Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с Essential Genes )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Незаменимые гены - это незаменимые гены для организмов, чтобы они могли расти и воспроизводить потомство в определенных условиях. [1] Однако существенность во многом зависит от обстоятельств, в которых живет организм. Например, ген, необходимый для переваривания крахмала, необходим только в том случае, если крахмал является единственным источником энергии. В последнее время были предприняты систематические попытки идентифицировать те гены, которые абсолютно необходимы для поддержания жизни при условии, что все питательные вещества доступны. [2] Такие эксперименты привели к выводу, что абсолютно необходимое количество генов для бактерий составляет порядка 250–300. Основные гены одноклеточных организмов кодируют белки для трех основных функций, включая обработку генетической информации, оболочки клеток и производство энергии. [1] Эти функции генов используются для поддержания центрального метаболизма , репликации ДНК , трансляции генов в белки , поддержания базовой клеточной структуры и опосредования транспортных процессов в клетку и из клетки. Большинство генов не обязательны, но передают селективные преимущества и повышенную приспособленность. По сравнению с одноклеточными организмами, у многоклеточных организмов есть более важные гены, связанные с общением и развитием. Большинство основных генов вирусов связаны с обработкой и сохранением генетической информации. В отличие от большинства одноклеточных организмов, вирусы лишены многих важных генов метаболизма [1], что вынуждает их нарушать метаболизм хозяина. Большинство генов не обязательны, но передают селективные преимущества и повышенную приспособленность . Следовательно, подавляющее большинство генов не являются необходимыми, и многие из них могут быть удалены без последствий, по крайней мере, в большинстве случаев.

Бактерии: полногеномные исследования [ править ]

Для идентификации основных генов на основе всего генома были использованы две основные стратегии: направленная делеция генов и случайный мутагенез с использованием транспозонов . В первом случае аннотированные отдельные гены (или ORF ) полностью удаляются из генома систематическим образом. При опосредованном транспозоном мутагенезе транспозоны случайным образом вставляются в максимально возможное количество позиций в геноме, чтобы нарушить функцию генов-мишеней (см. Рисунок ниже). Встраиваемые мутанты, которые все еще способны выживать или расти, предполагают, что транспозон встроен в ген, который не является необходимым для выживания. Расположение вставок транспозонов можно определить путем гибридизации с микрочипами [3] или с помощьюсеквенирование транспозонов . Сводка таких экранов представлена ​​в таблице. [2] [4]

ОрганизмМутагенезМетодикаЗачитатьORFNon-ess.Существенный% Ess.НотыRef.
Mycoplasma genitalium / pneumoniaeСлучайныйчисленность населенияПоследовательность действий482130265–35055–73%---[5]
Mycoplasma genitaliumСлучайныйКлоныПоследовательность действий48210038279%до н.э[6]
Золотистый стафилококк WCUH29СлучайныйКлоныПоследовательность действий2600н / д168н / ддо н.э[7]
Золотистый стафилококк RN4220СлучайныйКлоныПоследовательность действий2 892н / д65823%---[8]
Haemophilus influenzae RdСлучайныйчисленность населенияСлед-ПЦР1,65760267040%---[9]
Streptococcus pneumoniae Rx-1ЦелевыеКлоныФормирование колонии2,043234113н / дc[10]
Streptococcus pneumoniae D39ЦелевыеКлоныФормирование колонии2,043560133н / дc[11]
Streptococcus pyogenes 5448,00СлучайныйТранспозонTn-seq1865?22712%---[12]
Streptococcus pyogenes NZ131СлучайныйТранспозонTn-seq1,700?24114%---[12]
Streptococcus sanguinis SK36ЦелевыеКлоныФормирование колонии2,2702,05221810%а, к[1] [13]
Микобактерии туберкулеза H37RvСлучайныйчисленность населенияМикрочип3 9892,56761415%---[14]
Микобактерии туберкулезаСлучайныйТранспозон?3 989?40110%---[15]
Микобактерии туберкулеза H37RvСлучайныйТранспозонNG-секвенирование3 989?77419%---[16] [17]
Микобактерии туберкулеза H37RvСлучайныйТранспозонNG-секвенирование3 9893 36462516%Привет[18]
Микобактерии туберкулеза---ВычислительнаяВычислительная3 989?2837%---[19]
Bacillus subtilis 168ЦелевыеКлоныФормирование колонии4 1053 8302617%а, г, г[20] [21]
Кишечная палочка К-12 MG1655Случайныйчисленность населенияСлед-ПЦР4 3083,12662014%---[22]
Кишечная палочка К-12 MG1655ЦелевыеКлоныФормирование колонии4 3082 001н / дн / да, е[23]
Кишечная палочка K-12 BW25113ЦелевыеКлоныФормирование колонии43903 9853037%а[24]
Pseudomonas aeruginosa PAO1СлучайныйКлоныПоследовательность действий5 570478367812%а[25]
Porphyromonas gingivalisСлучайныйТранспозонПоследовательность действий1,9901,52746323%---[26]
Pseudomonas aeruginosa PA14СлучайныйКлоныПоследовательность действий5 6884 4693356%а, е[27]
Сальмонелла тифимуриумСлучайныйКлоныПоследовательность действий4 425н / д257~ 11%до н.э[28]
Хеликобактер пилори G27Случайныйчисленность населенияМикрочип1,5761,17834422%---[29]
Коринебактерии глутамикумСлучайныйчисленность населения?3 002235265022%---[30]
Francisella novicidaСлучайныйТранспозон?1,7191,32739223%---[31]
Mycoplasma pulmonis UAB CTIPСлучайныйТранспозон?78247231040%---[34]
Холерный вибрион N16961СлучайныйТранспозон?3 890?77920%---[35]
Сальмонелла тифаСлучайныйТранспозон?4 646?3538%---[36]
Золотистый стафилококкСлучайныйТранспозон?~ 2,600?35114%---[37]
Caulobacter crescentusСлучайныйТранспозонTn-Seq3 8763 24048012,2%---[38]
Neisseria meningitidisСлучайныйТранспозон?2 158?58527%---[39]
Десульфовибрион аляскенсисСлучайныйТранспозонПоследовательность действий3 2582 87138712%---[40]

Таблица 1. Основные гены у бактерий . Мутагенез : мутанты- мишени представляют собой делеции генов; случайные мутанты представляют собой вставки транспозонов . Методы : клоны указывают на делеции одного гена, популяция указывает на мутагенез всей популяции, например, с использованием транспозонов. Основные гены из популяционных экранов включают гены, необходимые для приспособленности (см. Текст). ORF : количество всех открытых рамок считывания в этом геноме. Ноты: (а) доступна коллекция мутантов; (б) метод прямого скрининга существенности (например, с помощью антисмысловой РНК), который не предоставляет информацию о несущественных генах. (c) Доступен только частичный набор данных. (d) Включает прогнозируемую значимость генов и сбор данных из опубликованных исследований важности отдельных генов. (e) Проект в стадии реализации. (f) Выведено путем сравнения двух наборов данных по важности генов, полученных независимо у штаммов P. aeruginosa PA14 и PAO1. (g) Исходный результат для 271 существенного гена был скорректирован до 261, причем 31 ген, которые считались важными, на самом деле несущественными, тогда как с тех пор было описано 20 новых основных генов. [21](h) Подсчет генов с существенными доменами и тех, которые приводят к дефектам роста, когда они нарушены, как существенные, и тех, которые приводят к преимуществам роста, когда нарушаются, как несущественные. (i) Включена полностью насыщенная мутантная библиотека из 14 повторов, с 84,3% возможных сайтов вставки по крайней мере с одной вставкой транспозона. (j) Каждый существенный ген был независимо подтвержден не менее пяти раз.

