stringtranslate.com

Основной ген

Необходимые гены являются незаменимыми генами для организмов, чтобы расти и воспроизводить потомство в определенной среде. [1] Однако, быть необходимым 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. Недавно 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. Необходимые гены одноклеточных организмов кодируют белки для трех основных функций, включая обработку генетической информации, клеточные оболочки и производство энергии. [1] Эти функции генов используются для поддержания центрального метаболизма , репликации ДНК , перевода генов в белки , поддержания базовой клеточной структуры и опосредования транспортных процессов в клетку и из нее. По сравнению с одноклеточными организмами, многоклеточные организмы имеют больше необходимых генов, связанных с коммуникацией и развитием. Большинство необходимых генов у вирусов связаны с обработкой и сохранением генетической информации. В отличие от большинства одноклеточных организмов, вирусы не имеют многих важных генов для метаболизма, [1] что заставляет их захватывать метаболизм хозяина. Большинство генов не являются необходимыми, 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: исследования всего генома

Для идентификации основных генов на основе всего генома были использованы две основные стратегии: направленное удаление генов и случайный мутагенез с использованием транспозонов . В первом случае аннотированные отдельные гены (или ОРС ) полностью удаляются из генома систематическим образом. При мутагенезе, опосредованном транспозонами, транспозоны случайным образом вставляются в максимально возможное количество позиций в геноме, стремясь нарушить функцию целевых генов (см. рисунок ниже). Мутанты вставок, которые все еще способны выживать или расти, предполагают, что транспозон вставлен в ген, который не является необходимым для выживания. Местоположение вставок транспозонов можно определить с помощью гибридизации с микрочипами [3] или с помощью секвенирования транспозонов . С развитием CRISPR , важность генов также определялась с помощью ингибирования экспрессии генов с помощью интерференции CRISPR . Краткое изложение таких скринингов показано в таблице. [2] [4]

Таблица 1. Основные гены бактерий . Мутагенез : целевые мутанты — это делеции генов; случайные мутанты — это вставки транспозонов . Методы : клоны указывают на делеции отдельных генов, популяция указывает на мутагенез всей популяции, например, с использованием транспозонов. Основные гены из скрининга популяции включают гены, необходимые для приспособленности (см. текст). ORF : количество всех открытых рамок считывания в этом геноме. Примечания : (a) доступна коллекция мутантов; (b) метод прямого скрининга на существенность (например, с помощью антисмысловой РНК), который не предоставляет информацию о несущественных генах. (c) Доступен только частичный набор данных. (d) Включает прогнозируемую существенность генов и компиляцию данных из опубликованных исследований существенности отдельных генов. (e) Проект в процессе выполнения. (f) Выведено путем сравнения двух наборов данных о существенности генов, полученных независимо в штаммах P. aeruginosa PA14 и PAO1. (g) Первоначальный результат в 271 незаменимых генах был исправлен до 261, при этом 31 ген, которые считались незаменимыми, на самом деле не являются таковыми, тогда как с тех пор было описано 20 новых незаменимых генов. [22] (h) Подсчет генов с незаменимыми доменами и тех, которые приводят к дефектам роста при нарушении, как незаменимых, и тех, которые приводят к преимуществу роста при нарушении, как несущественных. (i) Включена полностью насыщенная мутантная библиотека из 14 репликатов с 84,3% возможных участков вставки с по крайней мере одной вставкой транспозона. (j) Каждый незаменимый ген был независимо подтвержден по крайней мере пять раз.

Основные гены в Mycobacterium tuberculosis H37Rv, обнаруженные с помощью транспозонов , которые вставляются в случайные позиции в геноме. Если в гене не найдено транспозонов, то ген, скорее всего, является основным, поскольку он не может переносить никакую вставку. В этом примере основные гены биосинтеза гема hemA, hemB, hemC, hemD лишены вставок. Количество прочтений последовательности («чтений/TA») показано для указанного региона хромосомы H37Rv. Указаны потенциальные сайты вставок динуклеотида TA. Изображение из Griffin et al. 2011. [16]

На основе полногеномных экспериментальных исследований и системного биологического анализа Конг и др. (2019) разработали необходимую базу данных генов для прогнозирования > 4000 видов бактерий. [42]

Эукариоты

В Saccharomyces cerevisiae (почковые дрожжи) 15-20% всех генов являются существенными. В Schizosaccharomyces pombe (делящиеся дрожжи) было сконструировано 4836 гетерозиготных делеций, охватывающих 98,4% из 4914 открытых рамок считывания, кодирующих белок. 1260 из этих делеций оказались существенными. [43]

Подобные скрининги сложнее проводить на других многоклеточных организмах, включая млекопитающих (как модель для людей), из-за технических причин, и их результаты менее ясны. Однако были разработаны различные методы для нематодного червя C. elegans , [44] плодовой мухи, [45] и данио-рерио [46] (см. таблицу). Недавнее исследование 900 генов мышей пришло к выводу, что 42% из них были существенными, хотя выбранные гены не были репрезентативными. [47]

Эксперименты по нокауту генов невозможны или, по крайней мере, неэтичны у людей. Однако естественные мутации привели к выявлению мутаций, которые приводят к ранней эмбриональной или более поздней смерти. [48] Обратите внимание, что многие гены у людей не являются абсолютно необходимыми для выживания, но могут вызывать серьезные заболевания при мутации. Такие мутации каталогизированы в базе данных Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM). В вычислительном анализе генетической изменчивости и мутаций в 2472 человеческих ортологах известных существенных генов у мышей Джорджи и др. обнаружили сильный очищающий отбор и сравнительно сниженные уровни изменчивости последовательностей, что указывает на то, что эти человеческие гены также являются существенными. [49]

Хотя может быть сложно доказать, что ген необходим для человека, можно продемонстрировать, что ген не является необходимым или даже не вызывает заболевания. Например, секвенирование геномов 2636 граждан Исландии и генотипирование 101 584 дополнительных субъектов выявило 8041 человека, у которых 1 ген был полностью выбит (т. е. эти люди были гомозиготными по нефункциональному гену). [50] Из 8041 человека с полным выбитием 6885 были оценены как гомозиготы , 1249 были оценены как сложные гетерозиготы (т. е. у них были выбиты оба аллеля гена, но эти два аллеля имели разные мутации). У этих людей в общей сложности 1171 из 19 135 человеческих ( RefSeq ) генов (6,1%) были полностью выбиты. Был сделан вывод, что эти 1171 ген не являются существенными для человека — по крайней мере, не было зарегистрировано никаких связанных с ними заболеваний. [50] Аналогичным образом, последовательности экзома 3222 взрослых британцев пакистанского происхождения с высокой степенью родительского родства выявили 1111 редких вариантов гомозиготных генотипов с прогнозируемой потерей функции гена (LOF = нокауты) в 781 гене. [51] Это исследование обнаружило в среднем 140 прогнозируемых генотипов LOF (на субъекта), включая 16 редких ( частота минорного аллеля <1%) гетерозигот, 0,34 редких гомозигот, 83,2 распространенных гетерозигот и 40,6 распространенных гомозигот. Почти все редкие гомозиготные генотипы LOF были обнаружены в аутозиготных сегментах (94,9%). [51] Несмотря на то, что у большинства из этих людей не было очевидных проблем со здоровьем, вызванных дефектными генами, вполне возможно, что незначительные проблемы со здоровьем могут быть обнаружены при более детальном обследовании.

