функциональной консервации приведут к улучшенным результатам.

инструменты

Инструменты включают PLEX (Protein Link Explorer).[3] (Сейчас не существует) иJGI Филогенетический профиль IMG (Integrated Microbial Genomes) (как для отдельных генов, так и для генные кассеты ).[4]

Примечания

  1. ^ Пеллегрини М., Маркотт Э.М., Томпсон М.Дж., Айзенберг Д., Йейтс Т.О. Proc Natl Acad Sci U S. A. 1999, 13 апреля; 96 (8): 4285-8.
  2. ^ Kensche PR, van Noort V, Dutilh BE, Huynen MA. Интерфейс J R Soc. 2008 6 февраля; 5 (19): 151-70.
  3. ^ Дата, Шайлеш В .; Маркотт, Эдвард М. (2005-05-15). «Прогнозирование функции белков с помощью Protein Link EXplorer (PLEX)». Биоинформатика. 21 (10): 2558–2559. Дои:10.1093 / биоинформатика / bti313. ISSN  1367-4803. PMID  15701682.
  4. ^ Chen, I.-Min A .; Чу, Кен; Паланиаппан, Кришна; Пиллэй, Манодж; Ратнер, Анна; Хуанг, Цзинхуа; Huntemann, Марсель; Варгезе, Неха; Уайт, Джеймс Р. (05.10.2018). «IMG / M v.5.0: интегрированная система управления данными и сравнительного анализа микробных геномов и микробиомов». Исследования нуклеиновых кислот. 47 (D1): D666 – D677. Дои:10.1093 / нар / gky901. ISSN  1362-4962. ЧВК  6323987. PMID  30289528.