Wie kleine Fabriken, Zellen verstoffwechseln Rohstoffe und wandeln sie in chemischen Verbindungen. Biotechnologen nutzen Sie diese Möglichkeit , mit Hilfe von Mikroorganismen , um Arzneimittel und Herstellung von Biokraftstoffen . Für die Ausgabe in den industriellen Maßstab zu fördern und neue Arten von Chemikalien , Biotechnologen manipulieren natürlichen Stoffwechsel der Mikroorganismen , die oft von " Überexpression " bestimmter Gene in der Zelle. Aber solche Metabolic Engineering wird durch die Tatsache , dass viele Gene zu toxisch für die Zelle bei Überexpression gehemmt .
Nun Allon Wagner, Uri Gophna und Eytan Ruppin von der Universität Tel Aviv Blavatnik School of Computer Science und Abteilung für Molekulare Mikrobiologie und Biotechnologie , zusammen mit Forschern des Weizmann Institute of Science, haben ein Computeralgorithmus , der vorhersagt , welche Stoffwechselgenesind tödlich entwickelt an Zellen bei Überexpression . Die Ergebnisse, die in den Verfahren der National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, könnte helfen, Metabolic Engineering , neue Chemikalien, die in kostengünstiger Weise zu produzieren.
" Im Labor Biotechnologen oft festzustellen, welche Gene können mittels Versuch und Irrtum überexprimiert werden", so Wagner. " Wir können sie sparen Sie viel Zeit und Geld , indem sie bestimmte Möglichkeiten und Hervorhebung andere, versprechendsten . "
Gewinnt einen Vorsprung
Wenn metabolischen Gene exprimiert werden , wird die genetische Information, die sie enthalten, in die Proteine, die die chemischen Reaktionen, die zum Leben notwendig katalysieren umgewandelt. Überexpression bedeutet , dass eine größere als die normale Mengen von Proteinen hergestellt werden. Biotechnologen überexprimieren typischerweise nativen Genen eines industriellen Mikroorganismen , eine bestimmte Stoffwechselwege in der Zelle zu erhöhen, wodurch die Produktion der gewünschten Verbindungen . Manchmal überexprimieren sie fremde Gene - Gene aus anderen Organismen übertragen - in einem Industrie Mikrobe , neue Stoffwechselwege zu bauen und lassen Sie es , neue Verbindungen zu synthetisieren. Aber oft , dass ihre Bemühungen durch die Toxizität der Gene , die sie überexprimieren, wollen behindert.
Prof. Ruppin Labor baut großen Software- Modelle des Zellstoffwechsels , einer der grundlegenden Aspekte des Lebens. Diese Modelle konvertieren physikalische, chemische und biologische Informationen zu einer Reihe von mathematischen Gleichungen , so dass die Wissenschaftler zu lernen, wie Zellen funktionieren und erkunden Sie , was passiert, wenn sie in gewisser Weise sind gezwickt . Die neu entwickelten Algorithmus , Expression Abhängig Gene Effects oder EDGE, sagt , was passiert, wenn Wissenschaftler manipulieren Zellen bestimmte Gene überexprimieren. EDGE ermöglicht Biotechnologen auf Fälle , in denen die überexprimierte Gene giftig vorherzusehen und dann richten ihre Bemühungen um andere Gene .
Um ihre Methode zu validieren , verwendet TAU Forscher genetische Manipulation Werkzeuge, um 26 verschiedene Gene in überexprimieren E. coli Bakterienzellen . Vergleichen der Ergebnisse der Computersimulationen mit der tatsächlichen Wachstums des überexprimierten Stämme , die im Labor gemessen wurde , sah man , dass EDGE konnte vorherzusagen, welche der überexprimierten Gene sich als letal für E. coli ist. EDGE war auch bei der Identifizierung von Fällen von Fremdgenen , die giftig für E. coli waren, wie die Forscher gelernt, aus dem Vergleich der Simulationen die Ergebnisse mit Daten, die von ihren Mitarbeitern am Weizmann Institute of Science gesammelt erfolgreich.
Neben Bakterien
Anwendungen EDGE erscheinen , über Bakterien zu erweitern. Die Forscher, die Tests zeigen, dass die Gene, EDGE prognostizierten toxisch sein, wenn überexprimiert werden in geringen Mengen nicht nur in Mikroorganismen wie Bakterien, aber auch in mehrzelligen Organismen , einschließlich Menschen, exprimiert wird. Die Forscher sagen, diese Ergebnisse spiegeln die entscheidende evolutionäre Notwendigkeit, die Expression von möglicherweise schädlichen Gene in Schach zu halten .
"Obwohl die aktuelle Fokus EDGE ist die Biotechnologie spielt auch Gen -Überexpression eine zentrale Rolle bei vielen Krankheiten des Menschen , vor allem in der Krebstherapie . Wir hoffen, dass künftige Arbeit wird EDGE auf die Richtungen gelten ", so Wagner.