Краткое изложение скрининга сущностных генов приведено в таблице ниже (в основном на основе Базы данных сущностных генов. [52]

Вирусы

Вирусы лишены многих генов, необходимых для метаболизма, [1] что вынуждает их захватывать метаболизм хозяина. Скрининг на наличие необходимых генов был проведен у нескольких вирусов. Например, было обнаружено, что человеческий цитомегаловирус (CMV) имеет 41 необходимую, 88 необязательных и 27 усиливающих ORF (всего 150 ORF). Большинство необходимых и усиливающих генов расположены в центральной области, а необязательные гены обычно группируются около концов вирусного генома. [60]

Tscharke и Dobson (2015) составили всеобъемлющий обзор основных генов вируса вакцинии и определили роли каждой из 223 ORF штамма Western Reserve (WR) и 207 ORF штамма Copenhagen, оценив их роль в репликации в клеточной культуре. Согласно их определению, ген считается основным (т. е. играет роль в клеточной культуре), если его удаление приводит к снижению титра вируса более чем в 10 раз либо в одноступенчатой, либо в многоступенчатой ​​кривой роста. Все гены, участвующие в образовании обернутого вириона, образовании актинового хвоста и высвобождении внеклеточного вириона, также считались основными. Гены, которые влияют на размер бляшки, но не на репликацию, были определены как неосновные. Согласно этому определению, для репликации вируса вакцинии в клеточной культуре требуются 93 гена, в то время как 108 и 94 ORF из WR и Copenhagen соответственно являются неосновными. [61] Вирусы вакцинии с делециями на обоих концах генома вели себя, как и ожидалось, проявляя только легкие или хозяйские дефекты. Напротив, объединение делеций на обоих концах генома для штамма VACV WR вызвало разрушительный дефект роста во всех протестированных клеточных линиях. Это показывает, что делеции одного гена недостаточны для оценки существенности генов и что больше генов являются существенными для вируса вакцинии, чем первоначально считалось. [61]

Один из бактериофагов , проверенных на наличие основных генов, включает микобактериофаг Giles. По крайней мере 35 из 78 предсказанных генов Giles (45%) не являются основными для литического роста. Было обнаружено, что 20 генов являются основными. [62] Основная проблема с генами фагов заключается в том, что большинство их генов остаются функционально неизвестными, поэтому их роль трудно оценить. Скрининг фага Salmonella enterica SPN3US выявил 13 основных генов, хотя остается немного неясным, сколько генов было действительно проверено. [63]

Количественный анализ эссенциальности генов

Теоретически, основные гены являются качественными. [1] Однако, в зависимости от окружающей среды, некоторые мутанты основных генов могут демонстрировать частичные функции, которые могут быть количественно определены в некоторых исследованиях. Например, конкретная делеция гена может снизить скорость роста (или скорость фертильности или другие характеристики) до 90% от дикого типа. Если есть изоферменты или альтернативные пути для основных генов, они могут быть полностью удалены. [1] Используя интерференцию CRISPR , экспрессию основных генов можно модулировать или «настраивать», что приводит к количественным (или непрерывным) связям между уровнем экспрессии генов и величиной стоимости приспособленности, демонстрируемой данным мутантом. [20]

Синтетическая летальность

Два гена являются синтетическими летальными, если ни один из них не является существенным, но когда оба мутируют, двойной мутант является летальным. Некоторые исследования подсчитали, что количество синтетических летальных генов может быть порядка 45% от всех генов. [64] [65]

Условно необходимые гены

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

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

Streptococcus pneumoniae , по-видимому, требует 147 генов для роста и выживания в слюне [66] , что 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 подразумевать «выживание» в течение некоторого времени, без деления клеток клетка все равно может в конечном итоге умереть. Аналогично, вместо блокированного деления клеток клетка может иметь сниженный рост или метаболизм в диапазоне от почти неопределяемого до почти нормального. Таким образом, существует градиент от «необходимого» до полностью необязательного, опять же в зависимости от состояния. Некоторые авторы таким образом различают гены « необходимые для выживания » и « необходимые для приспособленности ». [4]

Роль генетического фона . Подобно условиям окружающей среды, генетический фон может определять существенность гена: ген может быть существенным для одного человека, но не для другого, учитывая его или ее генетический фон. Дупликации генов являются одним из возможных объяснений (см. ниже).

Метаболическая зависимость . Гены, участвующие в определенных биосинтетических путях, таких как синтез аминокислот , могут стать несущественными, если одна или несколько аминокислот поставляются культуральной средой [1] или другим организмом. [67] Это главная причина, по которой многие паразиты (например, Cryptosporidium hominis ) [68] или эндосимбиотические бактерии потеряли много генов (например, Chlamydia ). Такие гены могут быть существенными, 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. [69]

Другой тип метаболической зависимости, не связанный с межвидовыми взаимодействиями, может быть обнаружен, когда бактерии выращиваются в определенных питательных условиях . Например, более 100 генов становятся необходимыми, когда Escherichia coli выращивается на среде с ограниченным содержанием питательных веществ. В частности, изоцитратдегидрогеназа (icd) и цитратсинтаза (gltA) являются двумя ферментами, которые являются частью цикла трикарбоновых кислот (TCA) . Оба гена необходимы в минимальной среде M9 (которая обеспечивает только самые основные питательные вещества). Однако, когда среда дополняется 2-оксоглутаратом или глутаматом , эти гены больше не являются необходимыми. [70]

