Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Биологическая темная материя - это неформальный термин для обозначения неклассифицированного или плохо изученного генетического материала. Этот генетический материал может относиться к генетическому материалу, произведенному неклассифицированными микроорганизмами . В более широком смысле, биологическая темная материя может также относиться к неизолированным микроорганизмам, о существовании которых можно судить только по генетическому материалу, который они производят. Часть генетического материала может не подпадать под три существующие области жизни: бактерии , археи и эукариоты ; таким образом, было высказано предположение, что возможную четвертую область жизни еще предстоит открыть [1] [2], хотя возможны и другие объяснения. В качестве альтернативы генетический материал может относиться кнекодирующая ДНК (так называемая «мусорная ДНК») [3] [4] [5] и некодирующая РНК, продуцируемая известными организмами. [6] [7] [8]

Геномная темная материя [ править ]

Основная статья: Мусорная ДНК

Считается, что большая часть геномной темной материи происходит из древних мобильных элементов и других повторяющихся элементов низкой сложности. [9] [10] Неклассифицированный генетический материал встречается у людей и многих других видов. [1] [11] Их филогенетическая новизна может указывать на клеточные организмы или вирусы, из которых они произошли. [12]

Неклассифицированные микроорганизмы [ править ]

До 99% всех живых микроорганизмов не может быть культивировать , [13] [14] [15] [16] [17] так мало функциональных идеи существуют о метаболическом потенциале этих организмов.

Последовательности, которые, как считается, происходят от неизвестных микробов, называют «микробной темной материей» [18], «темным виромом» [19] или «грибами темной материи» [20]. Такие последовательности не редкость. Было подсчитано, что в материале от людей от 40 до 90% вирусных последовательностей происходят из Темной Материи. [21] [22] [23] Кровь человека содержит более трех тысяч различных последовательностей ДНК, которые еще невозможно идентифицировать. [24]

Были разработаны алгоритмы, которые исследуют последовательности на предмет сходства с последовательностями бактериальной 16S РНК, [25] сходства K-мер с известными вирусами, [26] специфических особенностей использования кодонов [27] или для вывода о существовании белков. [28] Эти подходы предполагают, например, существование нового бактериофага семейства microviridae , [28] и нового бактериоидоподобного фага. [29] Другие исследования подтвердили существование 264 новых вирусных родов, обнаруженных в общедоступных базах данных, [30]и исследование крови человека показало, что у 42% людей есть по крайней мере по одному ранее неизвестному вирусу, что добавляет до 19 различных новых родов. [31] Всестороннее исследование последовательностей ДНК из нескольких образцов человека позволило сделать вывод о существовании 4930 видов микробов, о 77% из которых ранее не сообщалось. [32] Связанные со здоровьем находки включают профаг, который может быть связан с циррозом печени, [26] и семь новых последовательностей, полученных от детей с диабетом типа 1, которые имеют характеристики вирусов. [33] Хотя они могут существовать, в Темной Материи не было обнаружено организмов, которые явно вызывают болезни человека.

См. Также [ править ]

  • Микробиологическая культура  - метод, позволяющий микроорганизмам размножаться в контролируемой среде.
  • Теневая биосфера  - гипотетическая микробная биосфера Земли, в которой будут использоваться биохимические и молекулярные процессы, радикально отличающиеся от известных в настоящее время жизни.
  • Таксономия  - наука о наименовании, определении и классификации организмов
  • Ксенобиология  - наука о синтетических формах жизни

Ссылки [ править ]