Основные гены Mycobacterium tuberculosis H37Rv, обнаруженные с помощью транспозонов, которые вставляются в случайные позиции в геноме. Если в гене не обнаружены транспозоны, ген, скорее всего, важен, поскольку он не переносит никаких вставок. В этом примере важные гены биосинтеза гема hemA, hemB, hemC, hemD лишены вставок. Число считываний последовательности («считываний / ТА») показано для указанной области хромосомы H37Rv. Указаны потенциальные сайты встраивания динуклеотидов ТА. Изображение Griffin et al. 2011. [16]

На основе полногеномных экспериментальных исследований и анализа системной биологии, Kong et al. (2019) для предсказания> 4000 видов бактерий. [41]

Эукариоты [ править ]

В Saccharomyces cerevisiae (почкующиеся дрожжи) важны 15-20% всех генов. У Schizosaccharomyces pombe (делящиеся дрожжи) было сконструировано 4836 гетерозиготных делеций, покрывающих 98,4% из 4914 белков, кодирующих открытые рамки считывания. 1260 из этих делеций оказались существенными. [42]

Подобные скрининги труднее проводить на других многоклеточных организмах, включая млекопитающих (в качестве модели для людей), по техническим причинам, и их результаты менее ясны. Тем не менее, различные методы были разработаны для нематоды червя C. Элеганс , [43] дрозофилы, [44] и данио [45] (смотри таблицу). Недавнее исследование 900 генов мышей пришло к выводу, что 42% из них были важными, хотя выбранные гены не были репрезентативными. [46]

Эксперименты с нокаутом генов на людях невозможны или, по крайней мере, неэтичны. Однако естественные мутации привели к выявлению мутаций, которые приводят к ранней или более поздней смерти эмбриона. [47] Обратите внимание, что многие гены у людей не являются абсолютно необходимыми для выживания, но при мутации могут вызывать тяжелые заболевания. Такие мутации занесены в каталог онлайн- базы данных Mendelian Inheritance in Man (OMIM). В компьютерном анализе генетической изменчивости и мутаций в 2472 человеческих ортологах известных основных генов мышей Георги и др. обнаружили сильный очищающий отбор и сравнительно пониженные уровни вариабельности последовательностей, что указывает на то, что эти человеческие гены тоже важны. [48]

Хотя доказать, что ген важен для человека, может быть сложно, можно продемонстрировать, что ген не является важным или даже не вызывает заболевания. Например, секвенирование геномов 2636 исландских граждан и генотипирование 101 584 дополнительных субъектов выявили 8 041 человек, у которых был полностью нокаутирован 1 ген (т.е. эти люди были гомозиготными по нефункциональному гену). [49] Из 8041 человека с полным нокаутом, 6885 были оценены как гомозиготы , 1249 - как составные гетерозиготы (т.е. у них были нокаутированы оба аллеля гена, но эти два аллеля имели разные мутации). У этих людей в общей сложности 1171 человек из 19135 человек ( RefSeq) гены (6,1%) были полностью нокаутированы. Был сделан вывод, что эти 1171 ген не являются необходимыми для человека - по крайней мере, о связанных заболеваниях не сообщалось. [49] Аналогичным образом, последовательности экзома 3222 взрослых британцев пакистанского происхождения с высоким уровнем родительского родства выявили 1111 редких вариантов гомозиготных генотипов с прогнозируемой потерей функции гена (LOF = нокауты) в 781 гене. [50] Это исследование обнаружило в среднем 140 предсказанных генотипов LOF (на одного пациента), включая 16 редких ( частота минорных аллелей <1%) гетерозигот, 0,34 редких гомозигот, 83,2 обычных гетерозигот и 40,6 обычных гомозигот. Почти все редкие гомозиготные генотипы LOF были обнаружены в аутозиготных сегментах (94,9%). [50] Несмотря на то, что у большинства из этих людей не было очевидных проблем со здоровьем, связанных с их дефектными генами, вполне возможно, что при более детальном обследовании можно обнаружить незначительные проблемы со здоровьем.

Сводка экранов важности приведена в таблице ниже (в основном на основе Базы данных основных генов. [51]

ОрганизмМетодикаОсновные геныRef.
Arabidopsis thalianaВставка Т-ДНК777[52]
Caenorhabditis elegans (червь)РНК-интерференция294[43]
Данио рерио (рыба данио)Вставочный мутагенез288[45]
Drosophila melanogaster (плодовая муха)Мутагенез вставки Р-элемента339[44]
Homo sapiens (человек)Поиск литературы118[47]
Homo sapiens (человек)Экран на основе CRISPR / Cas91878[53]
Homo sapiens (человек)Скрининг гаплоидных генных ловушек~ 2000[54]
Homo sapiens (человек)ортологи мыши2 472[55]
Mus musculus (мышь)Поиск литературы2114[56]
Saccharomyces cerevisiae (дрожжи)Делеции одного гена878[57]
Saccharomyces cerevisiae (дрожжи)Делеции одного гена1 105[58]
Schizosaccharomyces pombe (дрожжи)Делеции одного гена1,260[42]

Вирусы [ править ]

Вирусы лишены многих генов, необходимых для метаболизма, [1] заставляя их нарушать метаболизм хозяина. Скрининг основных генов был проведен для нескольких вирусов. Например, было обнаружено , что цитомегаловирус человека (CMV) имеет 41 незаменимую, 88 несущественных и 27 дополняющих ORF (всего 150 ORF). Наиболее важные и дополняющие гены расположены в центральной области, а несущественные гены обычно группируются около концов вирусного генома. [59]

Tscharke и Dobson (2015) составили всесторонний обзор основных генов вируса осповакцины.и назначили роли каждой из 223 ORF штамма Western Reserve (WR) и 207 ORF штамма Copenhagen, оценивая их роль в репликации в культуре клеток. Согласно их определению, ген считается важным (т.е. играет роль в культуре клеток), если его делеция приводит к снижению титра вируса более чем в 10 раз на кривой одно- или многоступенчатого роста. Все гены, участвующие в производстве обернутых вирионов, образовании актинового хвоста и высвобождении внеклеточного вириона, также считались важными. Гены, которые влияют на размер бляшки, но не на репликацию, были определены как несущественные. Согласно этому определению 93 гена необходимы для репликации вируса осповакцины в клеточной культуре, в то время как 108 и 94 ORF из WR и Копенгагена, соответственно, не являются необходимыми. [60]Вирусы осповакцины с делециями на обоих концах генома вели себя так, как ожидалось, проявляя только легкие дефекты или дефекты диапазона хозяев. Напротив, объединение делеций на обоих концах генома для штамма VACV WR вызывало разрушительный дефект роста на всех тестируемых линиях клеток. Это демонстрирует, что делеции одного гена недостаточно для оценки важности генов и что для вируса осповакцины необходимо большее количество генов, чем первоначально предполагалось. [60]

Один из бактериофагов, проверенных на наличие основных генов, включает микобактериофаг Giles. По крайней мере, 35 из 78 предсказанных генов Джайлза (45%) не являются необходимыми для литического роста. Было обнаружено, что 20 генов необходимы. [61] Основная проблема с фаговыми генами заключается в том, что большинство их генов остаются функционально неизвестными, поэтому их роль трудно оценить. Экран из сальмонелла энтерика фага SPN3US выявлено 13 основных генов , хотя она остается немного затемнить , сколько генов действительно были протестированы. [62]

Количественный анализ существенности генов [ править ]

Теоретически существенные гены являются качественными. [1] Однако, в зависимости от окружающей среды, некоторые основные мутанты генов могут демонстрировать частичные функции, которые могут быть количественно определены в некоторых исследованиях. Например, делеция определенного гена может снизить скорость роста (или уровень фертильности или других признаков) до 90% от дикого типа. Если существуют изоферменты или альтернативные пути для основных генов, их можно полностью удалить. [1]

Синтетическая летальность [ править ]

Основная статья: Синтетическая летальность

Два гена являются синтетическими летальными, если ни один из них не является существенным, но когда оба мутированы, двойной мутант является летальным. По оценкам некоторых исследований, количество синтетических летальных генов может составлять порядка 45% всех генов. [63] [64]

Условно необходимые гены [ править ]

Схематическое изображение основных генов (или белков) в биосинтезе лизина различных бактерий . Один и тот же белок может быть необходим для одного вида, но не для другого.

Многие гены необходимы только при определенных обстоятельствах. Например, если в клетку доставляется аминокислота лизин, любой ген, необходимый для выработки лизина, не является необходимым. Однако, когда лизин не поступает, гены, кодирующие ферменты биосинтеза лизина, становятся важными, поскольку синтез белка невозможен без лизина. [4]

Streptococcus pneumoniae, по- видимому, требует 147 генов для роста и выживания в слюне , [65] больше, чем 113-133, которые были обнаружены в предыдущих исследованиях.

Удаление гена может привести к смерти или блокировке деления клеток . В то время как последний случай может означать «выживание» в течение некоторого времени, без деления клетки клетка все равно может умереть. Точно так же вместо блокирования клеточного деления клетка может иметь замедленный рост или метаболизм в диапазоне от почти неопределяемого до почти нормального. Таким образом, существует градиент от «существенного» к полностью несущественному, опять же в зависимости от состояния. Таким образом, некоторые авторы проводят различие между генами, « необходимыми для выживания » и « необходимыми для приспособленности ». [4]

Роль генетического фона . Подобно условиям окружающей среды, генетический фон может определять существенность гена: ген может быть важным для одного человека, но не для другого, учитывая его или ее генетическое происхождение. Дупликации генов - одно из возможных объяснений (см. Ниже).

