Skonstruowaliśmy i zasymulowaliśmy model "minimalnego proteomu" przy użyciu dynamiki Langevina. Zawiera on 206 niezbędnych typów białek, które zostały zebrane z literatury. Dla porównania wygenerowaliśmy sześć proteomów z losowymi stężeniami. Stwierdziliśmy że ładunki netto i masy cząsteczkowe białek w minimalnym genomie nie są przypadkowe. genomie nie są losowe. Ładunek netto białka zmniejsza się liniowo wraz z z masą cząsteczkową, przy czym małe białka są w większości naładowane dodatnio, a duże ujemnie. białka naładowane ujemnie. Liczba kopii białek w minimalnym genomie ma tendencję do maksymalizowania liczby interakcji białko-białko w sieci. w sieci. Ujemnie naładowane białka, które mają zwykle większe rozmiary, mogą zapewnić duży przekrój kolizyjny, umożliwiając im interakcję z innymi białkami; Z drugiej strony, mniejsze dodatnio naładowane białka mogą mieć większą prędkość prędkość dyfuzji i są bardziej podatne na zderzenia z innymi białkami. Proteomy z losowymi populacjami ładunku/masy tworzą mniej stabilne klastry niż te z eksperymentalną liczbą kopii białek. eksperymentalną liczbą kopii białek. Nasze badanie sugeruje, że "właściwe" populacje ujemnie i dodatnio naładowanych białek są ważne dla utrzymania sieci interakcji białko-białko w sieci interakcji białko-białko w proteomie. Warto zauważyć, że że minimalny model genomu oparty na ładunku i masie Escherichia coli może mieć większą sieć interakcji białko-białko niż ten oparty na niższym organizmie niższy organizm Mycoplasma pneumoniae. --- Minimalny zestaw genów bakteryjnych obejmuje elementy genetyczne potrzebne do przetrwania bakterii na bogatym podłożu. Szacuje się, że zestaw ten obejmuje 300-350 genów kodujących białka. Jednym ze sposobów dalszego uproszczenia organizmu z tak minimalnym genomem jest ograniczenie zawartości aminokwasów w białkach. W W tym badaniu wykorzystano podejścia genomiki porównawczej i wyniki eksperymentów z nokautem genów. zostały wykorzystane do ekstrapolacji minimalnego zestawu genów mollicutów, a bioinformatyka w połączeniu z wiedzą bioinformatyka w połączeniu z opartą na wiedzy analizą zależności struktura-funkcja w tych białkach i ich ortologach, paralogach i analogów zastosowano do zbadania wyzwań związanych z całkowitym zastąpieniem najrzadszej reszty, cysteiny. Wśród kilku znanych funkcji reszt cysteinowych, ich rola w centrach aktywnych enzymów odpowiedzialnych za syntezę dezoksyrybonukleozydów i modyfikację transferowego RNA wydają się być kluczowe. kluczowe, ponieważ nie jest znana żadna alternatywna chemia dla tych reakcji. Tak więc drastyczne zawartości najrzadszego aminokwasu w minimalnym proteomie wydaje się możliwe. wydaje się możliwe, ale jego całkowita eliminacja stanowi wyzwanie. --- Koncepcja minimalnej komórki reprezentuje pragmatyczne podejście do kwestii tego, ile genów jak mało genów jest potrzebnych do funkcjonowania komórki. Jest to pomocny sposób na zbudowanie listy części i okazał się bardziej skuteczny niż próby wydedukowania minimalnego zestawu genów dla życia poprzez wnioskowanie o repertuarze genów ostatniego uniwersalnego wspólnego przodka. wspólnego przodka, ponieważ niewiele genów pochodzi z tego hipotetycznego stanu przodków. Jednakże, badanie minimalnych systemów komórkowych jest badaniem biologicznych wartości odstających, gdzie, z praktycznej konieczności, interakcje koewolucyjne są minimalizowane lub ignorowane. W tym artykule rozważamy kontekst biologiczny, z którego usunięto minimalne genomy. zostały usunięte. Na przykład, niektóre z najbardziej zredukowanych genomów pochodzą od endosymbiontów i są wynikiem koewolucyjnych interakcji z gospodarzem; niewiele takich organizmów jest "wolno-żyjących". takich organizmów jest "wolno żyjących". Ponieważ niewiele systemów biologicznych istnieje w całkowitej izolacji, spodziewamy się, że całkowitej izolacji, spodziewamy się, że podobnie jak w przypadku współczesnego życia, wczesne systemy biologiczne były częścią ekosystemu. były częścią ekosystemu, pełnego interakcji między organizmami. My opowiadamy się za ponownym skoncentrowaniem dyskusji na temat ewolucji systemów komórkowych na procesach a nie na liczbie genów. Dlatego też wprowadzamy rozróżnienie między pragmatyczną minimalną komórką (interesujący problem inżynieryjny), rozproszonym genomem (system rozproszony genom (system wynikający z ewolucyjnego przejścia obejmującego więcej niż jedną komórkę) oraz luźniejsze interakcje koewolucyjne, które są wszechobecne w ekosystemach. Wreszcie, rozważamy rozproszony genom i koewolucyjne interakcje między jednostkami genomowymi w kontekście wczesnej ewolucji. --- Centralnym przedsięwzięciem w biologii syntetycznej (SB) jest poszukiwanie "minimalnego genomu". genomu". Jednak "minimalne zestawy" niezbędnych genów są silnie zależne od kontekstu, a we wszystkich sekwencjonowanych do tej pory genomach prokariotycznych nie ani jeden gen kodujący białko nie jest w pełni konserwowany. Co więcej, brak konsensusu w dziedzinie tego, jakie atrybuty sprawiają, że gen jest naprawdę niezbędny, dodaje kolejny aspekt zmienności. Tak więc uniwersalny minimalny genom pozostaje nieuchwytny. Tutaj, jako alternatywę dla definiowania minimalnego genomu, proponujemy, aby koncepcja trwałości genów może być wykorzystana do sklasyfikowania genów potrzebnych do solidnego długoterminowego przetrwania. Trwałe geny, choć nie są wszechobecne, są konserwowane w większości genomów. większości genomów, mają tendencję do ekspresji na wysokich poziomach i są często zlokalizowane na wiodącej nici DNA. Kryteria te nakładają ograniczenia na organizację genomu organizacji genomu i są to ważne kwestie dla inżynierii komórek i dla tworzenia komórkowych form życia w SB.
Jaka jest minimalna kompilacja genomu?
Identyfikacja podstawowych genów bakterii i minimalnego genomu dla swobodnie żyjącego życia komórkowego może zapewnić wgląd w pochodzenie, ewolucję i istotę form życia. Dziedzina biologii syntetycznej dąży do zastosowania zasad inżynierii w biologii w celu stworzenia nowych systemów biologicznych. Jednym z podejść do osiągnięcia tego celu jest inżynieria komórkowa oparta na genomie, która poszukuje funkcjonujących minimalnych genomów w naturalnie występujących mikroorganizmach, które mogą być następnie wykorzystane jako szablon dla przyszłych systemów. Obecnie nie odkryto prototypowego minimalnego genomu.