  1. ↑ a b Wu D, Wu M, Halpern A, Rusch DB, Yooseph S, Frazier M, Venter JC, Eisen JA (март 2011 г.). «Преследование четвертой области в метагеномных данных: поиск, обнаружение и интерпретация новых, глубоких ветвей в филогенетических деревьях маркерных генов» . PLOS ONE . 6 (3): e18011. Bibcode : 2011PLoSO ... 618011W . DOI : 10.1371 / journal.pone.0018011 . PMC  3060911 . PMID  21437252 . Краткое содержание - New Scientist (18 марта 2011 г.).
  2. ^ Lopez P, S Halary, Bapteste E (октябрь 2015). «Сильно расходящиеся древние генные семейства в метагеномных образцах совместимы с дополнительными делениями жизни» . Биология Директ . 10 : 64. DOI : 10,1186 / s13062-015-0092-3 . PMC 4624368 . PMID 26502935 . Краткое содержание - New Scientist (11 ноября 2015 г.).  
  3. Перейти ↑ Carey N (2015). Мусорная ДНК: путешествие по темной материи генома . Издательство Колумбийского университета. ISBN 9780231170840.
  4. ^ Kolata G (5 сентября 2012). «Кусочки таинственной ДНК, далекие от« мусора », играют решающую роль» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 9 сентября 2015 .
  5. ↑ Boyle R (6 сентября 2012 г.). «Внутри загадочной темной материи человеческого генома» . Популярная наука . Проверено 9 сентября 2015 .
  6. ^ Pugh BF, Восс K (13 сентября 2013). «Ученые открывают истоки геномной« темной материи » » . Penn State Science . Проверено 9 сентября 2015 .
  7. ^ «Ученые пролили свет на биологическую« темную материю » » . Федеральная политехническая школа Лозанны . 20 января 2014 . Проверено 9 сентября 2015 .
  8. ^ Ван Бакель H, Nislow C, Blencowe BJ, Hughes TR (май 2010). Эдди С.Р. (ред.). «Большинство транскриптов« темной материи »связаны с известными генами» . PLOS Биология . 8 (5): e1000371. DOI : 10.1371 / journal.pbio.1000371 . PMC 2872640 . PMID 20502517 .  
  9. ^ Де Конинг А.П., Гу W, Castoe Т.А., Батцер М.А., Поллок DD (декабрь 2011). «Повторяющиеся элементы могут составлять более двух третей генома человека» . PLOS Genetics . 7 (12): e1002384. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1002384 . PMC 3228813 . PMID 22144907 .  
  10. ^ Maumus Р, Quesneville Н (2014). «Глубокое исследование мусорной ДНК Arabidopsis thaliana выявило континуум между повторяющимися элементами и темной материей генома» . PLOS ONE . 9 (4): e94101. Bibcode : 2014PLoSO ... 994101M . DOI : 10.1371 / journal.pone.0094101 . PMC 3978025 . PMID 24709859 .  
  11. ↑ Barras C (18 марта 2011 г.). «Темная материя биологии намекает на четвертую сферу жизни» . Новый ученый . Reed Business Information Ltd. 209 (2805): 16. Bibcode : 2011NewSc.209Q..16B . DOI : 10.1016 / S0262-4079 (11) 60657-X . Проверено 23 августа 2015 года .
  12. ^ Кемсли Т (13 июля 2015). «Новое исследование« Темной материи »биологии заполняет основные дыры в Древе жизни» . Новости мира природы . Проверено 9 сентября 2015 .
  13. ^ Хуан ВЭ, Сонг Y, Сюй Дж (январь 2015). «Одноклеточная биотехнология, проливающая свет на биологическую« темную материю »в природе» . Микробная биотехнология . 8 (1): 15–16. DOI : 10.1111 / 1751-7915.12249 . PMC 4321360 . PMID 25627841 .  
  14. ↑ Лок C (16 июня 2015 г.). «Добыча микробной темной материи» . Новости природы . Проверено 9 сентября 2015 .
  15. ↑ Check-Hayden E (14 июля 2013 г.). «Исследователи видят микробную« темную материю » » . Новости природы . Проверено 9 сентября 2015 .
  16. ^ Gronstal AL (4 ноября 2011). «Изучение темной материи биологии» . Институт астробиологии НАСА . Проверено 9 сентября 2015 .
  17. ^ Rinke С (2015). «Что такое микробная темная материя и почему мы должны ее исследовать?» . Микробная темная материя . Проверено 9 сентября 2015 .
  18. ↑ Лок C (июнь 2015 г.). «Добыча микробной темной материи» . Природа . 522 (7556): 270–73. Bibcode : 2015Natur.522..270L . DOI : 10.1038 / 522270a . PMID 26085253 . 
  19. ^ Ханниган GD, Майзель JS, Tyldsley AS, Чжэн Q, Hodkinson BP, SanMiguel AJ, Мино S, бушменов FD, Грайс EA (октябрь 2015). «Виром двухцепочечной ДНК кожи человека: топографическое и временное разнообразие, генетическое обогащение и динамические ассоциации с микробиомом хозяина» . mBio . 6 (5): e01578-15. DOI : 10,1128 / mBio.01578-15 . PMC 4620475 . PMID 26489866 .  
  20. ^ Ryberg М, Нильссон RH (2018). «Новый свет в названиях и названии темных таксонов» . MycoKeys . 30 (30): 31–39. DOI : 10.3897 / mycokeys.30.24376 . PMC 5904500 . PMID 29681731 .  