Метаболическая зависимость . Гены, участвующие в определенных путях биосинтеза, таких как синтез аминокислот , могут стать несущественными, если одна или несколько аминокислот доставляются культуральной средой [1] или другим организмом. [66] Это основная причина, по которой многие паразиты (например, Cryptosporidium hominis ) [67] или эндосимбионтические бактерии потеряли многие гены (например, хламидиоз ). Такие гены могут быть важными, но присутствовать только в организме хозяина. Например, Chlamydia trachomatis не может синтезировать пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды de novo., поэтому эти бактерии зависят от генов биосинтеза нуклеотидов хозяина. [68]

Дублирование генов и альтернативные метаболические пути [ править ]

Многие гены дублируются в геноме, и многие организмы имеют разные метаболические пути (альтернативный метаболический путь [1] ) для синтеза одних и тех же продуктов. Такие дупликации ( паралоги ) и альтернативные метаболические пути часто делают важные гены несущественными, поскольку дубликат может заменить исходную копию. Например, ген, кодирующий фермент аспартокиназу , необходим для E. coli . Напротив, Bacillus subtilisгеном содержит три копии этого гена, ни одна из которых не является существенной сама по себе. Однако тройная делеция всех трех генов смертельна. В таких случаях существенность гена или группы паралогов часто можно предсказать, основываясь на важности одного существенного гена у разных видов. У дрожжей несколько основных генов дублируются в геноме: 8,5% несущественных генов, но только 1% основных генов имеют гомолог в геноме дрожжей. [58]

У червя C. elegans несущественные гены сильно представлены среди дубликатов, возможно, потому, что дублирование основных генов вызывает избыточную экспрессию этих генов. Woods et al. обнаружили, что несущественные гены чаще успешно дублируются (фиксируются) и теряются по сравнению с важными генами. Напротив, важные гены реже дублируются, но после успешного дублирования сохраняются в течение более длительных периодов времени. [69]

Сохранение [ править ]

Сохранение основных генов у бактерий , адаптировано из [70]

У бактерий существенные гены, по-видимому, более консервативны, чем несущественные гены [71], но корреляция не очень сильная. Например, только 34% основных генов B. subtilis имеют надежные ортологи во всех Firmicutes, а 61% основных генов E. coli имеют надежные ортологи во всех гамма-протеобактериях . [70] Fang et al. (2005) определили постоянные гены как гены, присутствующие в более чем 85% геномов клады. [70] Они обнаружили 475 и 611 таких генов для B. subtilis и E. coli., соответственно. Кроме того, они классифицировали гены на пять классов в соответствии с устойчивостью и существенностью: персистентные гены, основные гены, персистентные несущественные (PNE) гены (276 в B. subtilis , 409 в E. coli ), основные непостоянные (ENP) гены (73 в B .subtilis , 33 в E. coli ) и непостоянные несущественные (NPNE) гены (3558 у B. subtilis , 3525 у E. coli ). Fang et al. обнаружили 257 персистентных генов, которые существуют как у B. subtilis (для Firmicutes), так и у E. coli (для Gamma-протеобактерий). Из них 144 (соответственно 139) были ранее определены как существенные для B. subtilis.(соответственно E. coli ) и 25 (соответственно 18) из 257 генов не присутствуют в 475 персистентных генах B. subtilis (соответственно 611 E. coli) . Все остальные члены пула - это гены PNE. [70]

У эукариот 83% однозначных ортологов между Schizosaccharomyces pombe и Saccharomyces cerevisiae имеют сохраненную эссенциальность, то есть они несущественны для обоих видов или существенны для обоих видов. Остальные 17% генов несущественны для одного вида и существенны для другого. [72] Это весьма примечательно, учитывая, что S. pombe отделен от S. cerevisiae примерно 400 миллионами лет эволюции. [73]

В целом, высококонсервативные и, следовательно, более старые гены (т. Е. Гены с более ранним филогенетическим происхождением) более важны, чем более молодые гены, даже если они были продублированы. [74]

Исследование [ править ]

Экспериментальное изучение основных генов ограничено тем фактом, что, по определению, инактивация важного гена смертельна для организма. Следовательно, их нельзя просто удалить или мутировать для анализа полученных фенотипов (распространенный метод в генетике ).

Однако есть некоторые обстоятельства, при которых можно манипулировать важными генами. У диплоидных организмов может потребоваться только одна функциональная копия некоторых важных генов ( гаплодостаточность ), при этом гетерозигота демонстрирует поучительный фенотип. Некоторые важные гены могут переносить мутации, которые являются вредными, но не полностью летальными, поскольку они не отменяют полностью функцию гена.

Вычислительный анализ может выявить многие свойства белков, не анализируя их экспериментально, например, глядя на гомологичные белки , функции, структуру и т. Д. (См. Также ниже, Предсказание основных генов ). Продукты основных генов также можно изучать при экспрессии в других организмах или при очистке и изучении in vitro .

Условно незаменимые гены изучать легче. Были идентифицированы чувствительные к температуре варианты основных генов, которые кодируют продукты, которые теряют функцию при высоких температурах и поэтому проявляют фенотип только при повышенной температуре. [75]

Воспроизводимость [ править ]

Если скрининг основных генов повторяется в независимых лабораториях, они часто приводят к другим спискам генов. Например, скрининг E. coli выявил от ~ 300 до ~ 600 основных генов (см. Таблицу 1 ). Такие различия еще более выражены при использовании разных штаммов бактерий (см. Рисунок 2 ). Распространенное объяснение состоит в том, что условия эксперимента различны или что природа мутации может отличаться (например, полная делеция гена по сравнению с мутантом транспозона). [4]Транспозонные экраны, в частности, трудно воспроизвести, учитывая, что транспозон может вставляться во многие позиции в пределах гена. Вставки к 3'-концу основного гена могут не иметь летального фенотипа (или вообще не иметь фенотипа) и, таким образом, могут не распознаваться как таковые. Это может привести к ошибочным аннотациям (здесь: ложноотрицательные). [76]

Сравнение экранов CRISPR / cas9 и RNAi . Скрининг для идентификации основных генов в линии клеток хронического миелогенного лейкоза человека K562 с помощью этих двух методов показал лишь ограниченное совпадение. При 10% ложноположительном уровне было обнаружено ~ 4500 генов при скрининге Cas9 по сравнению с ~ 3100 при скрининге shRNA , при этом только ~ 1200 генов были идентифицированы в обоих. [77]

Различные основные гены у разных организмов [ править ]

У разных организмов могут быть разные основные гены. Например, Bacillus subtilis имеет 271 важный ген. [20] Около половины (150) ортологичных генов E. coli также имеют важное значение. Еще 67 генов, которые необходимы для E. coli , не являются существенными для B. subtilis , в то время как 86 основных генов E. coli не имеют ортолога B. subtilis . [24] Для Mycoplasma genitalium необходимы по крайней мере 18 генов, которые не являются существенными для M. bovis. [78] Многие из этих различных важных генов вызваны паралогами или альтернативными метаболическими путями.[1]

Такие различные важные гены у бактерий можно использовать для разработки целевых антибактериальных терапий против определенных специфических патогенов, чтобы снизить устойчивость к антибиотикам в эпоху микробиома. [79] Stone et al (2015) использовали разницу в основных генах у бактерий для разработки селективных лекарств против орального патогена Porphyromonas gingivalis , а не от полезных бактерий Streptococcus sanguis . [80]

Прогноз [ править ]

Основные гены можно предсказать с помощью вычислений. Однако большинство методов в той или иной степени используют экспериментальные данные («обучающие наборы»). Chen et al. [81] определили четыре критерия выбора обучающих наборов для таких прогнозов: (1) основные гены в выбранном обучающем наборе должны быть надежными; (2) условия роста, в которых определены основные гены, должны быть последовательными в наборах для обучения и прогнозирования; (3) виды, используемые в качестве обучающей выборки, должны быть тесно связаны с организмом-мишенью; и (4) организмы, используемые в качестве обучающих и предсказательных наборов, должны демонстрировать сходные фенотипы или образ жизни. Они также обнаружили, что размер обучающей выборки должен составлять не менее 10% от общего числа генов, чтобы давать точные прогнозы. Вот некоторые подходы к прогнозированию основных генов:

Сравнительная геномика . Вскоре после появления первых геномов ( Haemophilus influenzae и Mycoplasma genitalium ) Mushegian et al. [82] попытались предсказать количество основных генов на основе общих генов у этих двух видов. Было высказано предположение, что только основные гены должны сохраняться на большом эволюционном расстоянии, разделяющем две бактерии. Это исследование выявило около 250 основных генов-кандидатов. [82] По мере того, как становилось доступным больше геномов, количество предсказанных основных генов продолжало сокращаться, потому что большее количество геномов разделяло все меньше и меньше генов. В результате был сделан вывод, что универсальное консервативное ядро ​​состоит менее чем из 40 генов. [83] [84] Однако этот набор консервативных генов не идентичен набору основных генов, поскольку разные виды полагаются на разные основные гены.