Дупликации генов и альтернативные метаболические пути

Многие гены дублируются в геноме, и многие организмы имеют различные метаболические пути (альтернативный метаболический путь [1] ) для синтеза тех же продуктов. Такие дупликации ( паралоги ) и альтернативные метаболические пути часто делают существенные гены несущественными, поскольку дубликат может заменить исходную копию. Например, ген, кодирующий фермент аспартокиназу, является существенным в E. coli . Напротив, геном Bacillus subtilis содержит три копии этого гена, ни одна из которых не является существенной сама по себе. Однако тройная делеция всех трех генов является летальной. В таких случаях существенность гена или группы паралогов часто можно предсказать на основе существенности существенного одиночного гена в другом виде. У дрожжей лишь немногие из существенных генов дублируются в геноме: 8,5% несущественных генов, но только 1% существенных генов имеют гомолога в геноме дрожжей. [59]

У червя C. elegans несущественные гены сильно перепредставлены среди дубликатов, возможно, потому, что дублирование существенных генов вызывает сверхэкспрессию этих генов. Вудс и др. обнаружили, что несущественные гены чаще успешно дублируются (фиксируются) и теряются по сравнению с существенными генами. Напротив, существенные гены дублируются реже, но при успешной дупликации сохраняются в течение более длительных периодов. [71]

Сохранение

Сохранение основных генов у бактерий , адаптировано из [72]

У бактерий основные гены, по-видимому, более консервативны, чем неосновные гены [73], но корреляция не очень сильная. Например, только 34% основных генов B. subtilis имеют надежные ортологи во всех Bacillota , а 61% основных генов E. coli имеют надежные ортологи во всех Gamma-proteobacteria . [72] Фанг и др. (2005) определили персистентные гены как гены, присутствующие в более чем 85% геномов клады. [72] 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 персистенцией и существенностью: персистентные гены, существенные гены, персистентные несущественные (PNE) гены (276 у B. subtilis , 409 у E. coli ), существенные несущественные (ENP) гены (73 у B. subtilis , 33 у E. coli ) и неперсистентные несущественные (NPNE) гены (3558 у B. subtilis , 3525 у E. coli ). Фанг и др. обнаружили 257 персистентных генов, которые существуют как у B. subtilis (для Bacillota), так и у E. coli (для Gamma-proteobacteria). Среди них 144 (соответственно 139) были ранее идентифицированы как существенные в B. subtilis (соответственно E. coli ) и 25 (соответственно 18) из 257 генов не присутствуют в 475 персистирующих генах B. subtilis (соответственно 611 E. coli) . Все остальные члены пула являются генами PNE. [72]

У эукариот 83% ортологов один к одному между Schizosaccharomyces pombe и Saccharomyces cerevisiae сохранили эссенциальность, то есть они не являются эссенциальными в обоих видах или являются эссенциальными в обоих видах. Остальные 17% генов не являются эссенциальными в одном виде и эссенциальными в другом. [74] Это весьма примечательно, учитывая, что S. pombe отделен от S. cerevisiae примерно 400 миллионами лет эволюции. [75]

В целом, высококонсервативные и, следовательно, более старые гены (т. е. гены с более ранним филогенетическим происхождением) с большей вероятностью будут иметь важное значение, чем более молодые гены, даже если они были продублированы. [76]

Изучать

Экспериментальное изучение эссенциальных генов ограничено тем фактом, что по определению инактивация эссенциального гена летальна для организма. Поэтому их нельзя просто удалить или мутировать для анализа полученных фенотипов (распространенный метод в генетике ).

Однако существуют некоторые обстоятельства, при которых можно манипулировать основными генами. В диплоидных организмах может потребоваться только одна функциональная копия некоторых основных генов ( гаплодостаточность ), при этом гетерозигота демонстрирует инструктивный фенотип. Некоторые основные гены могут переносить мутации, которые являются вредными, но не полностью летальными, поскольку они не полностью отменяют функцию гена.

Вычислительный анализ может выявить многие свойства белков без их экспериментального анализа, например, путем изучения гомологичных белков , функции, структуры и т. д. (см. также ниже, Прогнозирование основных генов ). Продукты основных генов также могут быть изучены при экспрессии в других организмах или при очистке и изучении in vitro .

Условно необходимые гены изучать легче. Были идентифицированы температурно-чувствительные варианты необходимых генов, которые кодируют продукты, теряющие функцию при высоких температурах, и поэтому проявляют фенотип только при повышенной температуре. [77]

Воспроизводимость

Если скрининги на наличие основных генов повторяются в независимых лабораториях, они часто приводят к разным спискам генов. Например, скрининги в E. coli дали от ~300 до ~600 основных генов (см. Таблицу 1 ). Такие различия еще более выражены, когда используются разные штаммы бактерий (см. Рисунок 2 ). Распространенное объяснение заключается в том, что экспериментальные условия различны или что природа мутации может быть разной (например, полная делеция гена против мутанта транспозона). [4] В частности, скрининги транспозонов трудно воспроизвести, учитывая, что транспозон может вставляться во многих положениях внутри 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: ложноотрицательным). [78]

Сравнение скринингов CRISPR /cas9 и RNAi . Скрининги для идентификации основных генов в клеточной линии хронического миелоидного лейкоза человека K562 с этими двумя методами показали лишь ограниченное совпадение. При 10% ложноположительных результатов было идентифицировано ~4500 генов в скрининге Cas9 против ~3100 в скрининге shRNA , и только ~1200 генов идентифицировано в обоих случаях. [79]

Различные основные гены в разных организмах

Различные организмы могут иметь различные основные гены. Например, Bacillus subtilis имеет 271 основной ген. [21] Около половины (150) ортологичных генов в E. coli также являются основными. Еще 67 генов, которые являются основными в E. coli , не являются основными в B. subtilis , в то время как 86 основных генов E. coli не имеют ортолога B. subtilis . [25] В Mycoplasma genitalium по крайней мере 18 генов являются основными, но не являются основными в M. bovis. [80] Многие из этих различных основных генов вызваны паралогами или альтернативными метаболическими путями. [1]

Такие различные основные гены бактерий могут быть использованы для разработки целевых антибактериальных терапий против определенных патогенов для снижения устойчивости к антибиотикам в эпоху микробиома. [81] Стоун и др. (2015) использовали разницу в основных генах бактерий для разработки селективных препаратов против орального патогена Porphyromonas gingivalis , а не против полезных бактерий Streptococcus sanguis . [82]