  21. ^ Aggarwala В, Г Лян, бушмена ФО (2017). «Вирусные сообщества кишечника человека: метагеномный анализ состава и динамики» . Мобильная ДНК . 8 : 12. DOI : 10,1186 / s13100-017-0095-у . PMC 5627405 . PMID 29026445 .  
  22. ^ Kramná л, Kolarova К, Oikarinen S, Pursiheimo JP, Ilonen Дж, Simell О, Книп М, Veijola R, Hyöty Н, Cinek вывода (май 2015 г.). «Секвенирование вирома кишечника у детей с ранним островковым аутоиммунитетом» . Уход за диабетом . 38 (5): 930–33. DOI : 10.2337 / dc14-2490 . PMID 25678103 . 
  23. ^ Кришнамурти SR, Ван Д. (июль 2017 г.). «Истоки и проблемы вирусной темной материи». Вирусные исследования . 239 : 136–42. DOI : 10.1016 / j.virusres.2017.02.002 . PMID 28192164 . 
  24. ^ Коварски М, Camunas-Soler Дж, Kertesz М, Де Vlaminck Я, Ко Вт, пан Вт, Мартин л, Neff Н. Ф., Окамото Дж, Вонг RJ, Kharbanda S, Эль-Сайед Y, Блуменфельд Y, Стивенсон Д. К., Шоу Г.М. , Вулф Н.Д., Quake SR (сентябрь 2017 г.). «Множество не охарактеризованных и сильно различающихся микробов, которые колонизируют людей, обнаруживаются с помощью циркулирующей внеклеточной ДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (36): 9623–28. DOI : 10.1073 / pnas.1707009114 . PMC 5594678 . PMID 28830999 .  
  25. ^ Bowman JS (2018). «Идентификация микробной темной материи в окружающей среде Антарктики» . Границы микробиологии . 9 : 3165. DOI : 10,3389 / fmicb.2018.03165 . PMC 6305705 . PMID 30619224 .  
  26. ^ a b Ren J, Ahlgren NA, Lu YY, Fuhrman JA, Sun F (июль 2017 г.). «VirFinder: новый инструмент на основе k-mer для идентификации вирусных последовательностей на основе собранных метагеномных данных» . Микробиом . 5 (1): 69. DOI : 10,1186 / s40168-017-0283-5 . PMC 5501583 . PMID 28683828 .  
  27. ^ Бжалава Z, Tampuu А, Bala Р, Р - Висенте, Dillner J (сентябрь 2018). «Машинное обучение для обнаружения вирусных последовательностей в наборах метагеномных данных человека» . BMC Bioinformatics . 19 (1): 336. DOI : 10,1186 / s12859-018-2340-х . PMC 6154907 . PMID 30249176 .  
  28. ^ a b Barrientos-Somarribas M, Messina DN, Pou C, Lysholm F, Bjerkner A, Allander T, Andersson B, Sonnhammer EL (январь 2018 г.). «Обнаружение вирусных геномов в метагеномных данных человека путем прогнозирования неизвестных семейств белков» . Научные отчеты . 8 (1): 28. Bibcode : 2018NatSR ... 8 ... 28B . DOI : 10.1038 / s41598-017-18341-7 . PMC 5758519 . PMID 29311716 .  
  29. ^ Огильви Л.А., Bowler Л.Д., Кэплин Дж, Деди С, Diston Д, Е Щека, Тейлор Н, Эбдон JE, Джонс Б. В. (2013). «Рассечение метагеномов кишечника человека на основе геномных сигнатур для извлечения подсознательных вирусных последовательностей» . Nature Communications . 4 : 2420. Bibcode : 2013NatCo ... 4.2420O . DOI : 10.1038 / ncomms3420 . PMC 3778543 . PMID 24036533 .  
  30. ^ Roux S, Халлэй SJ, Woyke T, Sullivan MB (июль 2015). «Темная материя вируса и взаимодействия вируса с хозяином разрешены из общедоступных микробных геномов» . eLife . 4 . DOI : 10.7554 / eLife.08490 . PMC 4533152 . PMID 26200428 .  
  31. ^ Moustafa A, Xie C, Kirkness E, Biggs W, Wong E, Turpaz Y, Bloom K, Delwart E, Nelson KE, Venter JC, Telenti A (март 2017). «Виром ДНК крови у 8000 человек» . PLOS Патогены . 13 (3): e1006292. DOI : 10.1371 / journal.ppat.1006292 . PMC 5378407 . PMID 28328962 .  
  32. ^ Pasolli E, Asnicar F, Manara S, Zolfo M, Karcher N, Armanini F, Beghini F, Manghi P, Tett A, Ghensi P, Collado MC, Rice BL, DuLong C, Morgan XC, Golden CD, Айва C, Хаттенхауэр C, Segata N (январь 2019 г.). «Обширное неизведанное разнообразие микробиома человека, выявленное более чем 150 000 геномов из метагеномов, охватывающих возраст, географию и образ жизни» . Cell . 176 (3): 649–662.e20. DOI : 10.1016 / j.cell.2019.01.001 . PMC 6349461 . PMID 30661755 .  
  33. ^ Cinek О, Kramna л, Лин - J, S Oikarinen, Kolarova К, Ilonen Дж, Simell О, Veijola R, R Аутио, Hyöty Н (ноябрь 2017 г.). «Несбалансированность бактериомных профилей в финском исследовании по прогнозированию и профилактике диабета: параллельное использование профилей 16S и секвенирования вирома в образцах стула у детей с островковым аутоиммунитетом и подобранной контрольной группы». Детский диабет . 18 (7): 588–98. DOI : 10.1111 / pedi.12468 . PMID 27860030 . S2CID 19106167 .