Аналогичный подход был использован , чтобы вывести необходимые гены из пан-генома из Brucella видов. 42 полных генома Brucella и в общей сложности 132 143 гена, кодирующих белок, были использованы для прогнозирования 1252 потенциальных основных генов, полученных из основного генома, путем сравнения с базой данных основных генов прокариот. [85]

Сетевой анализ . После того, как были опубликованы первые сети взаимодействия белков дрожжей , [86] было обнаружено, что белки с сильными связями (например, посредством белок-белковых взаимодействий ), скорее всего, будут иметь важное значение. [87] Однако высокосвязные белки могут быть экспериментальными артефактами, а высокая связность может представлять скорее плейотропию, чем существенность. [88] Тем не менее, сетевые методы были улучшены за счет добавления других критериев и, следовательно, имеют некоторую ценность для прогнозирования основных генов. [89]

Машинное обучение . Hua et al. использовали машинное обучение для предсказания основных генов у 25 видов бактерий . [90]

Индекс Херста . Лю и др. (2015) [91] использовали показатель Херста , характерный параметр для описания дальнодействующей корреляции в ДНК для предсказания основных генов. В 31 из 33 бактериальных геномов уровни значимости показателей Херста основных генов были значительно выше, чем для соответствующего полного набора генов, тогда как уровни значимости показателей Херста второстепенных генов остались неизменными или увеличились лишь незначительно.

Минимальные геномы . Также считалось, что основные гены могут быть выведены из минимальных геномов, которые предположительно содержат только основные гены. Проблема здесь в том, что самые маленькие геномы принадлежат паразитическим (или симбионтным) видам, которые могут выжить с сокращенным набором генов, поскольку они получают много питательных веществ от своих хозяев. Например, один из самых маленьких геномов - это геном Hodgkinia cicadicola , симбионта цикад, содержащий всего 144 килобайт ДНК, кодирующей только 188 генов. [92] Как и другие симбионты, Hodgkinia получает многие питательные вещества от хозяина, поэтому ее гены не должны быть важными.

Метаболическое моделирование . Существенные гены можно также предсказать в полностью секвенированных геномах путем метаболической реконструкции , то есть путем реконструкции полного метаболизма по содержанию гена и затем идентификации тех генов и путей, которые оказались важными у других видов. Однако этот метод может быть нарушен белками с неизвестной функцией. Кроме того, у многих организмов есть резервные или альтернативные пути, которые необходимо учитывать (см. Рисунок 1). Базлер (2015) также использовал метаболическое моделирование для разработки метода прогнозирования основных метаболических генов. [93] Анализ баланса потоков , метод метаболического моделирования, недавно был использован для прогнозирования важных генов в метаболизме светлоклеточного почечно-клеточного рака. [94]

Гены неизвестной функции . Удивительно, но значительная часть важных генов не имеет известной функции. Например, среди 385 основных кандидатов в M. genitalium 95 генов нельзя было приписать ни одной функции [6], даже несмотря на то, что это число было уменьшено до 75 к 2011 году. [84] Большинство неизвестных функционально важных генов обладают потенциальными биологическими функциями, связанными с к одной из трех основных функций. [1]

ZUPLS . Song et al. представили новый метод прогнозирования основных генов, который использует только Z-кривую и другие особенности, основанные на последовательностях. [95] Такие характеристики можно легко вычислить по последовательностям ДНК / аминокислот. Однако надежность этого метода остается неясной.

Основные серверы предсказания генов . Guo et al. (2015) разработали три онлайн-сервиса для прогнозирования основных генов в бактериальных геномах. Эти свободно доступные инструменты применимы для отдельных последовательностей генов без аннотированных функций, отдельных генов с определенными именами и полных геномов бактериальных штаммов. [96] Kong et al. (2019) разработали базу данных ePath , которую можно использовать для поиска> 4000 видов бактерий для прогнозирования основных генов. [41]

Основные белковые домены [ править ]

Хотя большинство важных генов кодируют белки, многие важные белки состоят из одного домена. Этот факт был использован для идентификации основных белковых доменов. Goodacre et al. идентифицировали сотни важных доменов с неизвестной функцией (eDUF). [97] Лу и др. [98] представили аналогичный подход и идентифицировали 3450 доменов, которые необходимы по крайней мере для одного вида микробов.

См. Также [ править ]

  • Незаменимая аминокислота
  • Незаменимые белки в белковых комплексах
  • Ген
  • Геном
  • Минимальный геном
  • Мутация