Прогноз

Основные гены можно предсказать вычислительно. Однако большинство методов в некоторой степени используют экспериментальные данные («обучающие наборы»). Чен и др. [83] определили четыре критерия для выбора обучающих наборов для таких прогнозов: (1) основные гены в выбранном обучающем наборе должны быть надежными; (2) условия роста, в которых определяются основные гены, должны быть согласованы в обучающих и прогнозирующих наборах; (3) виды, используемые в качестве обучающего набора, должны быть тесно связаны с целевым организмом; и (4) организмы, используемые в качестве обучающих и прогнозирующих наборов, должны демонстрировать схожие фенотипы или образ жизни. Они также обнаружили, что размер обучающего набора должен составлять не менее 10% от общего числа генов для получения точных прогнозов. Вот некоторые подходы к прогнозированию основных генов:

Сравнительная геномика . Вскоре после того, как стали доступны первые геномы ( Haemophilus influenzae и Mycoplasma genitalium ), Мушегян и др. [84] попытались предсказать количество основных генов на основе общих генов у этих двух видов. Было высказано предположение, что только основные гены должны сохраняться на протяжении длительного эволюционного расстояния, разделяющего две бактерии. Это исследование выявило около 250 кандидатов на основные гены. [84] По мере того, как становилось доступно больше геномов, количество предсказанных основных генов продолжало сокращаться, поскольку все больше геномов разделяли все меньше и меньше генов. В результате был сделан вывод, что универсальное консервативное ядро ​​состоит менее чем из 40 генов. [85] [86] Однако этот набор консервативных генов не идентичен набору основных генов, поскольку разные виды полагаются на разные основные гены.

Похожий подход использовался для определения основных генов из пангенома видов Brucella . 42 полных генома Brucella и в общей сложности 132 143 гена, кодирующих белки, были использованы для прогнозирования 1252 потенциальных основных генов, полученных из основного генома путем сравнения с базой данных основных генов прокариот. [87]

Сетевой анализ . После того, как были опубликованы первые сети взаимодействия белков дрожжей , [88] было обнаружено, что высокосвязанные белки (например, за счет белок-белковых взаимодействий ) с большей вероятностью являются существенными. [89] Однако высокосвязанные белки могут быть экспериментальными артефактами, а высокая связанность может скорее представлять плейотропию, а не существенность. [90] Тем не менее, сетевые методы были улучшены путем добавления других критериев и, следовательно, имеют некоторую ценность в прогнозировании существенных генов. [91]

Машинное обучение . Хуа и др. использовали машинное обучение для прогнозирования основных генов у 25 видов бактерий . [92]

Индекс Херста . Лю и др. (2015) [93] использовали показатель Херста , характерный параметр для описания корреляции на больших расстояниях в ДНК для прогнозирования существенных генов. В 31 из 33 бактериальных геномов уровни значимости показателей Херста существенных генов были значительно выше, чем для соответствующего полного набора генов, тогда как уровни значимости показателей Херста несущественных 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 симбиотическим) видам, которые могут выживать 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 Кб ДНК, кодирующей всего 188 генов. [94] Как и другие симбионты, Hodgkinia получает много питательных веществ от своего хозяина, поэтому ее гены не обязательно должны быть основными.

Метаболическое моделирование . Основные гены также могут быть предсказаны в полностью секвенированных геномах с помощью метаболической реконструкции , то есть путем реконструкции полного метаболизма из содержания гена и последующей идентификации тех генов и путей, которые были признаны основными у других видов. Однако этот метод может быть скомпрометирован белками с неизвестной функцией. Кроме того, у многих организмов есть резервные или альтернативные пути, которые необходимо учитывать (см. рисунок 1). Метаболическое моделирование также использовалось Basler (2015) для разработки метода прогнозирования основных метаболических генов. [95] Анализ баланса потоков , метод метаболического моделирования, недавно использовался для прогнозирования основных генов в метаболизме светлоклеточной почечно-клеточной карциномы. [96]

Гены неизвестной функции . Удивительно, но значительное количество основных генов не имеет известной функции. Например, среди 385 основных кандидатов в M. genitalium , ни одна функция не может быть приписана 95 генам [6], хотя это число сократилось до 75 к 2011 году. [86] Большинство неизвестных функционально важных генов имеют потенциальные биологические функции, связанные с одной из трех фундаментальных функций. [1]

ZUPLS . Сонг и др. представили новый метод прогнозирования основных генов, который использует только Z-кривую и другие основанные на последовательности признаки. [97] Такие признаки можно легко рассчитать из последовательностей ДНК/аминокислот. Однако надежность этого метода остается немного неясной.

Серверы предсказания основных генов . Guo et al. (2015) разработали три онлайн-сервиса для предсказания основных генов в бактериальных геномах. Эти свободно доступные инструменты применимы для последовательностей отдельных генов без аннотированных функций, отдельных генов с определенными названиями и полных геномов бактериальных штаммов. [98] Kong et al. (2019) разработали базу данных ePath, которую можно использовать для поиска > 4000 видов бактерий для предсказания основных генов. [42]

