新技术研究操纵子

【字体: 时间:2008年07月07日 来源:生物通

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两位德克萨斯州A&M大学的研究者设计一种计算机软件工具,可帮助科学家们更准确地研究细菌复杂的基因簇单位,也称操纵子。这个软件允许科学家们同时对大量的细菌基因组进行分析,研究人员希望这种新的研究手段有助于更好地了解细胞功能的复杂遗传机制。

  

两位德克萨斯州A&M大学的研究者设计一种计算机软件工具,可帮助科学家们更准确地研究细菌复杂的基因簇单位,也称操纵子。这个软件允许科学家们同时对大量的细菌基因组进行分析,这个方法比现阶段的方法更准确,因为方法使用的数据是来自实验中的数据而不是统计学预测的数据。研究人员希望这种新的研究手段有助于更好地了解细胞功能的复杂遗传机制。


Sing-Hoi Sze说,细胞功能的遗传机制是细胞里非常复杂的机制,因为要维持整个细胞的运转不是件容易的事,而操纵子在复杂机制中起重要作用。Sing-Hoi Sze是德克萨斯州A&M大学计算机科学与生物化学及生物物理学研究学者。我们希望了解遗传机制维护各种蛋白的机制,DNA编码蛋白,而蛋白组成各种细胞器维持整个细胞的运转。为了了解复杂有机体的遗传机制,我们首先从简单生物的遗传机制开始研究。


Sze和他的同事,计算机科学研究者Qingwu Yang详细讲述了他们的计算机软件,他们把研究结果发表在《Genome Research》上。


Sze说,操纵子是基因的集合体小单位,多个基因簇生形成操纵子,这些基因具有相似的功能。基因受启动子控制,启动子可开启或是关闭基因表达。在高等生物,如人类,每个基因都有相匹配的独立启动子。然而,细菌的基因组结构紧凑,大量的基因集中在一起形成基因簇,这些基因簇被称为操纵子,而操纵子上的基因受一个启动子控制。


Sze说,不同的细菌都具有相似的基因,但是基因聚集的版式和结构不一定相同,因此操纵子的功能也各有不同。科学家们希望了解不同细菌里的各种操纵子的功能,这些操纵子上的基因是如何组织产生各种不同的蛋白功能。


由于时间和资源有限,研究人员不能详细地研究几千种物种的基因组,只能通过实验研究其中的一部分。因此研究人员需要有计算机工具来帮助他们预测不同种类的物种具有哪些相同的基因簇,这样就能减轻工作量,提高工作效率。


对于每个物种来说,研究人员会挑选一个典型的代表来代表整个物种,做模型研究,比如说细菌,就选大肠杆菌E. coli。因为E. coli是典型的模型有机体,科学家们对这一模型进行详尽的研究,并获得大量的基因组方面的实验数据以及操纵子的功能数据。


Sze和Yang的计算机工具从已知的实验数据E. coli操纵子开始,接下来寻找数百种其他细菌中的操纵子的信息。一旦计算机工具在细菌基因组中搜索到操纵子相关的基因,它将对基因组进行仔细的搜寻寻找是否存在有类似基因的簇群存在。在进行基因组随机比对时,这个工具使用统计学的程序计算那些统计学上基因组结构相似的基因。


想象一下,将基因按随机顺序排列,两种特殊的基因被安排在相距很远的地方的可能性是很大的。如果存在基因簇的话,那么两种基因将比随机排列的距离要近得多。


因此,使用Sze和Yang的软件,科学家们就很容易从其他细菌基因组中寻找到与E. coli的操纵子相似的基因簇。Sze说,如果某个生物学家对E. coli的某一个操纵子感兴趣,他可以使用我们的软件进行搜索,寻找其他细菌基因组中相似的操纵子结构。他们可以使用我们的软件寻找不同细菌的不同操纵子,并找出两种操纵子间的联系。


Sze说,他和Yang的工具比现在的工具要先进些,因为可以同时分析大量的细菌基因组。而且,他们的工具可更准确地寻找细菌基因组上的操纵子,因为他们的数据库资料不是建立在数学统计推测上的,而是建立在实验数据上的。但是,这个工具只能在其他细菌中寻找已经发现的E. coli的操纵子,而不能发现新的操纵子。


Sze说,将来,我们将改善我们的计算机工具,使结果更好更准确。尽管我们的计算机工具可以在同一时间分析大量的细菌基因组,但是每个细菌都是与E. coli进行对比而不能相互对比。因此,我们希望改进这个工具,最终能在其他基因组间进行对比。


原文标题:Texas A&M researchers develop tool to study complex clusters of genes
(生物通 张欢)

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