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е г ч я J K Xu, Ping; Ге, Сючунь; Чен, Лэй; Ван, Сяоцзин; Доу, Юэтань; Сюй, Джерри З .; Patel, Jenishkumar R .; Стоун, Виктория; Trinh, Мой; Эванс, Карра; Котенок, Тодд (декабрь 2011 г.). «Общегеномная идентификация основных генов Streptococcus sanguinis» . Научные отчеты . 1 (1): 125. Bibcode : 2011NatSR ... 1E.125X . DOI : 10.1038 / srep00125 . ISSN  2045-2322 . PMC  3216606 . PMID  22355642 .
  2. ↑ a b Zhang R, Lin Y (январь 2009 г.). «DEG 5.0, база данных основных генов прокариот и эукариот» . Исследования нуклеиновых кислот . 37 (Проблема с базой данных): D455-8. DOI : 10.1093 / NAR / gkn858 . PMC 2686491 . PMID 18974178 .  
  3. ^ Sassetti CM, Boyd DH, Рубин EJ (2003). «Гены, необходимые для роста микобактерий, определяемые мутагенезом высокой плотности» . Mol Microbiol . 48 (1): 77–84. DOI : 10.1046 / j.1365-2958.2003.03425.x . PMID 12657046 . 
  4. ^ a b c d Гердес С., Эдвардс Р., Кубал М., Фонштейн М., Стивенс Р., Остерман А. (октябрь 2006 г.). «Основные гены на метаболических картах». Текущее мнение в области биотехнологии . 17 (5): 448–56. DOI : 10.1016 / j.copbio.2006.08.006 . PMID 16978855 . 
  5. ↑ Hutchison CA, Peterson SN, Gill SR, Cline RT, White O, Fraser CM, Smith HO, Venter JC (декабрь 1999 г.). «Глобальный мутагенез транспозонов и минимальный геном микоплазмы». Наука . 286 (5447): 2165–9. DOI : 10.1126 / science.286.5447.2165 . PMID 10591650 . S2CID 235447 .  
  6. ^ a b Гласс Дж. И., Асад-Гарсия Н., Альперович Н., Юзеф С., Льюис М. Р., Маруф М., Хатчисон, Калифорния, Смит Х.О., Вентер Дж. К. (январь 2006 г.). «Основные гены минимальной бактерии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (2): 425–30. Bibcode : 2006PNAS..103..425G . DOI : 10.1073 / pnas.0510013103 . PMC 1324956 . PMID 16407165 .  
  7. ^ Ji Y, Чжан B, Ван SF, Уоррен P, Woodnutt G, Бернхем MK, Розенберг M (сентябрь 2001). «Идентификация критических стафилококковых генов с использованием условных фенотипов, генерируемых антисмысловой РНК». Наука . 293 (5538): 2266–9. Bibcode : 2001Sci ... 293.2266J . DOI : 10.1126 / science.1063566 . PMID 11567142 . S2CID 24126939 .  
  8. ^ Форсайт Р.А., Haselbeck RJ, Ульсон KL, Ямамото РТ, Сюй Н, Trawick JD, Стена D, Ван L, Браун-водитель В, Фроелич JM, С кг, Кинг Р, Маккарти М, Мэлоун С, Misiner В, Роббинс Д , Tan Z, Zhu Zy ZY, Carr G, Mosca DA, Zamudio C, Foulkes JG, Zyskind JW (март 2002 г.). «Общегеномная стратегия для идентификации основных генов Staphylococcus aureus» . Молекулярная микробиология . 43 (6): 1387–400. DOI : 10.1046 / j.1365-2958.2002.02832.x . PMID 11952893 . 
  9. ^ Акерли BJ, Рубин EJ, Новик В.Л., Amaya K, N Джадсон, Mekalanos JJ (январь 2002). «Анализ в масштабе генома для идентификации генов, необходимых для роста или выживания Haemophilus influenzae» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (2): 966–71. Bibcode : 2002PNAS ... 99..966A . DOI : 10.1073 / pnas.012602299 . PMC 117414 . PMID 11805338 .  
  10. ^ Thanassi JA, Хартман-Neumann SL, Догерти TJ, Догерти BA, Pucci MJ (июль 2002). «Идентификация 113 консервативных основных генов с использованием высокопроизводительной системы разрушения генов у Streptococcus pneumoniae» . Исследования нуклеиновых кислот . 30 (14): 3152–62. DOI : 10.1093 / NAR / gkf418 . PMC 135739 . PMID 12136097 .  
  11. ↑ Song JH, Ko KS, Lee JY, Baek JY, Oh WS, Yoon HS, Jeong JY, Chun J (июнь 2005 г.). «Идентификация основных генов Streptococcus pneumoniae с помощью мутагенеза замещения аллелей». Молекулы и клетки . 19 (3): 365–74. PMID 15995353 . 
  12. ^ Б Le Breton Y, Белью AT, Вальдесом КМ, Islam Е, Р, Curry Tettelin H, Shirtliff ME, Эль-Сайед Н.М., McIver KS (май 2015 г.). «Основные гены в основном геноме человеческого патогена Streptococcus pyogenes» . Научные отчеты . 5 : 9838. Bibcode : 2015NatSR ... 5E9838L . DOI : 10.1038 / srep09838 . PMC 4440532 . PMID 25996237 .  
  13. Перейти ↑ Chen L, Ge X, Xu P (2015). «Идентификация основных генов Streptococcus sanguinis с использованием делеционной мутации всего генома». Сущность гена . Методы молекулярной биологии. 1279 . С. 15–23. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_2 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMC  4819415 . PMID  25636610 .
  14. ^ Sassetti CM, Boyd DH, Рубин EJ (октябрь 2001). «Комплексная идентификация условно незаменимых генов у микобактерий» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (22): 12712–7. Bibcode : 2001PNAS ... 9812712S . DOI : 10.1073 / pnas.231275498 . PMC 60119 . PMID 11606763 .  
  15. ^ Lamichhane G, Фрейндлих JS, Ekins S, Wickramaratne N, Нолан ST, Bishai WR (февраль 2011). «Основные метаболиты Mycobacterium tuberculosis и их миметики» . mBio . 2 (1): e00301-10. DOI : 10,1128 / mBio.00301-10 . PMC 3031304 . PMID 21285434 .  
  16. ^ a b Гриффин JE, Гавронски JD, Dejesus MA, Ioerger TR, Akerley BJ, Sassetti CM (сентябрь 2011 г.). «Фенотипическое профилирование с высоким разрешением определяет гены, необходимые для роста микобактерий и катаболизма холестерина» . PLOS Патогены . 7 (9): e1002251. DOI : 10.1371 / journal.ppat.1002251 . PMC 3182942 . PMID 21980284 .  
  17. ^ Длинные JE, DeJesus М, Уорд D, Бейкер RE, Ioerger Т, Сассетти СМ (2015). «Идентификация основных генов Mycobacterium tuberculosis с помощью глобального фенотипического профилирования». Сущность гена . Методы молекулярной биологии. 1279 . С. 79–95. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_6 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636614 .
  18. ^ DeJesus М.А., Gerrick ER, Xu W, Парк SW, Long JE, Boutte CC, Рубин EJ, Schnappinger D, EHRT S, Fortune SM, Sassetti CM, Ioerger TR (январь 2017). "Комплексный анализ существенности генома Mycobacterium tuberculosis посредством насыщающего мутагенеза транспозонов" . mBio . 8 (1): e02133–16. DOI : 10,1128 / mBio.02133-16 . PMC 5241402 . PMID 28096490 .  
  19. ^ Гош S, Baloni P, S Мукерджи, Ананд P, N Chandra (декабрь 2013 г. ). «Многоуровневый многоуровневый подход к изучению основных генов Mycobacterium tuberculosis» . BMC Systems Biology . 7 : 132. DOI : 10,1186 / 1752-0509-7-132 . PMC 4234997 . PMID 24308365 .  
  20. ^ а б Кобаяши К., Эрлих С.Д., Альбертини А., Амати Г., Андерсен К.К., Арно М. и др. (Апрель 2003 г.). «Основные гены Bacillus subtilis» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (8): 4678–83. Bibcode : 2003PNAS..100.4678K . DOI : 10.1073 / pnas.0730515100 . PMC 153615 . PMID 12682299 .  
  21. ^ a b Commichau FM, Pietack N, Stülke J (июнь 2013 г.). «Основные гены в Bacillus subtilis: переоценка через десять лет». Молекулярные биосистемы . 9 (6): 1068–75. DOI : 10.1039 / c3mb25595f . PMID 23420519 . S2CID 23769853 .  
  22. ^ Гердес SY, Scholle MD, Кэмпбелл JW, Balázsi G, Ravasz E, Daugherty MD, et al. (Октябрь 2003 г.). «Экспериментальное определение и анализ системного уровня основных генов Escherichia coli MG1655» . Журнал бактериологии . 185 (19): 5673–84. DOI : 10.1128 / JB.185.19.5673-5684.2003 . PMC 193955 . PMID 13129938 .  
  23. ^ Канг Й., Дерфи Т., Гласнер Дж. Д., Цю Й., Фриш Д., Винтерберг К. М. и др. (Август 2004 г.). «Систематический мутагенез генома Escherichia coli» . Журнал бактериологии . 186 (15): 4921–30. DOI : 10.1128 / JB.186.15.4921-4930.2004 . PMC 451658 . PMID 15262929 .  
  24. ^ а б Баба Т., Ара Т., Хасэгава М., Такай Ю., Окумура Ю., Баба М. и др. (2006). «Конструирование Escherichia coli K-12 в рамке считывания, нокаут-мутантов по одному гену: коллекция Keio» . Молекулярная системная биология . 2 : 2006.0008. DOI : 10.1038 / msb4100050 . PMC 1681482 . PMID 16738554 .  