Основные белковые домены

Хотя большинство основных генов кодируют белки, многие основные белки состоят из одного домена. Этот факт был использован для идентификации основных доменов белков. Гудэйкр и др. идентифицировали сотни основных доменов неизвестной функции (eDUF). [99] Лу и др. [100] представили аналогичный подход и идентифицировали 3450 доменов, которые являются основными по крайней мере для одного вида микробов.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghijk Сюй, Пин; Гэ, Сючунь; Чен, Лей; Ван, Сяоцзин; Доу, Юэтан; Сюй, Джерри З.; Патель, Дженишкумар Р.; Стоун, Виктория; Трин, Мой; Эванс, Карра; Котенок, Тодд (декабрь 2011 г.). «Полногеномная идентификация основных генов Streptococcus sanguinis». Научные отчеты . 1 (1): 125. Бибкод : 2011NatSR...1E.125X. дои : 10.1038/srep00125. ISSN  2045-2322. ПМК  3216606 . ПМИД  22355642.
  2. ^ ab Zhang R, Lin Y (январь 2009 г.). "DEG 5.0, база данных основных генов как прокариот, так и эукариот". Nucleic Acids Research . 37 (выпуск базы данных): D455-8. doi :10.1093/nar/gkn858. PMC 2686491. PMID 18974178  . 
  3. ^ Sassetti CM, Boyd DH, Rubin 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. ^ abcd Gerdes S, Edwards R, Kubal M, Fonstein M, Stevens R, Osterman A (октябрь 2006 г.). «Важнейшие гены на метаболических картах». Current Opinion in Biotechnology . 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 транспозонный мутагенез и минимальный геном микоплазмы». Science . 286 (5447): 2165–9. doi :10.1126/science.286.5447.2165. PMID  10591650. S2CID  235447.
  6. ^ ab Glass JI, Assad-Garcia N, Alperovich N, Yooseph S, Lewis MR, Maruf M, Hutchison CA, Smith HO, Venter JC (январь 2006 г.). «Необходимые 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, Zhang B, Van SF, Warren P, Woodnutt G, Burnham MK, Rosenberg M (сентябрь 2001 г.). «Идентификация критических стафилококковых генов с использованием условных фенотипов, генерируемых антисмысловой РНК». Science . 293 (5538): 2266–9. Bibcode :2001Sci...293.2266J. doi :10.1126/science.1063566. PMID  11567142. S2CID  24126939.
  8. ^ Forsyth RA, Haselbeck RJ, Ohlsen KL, Yamamoto RT, Xu H, Trawick JD, Wall D, Wang L, Brown-Driver V, Froelich JM, C KG, King P, McCarthy M, Malone C, Misiner B, Robbins D, Tan Z, Zhu Zy ZY, Carr G, Mosca DA, Zamudio C, Foulkes JG, Zyskind JW (март 2002 г.). «Стратегия определения основных генов Staphylococcus aureus на уровне генома». Молекулярная микробиология . 43 (6): 1387–400. doi : 10.1046/j.1365-2958.2002.02832.x . PMID  11952893.
  9. ^ Akerley BJ, Rubin EJ, Novick VL, Amaya K, Judson N, Mekalanos JJ (январь 2002 г.). «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, Hartman-Neumann SL, Dougherty TJ, Dougherty BA, Pucci MJ (июль 2002 г.). «Идентификация 113 консервативных основных генов с использованием высокопроизводительной системы разрушения генов в Streptococcus pneumoniae». Nucleic Acids Research . 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 в Streptococcus pneumoniae с помощью аллельного замещающего мутагенеза». Molecules and Cells . 19 (3): 365–74. doi : 10.1016/S1016-8478(23)13181-5 . PMID  15995353.
  12. ^ ab Le Breton Y, Belew AT, Valdes KM, Islam E, Curry P, Tettelin H, Shirtliff ME, El-Sayed NM, McIver KS (май 2015 г.). "Важнейшие гены в основном геноме человеческого патогена Streptococcus pyogenes". Scientific Reports . 5 : 9838. Bibcode :2015NatSR...5E9838L. doi :10.1038/srep09838. PMC 4440532 . PMID  25996237. 
  13. ^ Chen L, Ge X, Xu P (2015). «Идентификация основных генов Streptococcus sanguinis с использованием мутации делеции по всему геному». Gene Essentiality . Методы в молекулярной биологии. Т. 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, Rubin EJ (октябрь 2001 г.). «Комплексная идентификация условно необходимых 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. ^ Ламичхан Г., Фрейндлих Дж. С., Экинс С., Викрамаратне Н., Нолан С. Т., Бишай В. Р. (февраль 2011 г.). «Незаменимые метаболиты микобактерий туберкулеза и их миметики». мБио . 2 (1): e00301-10. doi : 10.1128/mBio.00301-10. ПМК 3031304 . ПМИД  21285434. 
  16. ^ ab Griffin JE, Gawronski JD, Dejesus MA, Ioerger TR, Akerley BJ, Sassetti CM (сентябрь 2011 г.). «Высокоразрешающее фенотипическое профилирование определяет гены, необходимые для роста микобактерий и катаболизма холестерина». PLOS Pathogens . 7 (9): e1002251. doi : 10.1371/journal.ppat.1002251 . PMC 3182942. PMID  21980284 . 
  17. ^ Long JE, DeJesus M, Ward D, Baker RE, Ioerger T, Sassetti CM (2015). «Идентификация основных генов в Mycobacterium tuberculosis с помощью глобального фенотипического профилирования». Gene Essentiality . Методы в молекулярной биологии. Т. 1279. С. 79–95. doi :10.1007/978-1-4939-2398-4_6. ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636614.
  18. ^ DeJesus MA, Gerrick ER, Xu W, Park SW, Long JE, Boutte CC, Rubin EJ, Schnappinger D, Ehrt S, Fortune SM, Sassetti CM, Ioerger TR (январь 2017 г.). «Комплексный анализ эссенциальности генома Mycobacterium tuberculosis с помощью насыщающего транспозонного мутагенеза». mBio . 8 (1): e02133–16. doi :10.1128/mBio.02133-16. PMC 5241402 . PMID  28096490. 
  19. ^ Ghosh S, Baloni P, Mukherjee S, Anand P, Chandra N (декабрь 2013 г.). «Многоуровневый многомасштабный подход к изучению основных генов в Mycobacterium tuberculosis». BMC Systems Biology . 7 : 132. doi : 10.1186/1752-0509-7-132 . PMC 4234997. PMID  24308365 . 
