طراحی خودکار توالی ژنوم باکتریایی

قیمت: 41,000 تومان

دانلود رایگان مقاله

خرید ترجمه مقاله

عنوان فارسی

طراحی خودکار توالی ژنوم باکتریایی

عنوان لاتین

Automated design of bacterial genome sequences

سابقه و هدف: موجودات زنده راه های تنظیم رونویسی را تکامل داده اند تا در محیط های مختلف سازگاری بهتری پيدا کنند.آيا مدلها و داده های ژنومیک کاربردی فعلی می توانند احتمال مهندسی ژنوم را با سازماندهی ژن که به طور کامل از نو مرتب شده را پشتيبانی کنند در حالی که سلول ها رفتار خود را تحت چالش های زیست محیطی حفظ می کنند؟ ما چگونه اقدام به طراحی یک توالی کامل برای چنین ژنومی می کنيم ؟ یافته ها: به عنوان اولین قدم برای پاسخ دادن به چنین سوالاتی، کار اخیر نشان داد که طراحی مدل های ترانسکریپتوم جایگزین با همان رفتار تحت تغییرات زیست محیطی نسبت به مدل نوع وحشی امکان پذير است. گام دوم نيازمند ارائه شواهدی است که ارائه یک توالی نوکلئوتید برای رمزگذاری ژنوم چنين مدل رونویسی را امکان پذير می سازد. برای طراحی یک تنظیم رونویسی جهانی با rewiring ( يک سيستم انتقال اطلاعات صوتی ، يک پروتکل نرم افزاری) از اشریشیا کولی ما از تکنیک های طراحی محاسباتی استفاده کرديم و در عین حال یک پاسخ ترانسکریپتوم مشابه را پس از نوع وحشی نشان داديم. پس از آن، ما شبکه های رونویسی را "وارد" توالی نوکلئوتیدی می کنيم تا توالی ژنوم نهایی را بدست آوريم. روش تکامل محاسباتی ما تضمین می کند که ما می توانیم نقشه برداری ژنوتیپ فنوتیپ را در rewiring شبکه نظارتی حفظ کنيم. ما متوجه شديم که از لحاظ نظری سازماندهی مجدد E کولی ژنوم به کمتر از 86 درصد operons تنظیم شده امکان پذير است. چنین ژنوم های refactored توسط operons ها شامل مجموعه ای از ژن ها می شود که حدود 60 درصد عملکرد های بیولوژیکی خود را به اشتراک می گذارند و اگر تحت شرایط محیطی بسیار متغیر تکامل یافته، دارای شبکه های نظارتی هستند، که به نوبه خود 20٪ سریع تر به آشفتگی های خارجی پاسخ می دهند. نتيجه گيری : اين کار اولين الگوريتم را برای توليد یک توالی ژنوم رمزگذاری تنظیم رونویسی rewiring با رفتار نوع وحشی تحت محیط های جایگزین ارائه می کند.

Background: Organisms have evolved ways of regulating transcription to better adapt to varying environments. Could the current functional genomics data and models support the possibility of engineering a genome with completely rearranged gene organization while the cell maintains its behavior under environmental challenges? How would we proceed to design a full nucleotide sequence for such genomes? Results: As a first step towards answering such questions, recent work showed that it is possible to design alternative transcriptomic models showing the same behavior under environmental variations than the wild-type model. A second step would require providing evidence that it is possible to provide a nucleotide sequence for a genome encoding such transcriptional model. We used computational design techniques to design a rewired global transcriptional regulation of Escherichia coli, yet showing a similar transcriptomic response than the wild-type. Afterwards, we “compiled” the transcriptional networks into nucleotide sequences to obtain the final genome sequence. Our computational evolution procedure ensures that we can maintain the genotype-phenotype mapping during the rewiring of the regulatory network. We found that it is theoretically possible to reorganize E. coli genome into 86% fewer regulated operons. Such refactored genomes are constituted by operons that contain sets of genes sharing around the 60% of their biological functions and, if evolved under highly variable environmental conditions, have regulatory networks, which turn out to respond more than 20% faster to multiple external perturbations. Conclusions: This work provides the first algorithm for producing a genome sequence encoding a rewired transcriptional regulation with wild-type behavior under alternative environments