  25. ^ Jacobs MA, Alwood A, Thaipisuttikul I, Spencer D, Haugen E, Ernst S, et al. (Ноябрь 2003 г.). «Обширная библиотека транспозонов мутантов Pseudomonas aeruginosa» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (24): 14339–44. Bibcode : 2003PNAS..10014339J . DOI : 10.1073 / pnas.2036282100 . PMC 283593 . PMID 14617778 .  
  26. ^ Hutcherson JA, Gogeneni H, Yoder-Himes D, Hendrickson EL, Hackett M, Whiteley M, et al. (Август 2016 г.). «Сравнение неотъемлемых генов Porphyromonas gingivalis, идентифицированных в двух библиотеках секвенирования транспозонов» . Молекулярная микробиология полости рта . 31 (4): 354–64. DOI : 10.1111 / omi.12135 . PMC 4788587 . PMID 26358096 .  
  27. ^ Liberati NT, Urbach JM, Miyata S, Lee DG, Drenkard E, Wu G и др. (Февраль 2006 г.). «Упорядоченная, неизбыточная библиотека мутантов по вставке транспозона PA14 штамма Pseudomonas aeruginosa» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (8): 2833–8. Bibcode : 2006PNAS..103.2833L . DOI : 10.1073 / pnas.0511100103 . PMC 1413827 . PMID 16477005 .  
  28. ^ Кнут K, Niesalla H, Hueck CJ, Fuchs TM (март 2004). «Крупномасштабная идентификация основных генов сальмонелл путем улавливания летальных вставок». Молекулярная микробиология . 51 (6): 1729–44. DOI : 10.1046 / j.1365-2958.2003.03944.x . PMID 15009898 . 
  29. ^ Салама NR, Shepherd B, Falkow S (декабрь 2004). «Глобальный мутагенез транспозонов и анализ основных генов Helicobacter pylori» . Журнал бактериологии . 186 (23): 7926–35. DOI : 10.1128 / JB.186.23.7926-7935.2004 . PMC 529078 . PMID 15547264 .  
  30. Перейти ↑ Suzuki N, Inui M, Yukawa H (2011). Высокопроизводительный транспозонный мутагенез Corynebacterium glutamicum . Методы молекулярной биологии. 765 . С. 409–17. DOI : 10.1007 / 978-1-61779-197-0_24 . ISBN 978-1-61779-196-3. PMID  21815106 .
  31. ^ Gallagher LA, Рамаж E, Jacobs MA, Кауль R, Brittnacher M, Manoil C (январь 2007). «Полная библиотека мутантов транспозонов Francisella novicida, суррогата биологического оружия» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (3): 1009–14. Bibcode : 2007PNAS..104.1009G . DOI : 10.1073 / pnas.0606713104 . PMC 1783355 . PMID 17215359 .  
  32. ^ Stahl M, Stintzi A (июнь 2011). «Идентификация основных генов в геноме C. jejuni подчеркивает гипервариабельные области пластичности». Функциональная и интегративная геномика . 11 (2): 241–57. DOI : 10.1007 / s10142-011-0214-7 . PMID 21344305 . S2CID 24054117 .  
  33. ^ Stahl М, Stintzi А (2015). «Отслеживание транспозонов микрочипов для картирования условно важных генов у Campylobacter jejuni». Сущность гена . Методы молекулярной биологии. 1279 . С. 1–14. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_1 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636609 .
  34. ^ Французский CT, Лао P, Лорейн AE, Matthews BT, Ю. Н, Dybvig K (июль 2008). «Масштабный транспозонный мутагенез Mycoplasma pulmonis» . Молекулярная микробиология . 69 (1): 67–76. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2008.06262.x . PMC 2453687 . PMID 18452587 .  
  35. ^ Cameron DE, Урбах JM, Mekalanos JJ (июнь 2008). «Определенная мутантная библиотека транспозонов и ее использование для идентификации генов подвижности Vibrio cholerae» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (25): 8736–41. Bibcode : 2008PNAS..105.8736C . DOI : 10.1073 / pnas.0803281105 . PMC 2438431 . PMID 18574146 .  
  36. ^ Langridge GC, Phan MD, Turner DJ, Perkins TT, Parts L, Haase J, et al. (Декабрь 2009 г.). «Одновременный анализ каждого гена Salmonella Typhi с использованием одного миллиона мутантов транспозонов» . Геномные исследования . 19 (12): 2308–16. DOI : 10.1101 / gr.097097.109 . PMC 2792183 . PMID 19826075 .  
  37. ^ Чаудхури Р.Р., Аллен А.Г., Оуэн П.Дж., Шалом Г., Стоун К., Харрисон М. и др. (Июль 2009 г.). «Комплексная идентификация основных генов Staphylococcus aureus с использованием транспозон-опосредованной дифференциальной гибридизации (TMDH)» . BMC Genomics . 10 : 291. DOI : 10.1186 / 1471-2164-10-291 . PMC 2721850 . PMID 19570206 .  
  38. ^ Крестят B, E Abeliuk, Collier JM, Kalogeraki В.С., Passarelli B, Коллер JA, Феро MJ, МакАдамс HH, Шапиро L (август 2011). «Существенный геном бактерии» . Молекулярная системная биология . 7 : 528. DOI : 10.1038 / msb.2011.58 . PMC 3202797 . PMID 21878915 .  
  39. ^ Mendum Т.А., Ньюкомб J, маннан А.А., Kierzek А.М., Макфэдден J (декабрь 2011). «Исследование данных глобального мутагенеза с помощью масштабной модели генома Neisseria meningitidis для оценки пригодности гена in vitro и в сыворотке» . Геномная биология . 12 (12): R127. DOI : 10.1186 / ГБ-2011-12-12-r127 . PMC 3334622 . PMID 22208880 .  
  40. ^ Kuehl JV, Price MN, Ray J, Wetmore KM, Esquivel Z, Kazakov AE и др. (Май 2014 г.). «Функциональная геномика с обширной библиотекой транспозонных мутантов для сульфатредуцирующей бактерии Desulfovibrio alaskensis G20» . mBio . 5 (3): e01041-14. DOI : 10,1128 / mBio.01041-14 . PMC 4045070 . PMID 24865553 .  
  41. ^ а б Конг, Сянчжэнь; Чжу, Бин; Stone, Victoria N .; Ге, Сючунь; Эль-Рами, Фади Э .; Дунхай, Хуанфу; Сюй, Пин (декабрь 2019 г.). «ePath: онлайн-база данных для исчерпывающей аннотации основных генов прокариот» . Научные отчеты . 9 (1): 12949. Bibcode : 2019NatSR ... 912949K . DOI : 10.1038 / s41598-019-49098-ш . ISSN 2045-2322 . PMC 6737131 . PMID 31506471 .   
  42. ^ а б Ким Д.Ю., Хейлс Дж., Ким Д., Вуд Ви, Пак ХО, Вон М. и др. (Июнь 2010 г.). «Анализ полногеномного набора генных делеций в делящихся дрожжах Schizosaccharomyces pombe» . Природа Биотехнологии . 28 (6): 617–623. DOI : 10.1038 / nbt.1628 . PMC 3962850 . PMID 20473289 .  
  43. ^ a b Камат Р.С., Фрейзер А.Г., Донг Й., Пулин Дж., Дурбин Р., Готта М. и др. (Январь 2003 г.). «Систематический функциональный анализ генома Caenorhabditis elegans с использованием РНКи». Природа . 421 (6920): 231–7. Bibcode : 2003Natur.421..231K . DOI : 10,1038 / природа01278 . ЛВП : 10261/63159 . PMID 12529635 . S2CID 15745225 .  
  44. ^ a b Спрэдлинг А.С., Стерн Д., Битон А., Рем Э. Дж., Лаверти Т., Мозден Н. и др. (Сентябрь 1999 г.). «Проект по разрушению генов Berkeley Drosophila Genome Project: вставки одного Р-элемента, мутирующие 25% жизненно важных генов дрозофилы» . Генетика . 153 (1): 135–77. PMC 1460730 . PMID 10471706 .  
  45. ^ a b Амстердам A, Nissen RM, Sun Z, Swindell EC, Farrington S, Hopkins N (август 2004 г.). «Идентификация 315 генов, необходимых для раннего развития рыбок данио» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (35): 12792–7. Bibcode : 2004PNAS..10112792A . DOI : 10.1073 / pnas.0403929101 . PMC 516474 . PMID 15256591 .  
  46. ^ Белый Ю.К., Gerdin А.К., Карп Н.А., Райдера Е, Булян М, Bussell Ю.Н., и др. (Июль 2013). «Полногеномное поколение и систематическое фенотипирование мышей с нокаутом открывает новые роли для многих генов» . Cell . 154 (2): 452–64. DOI : 10.1016 / j.cell.2013.06.022 . PMC 3717207 . PMID 23870131 .  
  47. ^ а б Ляо Б., Чжан Дж. (май 2008 г.). «Нулевые мутации в ортологах человека и мыши часто приводят к разным фенотипам» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (19): 6987–92. Bibcode : 2008PNAS..105.6987L . DOI : 10.1073 / pnas.0800387105 . PMC 2383943 . PMID 18458337 .  
  48. ^ Георги B, Войт BF, Bućan M (май 2013). Флинт Дж (ред.). «От мыши к человеку: эволюционный анализ геномики человеческих ортологов основных генов» . PLOS Genetics . 9 (5): e1003484. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1003484 . PMC 3649967 . PMID 23675308 .  