  20. ^ ab Bosch, B, DeJesus, MA, Poulton, NC, Zhang, W, Engelhart, CA, Zaveri, A, Lavalette, S, Ruecker, N, Trujillo, C, Wallach, JB, Li, S, Ehrt, S, Chait, BT, Schnappinger, S, Rock, JM (июль 2021 г.). «Настройка экспрессии генов по всему геному выявляет различные уязвимости M. tuberculosis». Cell . 184 (17): 4579–4592.e24. doi :10.1016/j.cell.2021.06.033. PMC 8382161 . PMID  34297925. 
  21. ^ ab Kobayashi K, Ehrlich SD, Albertini A, Amati G, Andersen KK, Arnaud M и др. (апрель 2003 г.). "Важнейшие 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 . 
  22. ^ ab Commichau FM, Pietack N, Stülke J (июнь 2013 г.). "Важнейшие гены Bacillus subtilis: переоценка спустя десять лет" (PDF) . Molecular BioSystems . 9 (6): 1068–75. doi :10.1039/c3mb25595f. PMID  23420519. S2CID  23769853.
  23. ^ Gerdes SY, Scholle MD, Campbell JW, Balázsi G, Ravasz E, Daugherty MD и др. (октябрь 2003 г.). «Экспериментальное определение и системный анализ основных генов в Escherichia coli MG1655». Журнал бактериологии . 185 (19): 5673–84. doi : 10.1128 /JB.185.19.5673-5684.2003. PMC 193955. PMID  13129938. 
  24. ^ Kang Y, Durfee T, Glasner JD, Qiu Y, Frisch D, Winterberg KM 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 . 
  25. ^ аб Баба Т., Ара Т., Хасегава М., Такай Ю., Окумура Ю., Баба М. и др. (2006). «Создание мутантов Escherichia coli K-12 с нокаутом одного гена в рамке: коллекция Кейо». Молекулярная системная биология . 2 : 2006.0008. дои : 10.1038/msb4100050. ПМК 1681482 . ПМИД  16738554. 
  26. ^ Jacobs MA, Alwood A, Thaipisuttikul I, Spencer D, Haugen E, Ernst S и др. (ноябрь 2003 г.). «Комплексная библиотека мутантов транспозонов 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. 
  27. ^ Hutcherson JA, Gogeneni H, Yoder-Himes D, Hendrickson EL, Hackett M, Whiteley M и др. (август 2016 г.). «Сравнение неотъемлемо важных генов Porphyromonas gingivalis, выявленных в двух библиотеках транспозонов». Molecular Oral Microbiology . 31 (4): 354–64. doi :10.1111/omi.12135. PMC 4788587 . PMID  26358096. 
  28. ^ Liberati NT, Urbach JM, Miyata S, Lee DG, Drenkard E, Wu G и др. (февраль 2006 г.). «Упорядоченная, неизбыточная библиотека мутантов транспозонной вставки штамма Pseudomonas aeruginosa PA14». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (8): 2833–8. Bibcode : 2006PNAS..103.2833L. doi : 10.1073/pnas.0511100103 . PMC 1413827. PMID  16477005 . 
  29. ^ Knuth K, Niesalla H, Hueck CJ, Fuchs TM (март 2004 г.). «Масштабная идентификация основных генов сальмонелл путем захвата летальных вставок». Молекулярная микробиология . 51 (6): 1729–44. doi : 10.1046/j.1365-2958.2003.03944.x . PMID  15009898. S2CID  45267476.
  30. ^ Salama NR, Shepherd B, Falkow S (декабрь 2004 г.). «Глобальный транспозонный мутагенез и существенный анализ генов Helicobacter pylori». Журнал бактериологии . 186 (23): 7926–35. doi : 10.1128/JB.186.23.7926-7935.2004. PMC 529078. PMID  15547264. 
  31. ^ Suzuki N, Inui M, Yukawa H (2011). "Высокопроизводительный транспозонный мутагенез Corynebacterium glutamicum". Инженерия штаммов . Методы в молекулярной биологии. Т. 765. С. 409–17. doi :10.1007/978-1-61779-197-0_24. ISBN 978-1-61779-196-3. PMID  21815106.
  32. ^ Gallagher LA, Ramage E, Jacobs MA, Kaul R, Brittnacher M, Manoil C (январь 2007 г.). «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 . 
  33. ^ Stahl M, Stintzi A (июнь 2011 г.). «Идентификация основных генов в геноме C. jejuni подчеркивает гипервариабельные области пластичности». Functional & Integrative Genomics . 11 (2): 241–57. doi :10.1007/s10142-011-0214-7. PMID  21344305. S2CID  24054117.
  34. ^ Stahl M, Stintzi A (2015). «Отслеживание транспозонов с помощью микрочипов для картирования условно необходимых генов в Campylobacter jejuni». Gene Essentiality . Методы в молекулярной биологии. Т. 1279. С. 1–14. doi :10.1007/978-1-4939-2398-4_1. ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636609.
  35. ^ French CT, Lao P, Loraine AE, Matthews BT, Yu H, Dybvig K (июль 2008 г.). «Масштабный транспозонный мутагенез Mycoplasma pulmonis». Молекулярная микробиология . 69 (1): 67–76. doi :10.1111/j.1365-2958.2008.06262.x. PMC 2453687. PMID  18452587 . 
  36. ^ Cameron DE, Urbach JM, Mekalanos JJ (июнь 2008 г.). «Определенная библиотека мутантов транспозонов и ее использование для идентификации генов подвижности в 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 . 
  37. ^ 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 миллиона транспозонных мутантов». Genome Research . 19 (12): 2308–16. doi :10.1101/gr.097097.109. PMC 2792183. PMID  19826075 . 
  38. ^ Чаудхури Р. Р., Аллен АГ, Оуэн П. Дж., Шалом Г., Стоун К., Харрисон М. и др. (июль 2009 г.). «Комплексная идентификация основных генов золотистого стафилококка с использованием дифференциальной гибридизации, опосредованной транспозонами (TMDH)». BMC Genomics . 10 : 291. doi : 10.1186/1471-2164-10-291 . PMC 2721850. PMID  19570206 . 
  39. ^ Christen B, Abeliuk E, Collier JM, Kalogeraki VS, Passarelli B, Coller JA, Fero MJ, McAdams HH, Shapiro L (август 2011 г.). «Основной геном бактерии». Молекулярная системная биология . 7 : 528. doi : 10.1038/msb.2011.58. PMC 3202797. PMID  21878915 . 
  40. ^ Мендум Т.А., Ньюкомб Дж., Маннан А.А., Кирзек А.М., Макфадден Дж. (декабрь 2011 г.). «Опрос данных глобального мутагенеза с помощью масштабной модели генома Neisseria meningitidis для оценки пригодности генов in vitro и в сыворотке». Геномная биология . 12 (12): 127 р. дои : 10.1186/gb-2011-12-12-r127 . ПМЦ 3334622 . ПМИД  22208880. 
  41. ^ Kuehl JV, Price MN, Ray J, Wetmore KM, Esquivel Z, Kazakov AE и др. (май 2014 г.). «Функциональная геномика с комплексной библиотекой мутантов транспозонов для сульфатредуцирующей бактерии Desulfovibrio alaskensis G20». mBio . 5 (3): e01041-14. doi :10.1128/mBio.01041-14. PMC 4045070 . PMID  24865553. 
