生命科学实验中的“超级模特”

　　

生物通报道，说起基础研究，最大的功臣之一莫过于动物模型，它们相当于人类的模特，不过人类的模特是试穿衣服，而它们是用于研究各种疾病或是生命现象。酵母，从事生命科学研究的人都不陌生，最近的一篇PNAS文章发现酵母是动物模特中的超级模特，众所周知，酵母没有血管，但是，科学家们却能用酵母来研究血管发生。

 

也许你很难相信，用酵母可以研究血管发生。是的，这一研究就是由来自德克萨斯大学生物化学系，Howard Hughes医学院的科研人员完成，他们用一种系统的研究方式来完成酵母-人类血管生成研究项目，相关成果文章Systematic discovery of nonobvious human disease models through orthologous phenotypes公布在3月22日的PNAS上。

 

人、小鼠、酵母、线虫和植物拥有大量的同源基因，尽管表型不同，但来源相同。这些同源基因尽管表型不一，但是却可以用来指导研究人类的疾病。

 

德州大学系统生物学家Edward Marcotte发现，相同的基因网络系统表现出不同的表型，于是他决定与同事共同寻找影响基因网络系统表型的基因，并且从整个系统生物学的角度来寻找答案。

 

Edward为此建立了一个数据库，将各种基因表型间的资料以及影响基因表型的关键调控基因的资料归纳入库。他发现，大约300种人类疾病与6000种不同的基因表型有关。这些关联性在各个动物模型中具有相似性，因此，可以通过其他模型中的保守基因来研究人类的疾病。

 

通过对这些保守基因的分析，科学家们可以将研究结果延伸至人类疾病上，在本研究中，Edward就发现酵母其实是一个研究人类血管发生缺陷疾病的优秀模型，而线虫则是研究乳腺癌的优秀模型，小鼠是研究自闭症的优秀模型，植物是研究神经嵴发育缺陷的优秀模型。

 

使用这个模型，科学家发现SOXI3是调节血管发生的基因，SECurity23IP是一个Waardenburg gene。所有的这些结果表明，进化保守的基因网络可用于人类疾病的研究，动物模型的适用范围大大扩展，有助于人类早日解开疾病之谜。

（生物通 小茜）

酵母菌是一些单细胞真菌，并非系统演化分类的单元。酵母菌是人类文明史中被应用得最早的微生物。目前已知有1000多种酵母，根据酵母菌产生孢子(子囊孢子和担孢子)的能力，可将酵母分成三类：形成孢子的株系属于子囊菌和担子菌。不形成孢子但主要通过芽殖来繁殖的称为不完全真菌，或者叫“假酵母”。目前已知大部分酵母被分类到子囊菌门。酵母菌在自然界分布广泛，主要生长在偏酸性的潮湿的含糖环境中，例如，在水果、蔬菜、蜜饯的内部和表面以及在果园土壤中最为常见。

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生物通推荐原文检索

Systematic discovery of nonobvious human disease models through orthologous phenotypes

Kriston L. McGarya,1, Tae Joo Parka,b,1, John O. Woodsa, Hye Ji Chaa, John B. Wallingforda,b, and Edward M. Marcottea,c,2

- Author Affiliations

 

aCenter for Systems and Synthetic Biology, Institute for Cellular and Molecular Biology,

bThe Howard Hughes Medical Institute and Department of Molecular Cell and Developmental Biology, and

cDepartment of Chemistry and Biochemistry, University of Texas, Austin, TX 78712

Edited* by William H. Press, University of Texas, Austin, TX, and approved February 26, 2010 (received for review September 6, 2009)

 

↵1K.L.M. and T.J.P. contributed equally to this work.

【Abstract】

Biologists have long used model organisms to study human diseases, particularly when the model bears a close resemblance to the disease. We present a method that quantitatively and systematically identifies nonobvious equivalences between mutant phenotypes in different species, based on overlapping sets of orthologous genes from human, mouse, yeast, worm, and plant (212,542 gene-phenotype associations). These orthologous phenotypes, or phenologs, predict unique genes associated with diseases. Our method suggests a yeast model for angiogenesis defects, a worm model for breast cancer, mouse models of autism, and a plant model for the neural crest defects associated with Waardenburg syndrome, among others. Using these models, we show that SOX13 regulates angiogenesis, and that SEC23IP is a likely Waardenburg gene. Phenologs reveal functionally coherent, evolutionarily conserved gene networks—many predating the plant-animal divergence—capable of identifying candidate disease genes.