  49. ^ а б Сулем П., Хельгасон Х., Оддсон А, Стефанссон Х., Гуджонссон С.А., Зинк Ф. и др. (Май 2015 г.). «Идентификация большого набора редких полных нокаутов человека». Генетика природы . 47 (5): 448–52. DOI : 10.1038 / ng.3243 . PMID 25807282 . S2CID 205349719 .  
  50. ^ a b Нарасимхан В.М., Хант К.А., Мейсон Д., Бейкер К.Л., Карчевски К.Дж., Барнс М.Р. и др. (Апрель 2016 г.). «Здоровье и популяционные эффекты нокаута редких генов у взрослых людей с родственными родителями» . Наука . 352 (6284): 474–7. Bibcode : 2016Sci ... 352..474N . DOI : 10.1126 / science.aac8624 . PMC 4985238 . PMID 26940866 .  
  51. Перейти ↑ Luo H, Lin Y, Gao F, Zhang CT, Zhang R (январь 2014 г.). «DEG 10, обновление базы данных основных генов, которая включает как гены, кодирующие белки, так и некодирующие геномные элементы» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (Выпуск базы данных): D574-80. DOI : 10.1093 / NAR / gkt1131 . PMC 3965060 . PMID 24243843 .  
  52. ^ Tzafrir я, Пена-Muralla R, Dickerman А, Берг М, Роджерс Р, Hutchens С, и др. (Июль 2004 г.). «Идентификация генов, необходимых для развития эмбриона Arabidopsis» . Физиология растений . 135 (3): 1206–20. DOI : 10.1104 / pp.104.045179 . PMC 519041 . PMID 15266054 .  
  53. ^ Ван Т, Birsoy К, Хьюз NW, Krupczak КМ, сообщение Y, Вэй JJ, и др. (Ноябрь 2015 г.). «Идентификация и характеристика основных генов в геноме человека» . Наука . 350 (6264): 1096–101. Bibcode : 2015Sci ... 350.1096W . DOI : 10.1126 / science.aac7041 . PMC 4662922 . PMID 26472758 .  
  54. ^ Бломен В.А., Майек П., Джае Л.Т., Бигензан Дж. В., Ньювенхейс Дж., Старинг Дж. И др. (Ноябрь 2015 г.). «Сущность генов и синтетическая летальность в гаплоидных клетках человека». Наука . 350 (6264): 1092–6. Bibcode : 2015Sci ... 350.1092B . DOI : 10.1126 / science.aac7557 . PMID 26472760 . S2CID 26529733 .  
  55. ^ Георги B, Войт BF, Bućan M (май 2013). «От мыши к человеку: эволюционный анализ геномики человеческих ортологов основных генов» . PLOS Genetics . 9 (5): e1003484. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1003484 . PMC 3649967 . PMID 23675308 .  
  56. ^ Ляо BY, Zhang J (август 2007). «Гены-дубликаты мыши так же важны, как и одиночки» Тенденции в генетике . 23 (8): 378–81. DOI : 10.1016 / j.tig.2007.05.006 . PMID 17559966 . 
  57. ^ Mewes HW, Frishman D, Güldener U, Mannhaupt G, Mayer K, Mokrejs M, et al. (Январь 2002 г.). «MIPS: база данных геномов и белковых последовательностей» . Исследования нуклеиновых кислот . 30 (1): 31–4. DOI : 10.1093 / NAR / 30.1.31 . PMC 99165 . PMID 11752246 .  
  58. ^ а б Джавер Г., Чу А.М., Ни Л., Коннелли С., Райлз Л., Веронно С. и др. (Июль 2002 г.). «Функциональное профилирование генома Saccharomyces cerevisiae». Природа . 418 (6896): 387–91. Bibcode : 2002Natur.418..387G . DOI : 10,1038 / природа00935 . PMID 12140549 . S2CID 4400400 .  
  59. ↑ Yu D, Silva MC, Shenk T (октябрь 2003 г.). «Функциональная карта цитомегаловируса человека AD169, определенная с помощью глобального мутационного анализа» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (21): 12396–401. Bibcode : 2003PNAS..10012396Y . DOI : 10.1073 / pnas.1635160100 . PMC 218769 . PMID 14519856 .  
  60. ^ a b Добсон Б.М., Тшарке, округ Колумбия (ноябрь 2015 г.). «Избыточность усложняет определение основных генов вируса осповакцины» . Журнал общей вирусологии . 96 (11): 3326–37. DOI : 10,1099 / jgv.0.000266 . PMC 5972330 . PMID 26290187 .  
  61. ^ Dedrick RM, Маринелли LJ, Ньютон GL, Pogliano K, Pogliano J, Hatfull GF (май 2013). «Функциональные требования для роста бактериофага: существенность и экспрессия гена в микобактериофаге Джайлз» . Молекулярная микробиология . 88 (3): 577–89. DOI : 10.1111 / mmi.12210 . PMC 3641587 . PMID 23560716 .  
  62. ^ Thomas JA, Benítez Quintana AD, Bosch MA, Coll De Peña A, Aguilera E, Coulibaly A, et al. (Ноябрь 2016 г.). «Идентификация основных генов в фаге сальмонеллы SPN3US раскрывает новые взгляды на структуру и сборку головы гигантского фага» . Журнал вирусологии . 90 (22): 10284–10298. DOI : 10,1128 / JVI.01492-16 . PMC 5105663 . PMID 27605673 .  
  63. Перейти ↑ Pál C, Papp B, Lercher MJ, Csermely P, Oliver SG, Hurst LD (март 2006). «Шанс и необходимость в эволюции минимальных метаболических сетей». Природа . 440 (7084): 667–70. Bibcode : 2006Natur.440..667P . DOI : 10,1038 / природа04568 . PMID 16572170 . S2CID 4424895 .  
  64. ^ Мори Х, Баба Т, Йокояма К., Такеучи Р., Номура В., Макиси К., Оцука Ю., Доза Х, Ваннер Б.Л. (2015). «Идентификация основных генов и синтетических летальных комбинаций генов в Escherichia coli K-12». Сущность гена . Методы молекулярной биологии. 1279 . С. 45–65. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_4 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636612 .
  65. ^ Верхаген Л. М., де Йонге М. И., Бургут П., Шраа К., Спаньоло Л., Менненс С., Элевельд М. Дж., Ван дер Гааст-де Йонг CE, Зомер А., Херманс П. В., Bootsma HJ (2014). «Полногеномная идентификация генов, необходимых для выживания Streptococcus pneumoniae в слюне человека» . PLOS ONE . 9 (2): e89541. Bibcode : 2014PLoSO ... 989541V . DOI : 10.1371 / journal.pone.0089541 . PMC 3934895 . PMID 24586856 .  
  66. ↑ D'Souza G, Kost C (ноябрь 2016 г.). «Экспериментальная эволюция метаболической зависимости у бактерий» . PLOS Genetics . 12 (11): e1006364. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1006364 . PMC 5096674 . PMID 27814362 .  
  67. ^ Сюй, Пинг; Видмер, Джованни; Ван, Инпин; Одзаки, Луис С .; Alves, Joao M .; Серрано, Мирна Дж .; Пуйу, Даниэла; Манке, Патрисио; Акиёси, Донна; Макки, Аарон Дж .; Пирсон, Уильям Р. (октябрь 2004 г.). «Геном Cryptosporidium hominis» . Природа . 431 (7012): 1107–1112. Bibcode : 2004Natur.431.1107X . DOI : 10,1038 / природа02977 . ISSN 0028-0836 . PMID 15510150 . S2CID 4394344 .   
  68. ^ Пролезает G, McClarty G (июнь 1993). «Облигатная внутриклеточная бактерия Chlamydia trachomatis ауксотрофна по трем из четырех рибонуклеозидтрифосфатов». Молекулярная микробиология . 8 (6): 1105–14. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.1993.tb01655.x . PMID 8361355 . 
  69. ^ Вудс С., Коглан А., Риверс Д., Варнеке Т., Джеффрис С.Дж., Квон Т. и др. (Май 2013). Штернберг PW (ред.). «Ошибки дублирования и удержания основных и второстепенных генов, выявленные с помощью систематических анализов нокдауна» . PLOS Genetics . 9 (5): e1003330. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1003330 . PMC 3649981 . PMID 23675306 .  
  70. ^ a b c d Fang G, Rocha E, Danchin A (ноябрь 2005 г.). "Насколько важны несущественные гены?" . Молекулярная биология и эволюция . 22 (11): 2147–56. DOI : 10.1093 / molbev / msi211 . PMID 16014871 . 
  71. ↑ Джордан И.К., Рогозин И.Б., Вольф Ю.И., Кунин Е.В. (июнь 2002 г.). «Важнейшие гены более консервативны с точки зрения эволюции, чем несущественные гены у бактерий» . Геномные исследования . 12 (6): 962–8. DOI : 10.1101 / gr.87702 . PMC 1383730 . PMID 12045149 .  
  72. ^ Райан CJ, Krogan NJ, Cunningham P Кэгни G (2013). «Все или ничего: белковые комплексы меняют сущность между удаленными родственными эукариотами» . Геномная биология и эволюция . 5 (6): 1049–59. DOI : 10.1093 / GbE / evt074 . PMC 3698920 . PMID 23661563 .  
  73. ^ Sipiczki M (2000). "Где на дереве жизни сидят делящиеся дрожжи?" . Геномная биология . 1 (2): ОБЗОРЫ 1011. DOI : 10.1186 / GB-2000-1-2-reviews1011 . PMC 138848 . PMID 11178233 .  
  74. ^ Чен WH, Trachana K, Lercher MJ, Bork P (июль 2012). «Более молодые гены менее важны, чем более старые гены, а дубликаты менее важны, чем одиночные гены того же возраста» . Молекулярная биология и эволюция . 29 (7): 1703–6. DOI : 10.1093 / molbev / mss014 . PMC 3375470 . PMID 22319151 .  