  42. ^ ab Kong, Xiangzhen; Zhu, Bin; Stone, Victoria N.; Ge, Xiuchun; El-Rami, Fadi E.; Donghai, Huangfu; Xu, Ping (декабрь 2019 г.). "ePath: онлайн-база данных для комплексной аннотации основных генов прокариот". Scientific Reports . 9 (1): 12949. Bibcode :2019NatSR...912949K. doi :10.1038/s41598-019-49098-w. ISSN  2045-2322. PMC 6737131 . PMID  31506471. 
  43. ^ ab Kim DU, Hayles J, Kim D, Wood V, Park HO, Won M и др. (июнь 2010 г.). «Анализ набора генных делеций по всему геному у делящихся дрожжей Schizosaccharomyces pombe». Nature Biotechnology . 28 (6): 617–623. doi :10.1038/nbt.1628. PMC 3962850 . PMID  20473289. 
  44. ^ ab Kamath RS, Fraser AG, Dong Y, Poulin G, Durbin R, Gotta M и др. (январь 2003 г.). «Систематический функциональный анализ генома Caenorhabditis elegans с использованием РНК-интерференции». Nature . 421 (6920): 231–7. Bibcode :2003Natur.421..231K. doi :10.1038/nature01278. hdl :10261/63159. PMID  12529635. S2CID  15745225.
  45. ^ ab Spradling AC, Stern D, Beaton A, Rhem EJ, Laverty T, Mozden N и др. (сентябрь 1999 г.). "Проект по разрушению генов в рамках проекта Berkeley Drosophila Genome: вставки отдельных P-элементов, вызывающие мутацию 25% жизненно важных генов Drosophila". Genetics . 153 (1): 135–77. doi :10.1093/genetics/153.1.135. PMC 1460730 . PMID  10471706. 
  46. ^ ab Amsterdam A, Nissen RM, Sun Z, Swindell EC, Farrington S, Hopkins N (август 2004 г.). «Идентификация 315 генов, необходимых для раннего развития данио-рерио». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (35): 12792–7. Bibcode : 2004PNAS..10112792A. doi : 10.1073/pnas.0403929101 . PMC 516474. PMID  15256591 . 
  47. ^ White JK, Gerdin AK, Karp NA, Ryder E, Buljan M, Bussell JN и др. (Июль 2013 г.). «Генерация по всему геному и систематическое фенотипирование нокаутных мышей выявляют новые роли многих генов». Cell . 154 (2): 452–64. doi :10.1016/j.cell.2013.06.022. PMC 3717207 . PMID  23870131. 
  48. ^ ab Liao BY, Zhang J (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. 
  49. ^ Georgi B, Voight BF, Bućan M (май 2013 г.). Flint J (ред.). «От мыши к человеку: эволюционный геномный анализ человеческих ортологов основных генов». PLOS Genetics . 9 (5): e1003484. doi : 10.1371/journal.pgen.1003484 . PMC 3649967. PMID  23675308 . 
  50. ^ ab Сулем П., Хельгасон Х., Оддсон А., Стефанссон Х., Гуджонссон С.А., Цинк Ф. и др. (май 2015 г.). «Идентификация большого набора редких полных нокаутов человека». Природная генетика . 47 (5): 448–52. дои : 10.1038/ng.3243. PMID  25807282. S2CID  205349719.
  51. ^ ab Narasimhan VM, Hunt KA, Mason D, Baker CL, Karczewski KJ, Barnes MR и др. (апрель 2016 г.). «Здоровье и популяционные эффекты редких генных нокаутов у взрослых людей с родственными родителями». Science . 352 (6284): 474–7. Bibcode :2016Sci...352..474N. doi :10.1126/science.aac8624. PMC 4985238 . PMID  26940866. 
  52. ^ 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 белок, так и некодирующие геномные элементы". Nucleic Acids Research . 42 (выпуск базы данных): D574-80. doi :10.1093/nar/gkt1131. PMC 3965060. PMID  24243843 . 
  53. ^ Tzafrir I, Pena-Muralla R, Dickerman A, Berg M, Rogers R, Hutchens S, et al. (Июль 2004). «Идентификация генов, необходимых для развития эмбриона у Arabidopsis». Plant Physiology . 135 (3): 1206–20. doi :10.1104/pp.104.045179. PMC 519041 . PMID  15266054. 
  54. ^ Wang T, Birsoy K, Hughes NW, Krupczak KM, Post Y, Wei JJ и др. (ноябрь 2015 г.). «Идентификация и характеристика основных генов в геноме человека». Science . 350 (6264): 1096–101. Bibcode :2015Sci...350.1096W. doi :10.1126/science.aac7041. PMC 4662922 . PMID  26472758. 
  55. ^ Blomen VA, Májek P, Jae LT, Bigenzahn JW, Nieuwenhuis J, Staring J, et al. (Ноябрь 2015 г.). «Эссенциальность генов и синтетическая летальность в гаплоидных клетках человека». Science . 350 (6264): 1092–6. Bibcode :2015Sci...350.1092B. doi :10.1126/science.aac7557. PMID  26472760. S2CID  26529733.
  56. ^ Georgi B, Voight BF, Bućan M (май 2013 г.). «От мыши к человеку: эволюционный геномный анализ человеческих ортологов основных генов». PLOS Genetics . 9 (5): e1003484. doi : 10.1371/journal.pgen.1003484 . PMC 3649967. PMID  23675308 . 
  57. ^ Liao BY, Zhang J (август 2007 г.). «Дублирующиеся гены мыши так же важны, как и одиночные». Trends in Genetics . 23 (8): 378–81. doi :10.1016/j.tig.2007.05.006. PMID  17559966.
  58. ^ Mewes HW, Frishman D, Güldener U, Mannhaupt G, Mayer K, Mokrejs M и др. (январь 2002 г.). "MIPS: база данных для геномов и последовательностей белков". Nucleic Acids Research . 30 (1): 31–4. doi :10.1093/nar/30.1.31. PMC 99165 . PMID  11752246. 
  59. ^ ab Giaever G, Chu AM, Ni L, Connelly C, Riles L, Véronneau S, et al. (Июль 2002). "Функциональное профилирование генома Saccharomyces cerevisiae". Nature . 418 (6896): 387–91. Bibcode :2002Natur.418..387G. doi :10.1038/nature00935. PMID  12140549. S2CID  4400400.
  60. ^ 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. 
  61. ^ ab Dobson BM, Tscharke DC (ноябрь 2015 г.). «Избыточность усложняет определение основных генов вируса вакцинии». Журнал общей вирусологии . 96 (11): 3326–37. doi :10.1099/jgv.0.000266. PMC 5972330. PMID 26290187  . 
  62. ^ Dedrick RM, Marinelli LJ, Newton GL, Pogliano K, Pogliano J, Hatfull GF (май 2013 г.). «Функциональные требования к росту бактериофагов: существенность и экспрессия генов в микобактериофаге Giles». Молекулярная микробиология . 88 (3): 577–89. doi :10.1111/mmi.12210. PMC 3641587. PMID 23560716  . 