  75. ^ Кофоэд М, Милберите KL, Чан JH, Синх S, Бен-Aroya S Гиавер G, и др. (Июль 2015 г.). «Обновленная коллекция последовательностей термочувствительных аллелей основных генов дрожжей» . G3 . 5 (9): 1879–87. DOI : 10,1534 / g3.115.019174 . PMC 4555224 . PMID 26175450 .  
  76. Перейти ↑ Deng J, Su S, Lin X, Hassett DJ, Lu LJ (2013). Ким ПМ (ред.). «Статистическая основа для улучшения геномных аннотаций основных генов прокариот» . PLOS ONE . 8 (3): e58178. Bibcode : 2013PLoSO ... 858178D . DOI : 10.1371 / journal.pone.0058178 . PMC 3592911 . PMID 23520492 .  
  77. ^ Morgens DW, деканы RM, Li A, Bassik MC (июнь 2016). «Систематическое сравнение CRISPR / Cas9 и RNAi скрининга для основных генов» . Природа Биотехнологии . 34 (6): 634–6. DOI : 10.1038 / nbt.3567 . PMC 4900911 . PMID 27159373 .  
  78. Перейти ↑ Sharma S, Markham PF, Browning GF (2014). «Гены, необходимые для других микоплазм, не являются обязательными для Mycoplasma bovis» . PLOS ONE . 9 (6): e97100. Bibcode : 2014PLoSO ... 997100S . DOI : 10.1371 / journal.pone.0097100 . PMC 4045577 . PMID 24897538 .  
  79. ↑ Stone VN, Xu P (декабрь 2017 г.). «Таргетированная антимикробная терапия в эпоху микробиома» . Молекулярная микробиология полости рта . 32 (6): 446–454. DOI : 10.1111 / omi.12190 . PMC 5697594 . PMID 28609586 .  
  80. ^ Камень В.Н., Парих HI, Эль-рами Р, Се Х, Чен Вт, Чжан У и др. (2015-11-06). Мерритт Дж. (Ред.). «Идентификация ингибиторов малых молекул против мезо-2,6-диаминопимелатдегидрогеназы из Porphyromonas gingivalis» . PLOS ONE . 10 (11): e0141126. Bibcode : 2015PLoSO..1041126S . DOI : 10.1371 / journal.pone.0141126 . PMC 4636305 . PMID 26544875 .  
  81. Перейти ↑ Cheng J, Xu Z, Wu W, Zhao L, Li X, Liu Y, Tao S (2014). «Выбор обучающего набора для предсказания основных генов» . PLOS ONE . 9 (1): e86805. Bibcode : 2014PLoSO ... 986805C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0086805 . PMC 3899339 . PMID 24466248 .  
  82. ^ a b Мушегян А.Р., Кунин Е.В. (сентябрь 1996 г.). «Минимальный набор генов для клеточной жизни, полученный путем сравнения полных бактериальных геномов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (19): 10268–73. Bibcode : 1996PNAS ... 9310268M . DOI : 10.1073 / pnas.93.19.10268 . PMC 38373 . PMID 8816789 .  
  83. ^ Charlebois RL, Дулитл WF (декабрь 2004). «Вычисление повсеместности прокариотических генов: спасение ядра от вымирания» . Геномные исследования . 14 (12): 2469–77. DOI : 10.1101 / gr.3024704 . PMC 534671 . PMID 15574825 .  
  84. ^ a b Джухас М., Эберл Л., Гласс Д. И. (октябрь 2011 г.). «Суть жизни: существенные гены минимальных геномов». Тенденции в клеточной биологии . 21 (10): 562–8. DOI : 10.1016 / j.tcb.2011.07.005 . PMID 21889892 . 
  85. ^ Ян X, Ли Y, Zang J, Ли Y, Би П, Лу И, Ву Q (апрель 2016). «Анализ пангенома для определения основных генов и основных генов Brucella spp». Молекулярная генетика и геномика . 291 (2): 905–12. DOI : 10.1007 / s00438-015-1154-Z . PMID 26724943 . S2CID 14565579 .  
  86. ^ Schwikowski B, Uetz P, Поля S (декабрь 2000). «Сеть белок-белковых взаимодействий в дрожжах». Природа Биотехнологии . 18 (12): 1257–61. DOI : 10.1038 / 82360 . PMID 11101803 . S2CID 3009359 .  
  87. ^ Jeong H, Мэйсон SP, Barabási А.Л., Oltvai ZN (май 2001). «Летальность и центральность в белковых сетях». Природа . 411 (6833): 41–2. arXiv : cond-mat / 0105306 . Bibcode : 2001Natur.411 ... 41J . DOI : 10.1038 / 35075138 . PMID 11333967 . S2CID 258942 .  
  88. ↑ Yu H, Braun P, Yildirim MA, Lemmens I, Venkatesan K, Sahalie J, et al. (Октябрь 2008 г.). «Качественная бинарная карта взаимодействия белков дрожжевой интерактомной сети» . Наука . 322 (5898): 104–10. Bibcode : 2008Sci ... 322..104Y . DOI : 10.1126 / science.1158684 . PMC 2746753 . PMID 18719252 .  
  89. ↑ Li X, Li W, Zeng M, Zheng R, Li M (февраль 2019). «Сетевые методы прогнозирования основных генов или белков: обзор». Брифинги по биоинформатике . 21 (2): 566–583. DOI : 10.1093 / нагрудник / bbz017 . PMID 30776072 . 
  90. ^ Хуа Х.Л., Чжан Ф.З., Лабена А.А., Донг Ц., Цзинь Ю.Т., Гуо ФБ (01.01.2016). «Подход к прогнозированию основных генов с использованием множественного сопоставления гомологий и алгоритмов машинного обучения» . BioMed Research International . 2016 : 7639397. дои : 10,1155 / 2016/7639397 . PMC 5021884 . PMID 27660763 .  
  91. Перейти ↑ Liu X, Wang B, Xu L (2015). "Статистический анализ показателей Херста основных / несущественных генов в 33 бактериальных геномах" . PLOS ONE . 10 (6): e0129716. Bibcode : 2015PLoSO..1029716L . DOI : 10.1371 / journal.pone.0129716 . PMC 4466317 . PMID 26067107 .  
  92. ^ Маккатчеон JP, McDonald BR, Moran NA (июль 2009). Матич I (ред.). «Происхождение альтернативного генетического кода в чрезвычайно маленьком и богатом GC геноме бактериального симбионта» . PLOS Genetics . 5 (7): e1000565. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1000565 . PMC 2704378 . PMID 19609354 .  
  93. Перейти ↑ Basler G (2015). «Вычислительное предсказание основных метаболических генов с использованием подходов на основе ограничений». Сущность гена . Методы молекулярной биологии. 1279 . С. 183–204. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_12 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636620 .
  94. ^ Гатто Р, Miess Н, Шульц А, Нильсен J (июнь 2015). «Анализ баланса потока предсказывает важные гены в метаболизме светлоклеточного почечно-клеточного рака» . Научные отчеты . 5 : 10738. Bibcode : 2015NatSR ... 5E0738G . DOI : 10.1038 / srep10738 . PMC 4603759 . PMID 26040780 .  
  95. ↑ Song K, Tong T, Wu F (апрель 2014 г.). «Прогнозирование основных генов в геномах прокариот с использованием линейного метода: ZUPLS» . Интегративная биология . 6 (4): 460–9. DOI : 10.1039 / c3ib40241j . PMID 24603751 . 
  96. ^ Го FB, Е. Ю. Н., Ning LW, Вэй W (2015). «Три вычислительных инструмента для прогнозирования основных генов бактерий». Сущность гена . Методы молекулярной биологии. 1279 . С. 205–17. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_13 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636621 .
  97. ^ Goodacre NF, Gerloff DL, Uetz P (декабрь 2013). «Белковые домены неизвестной функции необходимы бактериям» . mBio . 5 (1): e00744-13. DOI : 10,1128 / mBio.00744-13 . PMC 3884060 . PMID 24381303 .  
  98. Перейти ↑ Lu Y, Lu Y, Deng J, Lu H, Lu LJ (2015). «Обнаружение важных доменов в основных генах». Сущность гена . Методы молекулярной биологии. 1279 . С. 235–45. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_15 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636623 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гао Ф, Ло Х, Чжан СТ, Чжан Р. (2015). «Анализ существенности генов на основе DEG 10, обновленной базы данных основных генов». Сущность гена . Методы молекулярной биологии. 1279 . С. 219–33. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4_14 . ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636622 .
  • Лонг JL, изд. (2015). Сущность гена - методы и протоколы Спрингера . Методы молекулярной биологии. 1279 . Humana Press. п. 248. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2398-4 . ISBN 978-1-4939-2397-7. S2CID  27547825 .

Внешние ссылки [ править ]

  • База данных основных генов
  • OGEE: онлайн-база данных по существенности
  • База данных EGGS (Essential Genes on Genome Scale)
  • База данных ePath (основные гены в пути)
  • Основные гены E. coli (EcoliWiki )
  • Основные гены E. coli (Ecogen)
  • Benjamin Lewin «s Эфирные Гены (учебник), Pearson / Prentice-Hall .