  63. ^ Томас Дж.А., Бенитес Кинтана А.Д., Бош М.А., Колл Де Пенья А., Агилера Э., Кулибали А. и др. (ноябрь 2016 г.). «Идентификация основных генов в фаге сальмонеллы SPN3US открывает новое понимание структуры и сборки головки гигантского фага». Журнал вирусологии . 90 (22): 10284–10298. дои : 10.1128/JVI.01492-16. ПМК 5105663 . ПМИД  27605673. 
  64. ^ Pál C, Papp B, Lercher MJ, Csermely P, Oliver SG, Hurst LD (март 2006 г.). «Случайность и необходимость в эволюции минимальных метаболических сетей». Nature . 440 (7084): 667–70. Bibcode :2006Natur.440..667P. doi :10.1038/nature04568. PMID  16572170. S2CID  4424895.
  65. ^ Mori H, Baba T, Yokoyama K, Takeuchi R, Nomura W, Makishi K, Otsuka Y, Dose H, Wanner BL (2015). «Идентификация основных генов и синтетических летальных комбинаций генов в Escherichia coli K-12». Gene Essentiality . Методы в молекулярной биологии. Т. 1279. С. 45–65. doi :10.1007/978-1-4939-2398-4_4. ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636612.
  66. ^ Верхаген Л.М., де Йонге М.И., Бургоут П., Шраа К., Спаньуоло Л., Менненс С., Элевелд М.Дж., ван дер Гааст-де Йонг CE, Зомер А., Херманс П.В., Бутсма Х.Дж. (2014). «Полногеномная идентификация генов, необходимых для выживания Streptococcus pneumoniae в слюне человека». ПЛОС ОДИН . 9 (2): e89541. Бибкод : 2014PLoSO...989541V. дои : 10.1371/journal.pone.0089541 . ПМЦ 3934895 . ПМИД  24586856. 
  67. ^ 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 . 
  68. ^ Сюй, Пин; Видмер, Джованни; Ван, Инпин; Одзаки, Луис С.; Алвес, Жоао М.; Серрано, Мирна Г.; Пуйу, Даниэла; Манке, Патрисио; Акиёси, Донна; Макки, Аарон Дж.; Пирсон, Уильям Р. (октябрь 2004 г.). «Геном Cryptosporidium hominis». Природа . 431 (7012): 1107–1112. Бибкод : 2004Natur.431.1107X. дои : 10.1038/nature02977 . ISSN  0028-0836. PMID  15510150. S2CID  4394344.
  69. ^ Tipples G, McClarty G (июнь 1993 г.). «Облигатная внутриклеточная бактерия Chlamydia trachomatis является ауксотрофной для трех из четырех рибонуклеозидтрифосфатов». Molecular Microbiology . 8 (6): 1105–14. doi :10.1111/j.1365-2958.1993.tb01655.x. PMID  8361355. S2CID  46389854.
  70. ^ Коте, Жан-Филипп; Френч, Шон; Герке, Себастьян С.; Макнейр, Крейг Р.; Мангат, Чанд С.; Бхарат, Амрита; Браун, Эрик Д. (2016-11-22). "Сеть взаимодействия генов пищевого стресса в геноме Escherichia coli". mBio . 7 (6). doi :10.1128/mBio.01714-16. ISSN  2150-7511. PMC 5120140 . PMID  27879333. 
  71. ^ Woods S, Coghlan A, Rivers D, Warnecke T, Jeffries SJ, Kwon T и др. (май 2013 г.). Sternberg PW (ред.). «Смещения дублирования и сохранения существенных и несущественных генов, выявленные с помощью систематических анализов нокдауна». PLOS Genetics . 9 (5): e1003330. doi : 10.1371/journal.pgen.1003330 . PMC 3649981 . PMID  23675306. 
  72. ^ abcd 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. ПМИД  16014871.
  73. ^ Jordan IK, Rogozin IB, Wolf YI, Koonin EV (июнь 2002 г.). «Необходимые гены более эволюционно консервативны, чем необязательные гены у бактерий». Genome Research . 12 (6): 962–8. doi :10.1101/gr.87702. PMC 1383730 . PMID  12045149. 
  74. ^ Райан CJ, Кроган NJ, Каннингем P, Кэгни G (2013). «Все или ничего: белковые комплексы меняют эссенциальность между отдаленно связанными эукариотами». Genome Biology and Evolution . 5 (6): 1049–59. doi :10.1093/gbe/evt074. PMC 3698920. PMID  23661563 . 
  75. ^ Sipiczki M (2000). «Где на дереве жизни находятся делящиеся дрожжи?». Genome Biology . 1 (2): REVIEWS1011. doi : 10.1186/gb-2000-1-2-reviews1011 . PMC 138848. PMID 11178233  . 
  76. ^ Chen WH, Trachana K, Lercher MJ, Bork P (июль 2012 г.). «Молодые гены с меньшей вероятностью будут существенными, чем старые гены, а дубликаты с меньшей вероятностью будут существенными, чем одиночные гены того же возраста». Молекулярная биология и эволюция . 29 (7): 1703–6. doi :10.1093/molbev/mss014. PMC 3375470. PMID  22319151 . 
  77. ^ Kofoed M, Milbury KL, Chiang JH, Sinha S, Ben-Aroya S, Giaever G и др. (Июль 2015 г.). «Обновленная коллекция последовательностей штрихкодированных температурно-чувствительных аллелей основных генов дрожжей». G3 . 5 (9): 1879–87. doi :10.1534/g3.115.019174. PMC 4555224 . PMID  26175450. 
  78. ^ Deng J, Su S, Lin X, Hassett DJ, Lu LJ (2013). Kim PM (ред.). "Статистическая структура 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. 
  79. ^ Morgens DW, Deans RM, Li A, Bassik MC (июнь 2016 г.). «Систематическое сравнение скринингов CRISPR/Cas9 и RNAi для основных генов». Nature Biotechnology . 34 (6): 634–6. doi :10.1038/nbt.3567. PMC 4900911 . PMID  27159373. 
  80. ^ Sharma S, Markham PF, Browning GF (2014). «Гены, обнаруженные в других микоплазмах, не являются существенными в Mycoplasma bovis». PLOS ONE . 9 (6): e97100. Bibcode : 2014PLoSO...997100S. doi : 10.1371/journal.pone.0097100 . PMC 4045577. PMID  24897538 . 
  81. ^ Стоун ВН, Сюй П (декабрь 2017 г.). «Целевая антимикробная терапия в эпоху микробиома». Молекулярная оральная микробиология . 32 (6): 446–454. doi :10.1111/omi.12190. PMC 5697594. PMID  28609586 . 
  82. ^ Stone VN, Parikh HI, El-rami F, Ge X, Chen W, Zhang Y и др. (2015-11-06). Merritt J (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 . 
  83. ^ Cheng J, Xu Z, Wu W, Zhao L, Li X, Liu Y, Tao S (2014). "Выбор обучающего набора для прогнозирования основных генов". PLOS ONE . 9 (1): e86805. Bibcode : 2014PLoSO...986805C. doi : 10.1371/journal.pone.0086805 . PMC 3899339. PMID  24466248 . 
  84. ^ ab Mushegian AR, Koonin EV (сентябрь 1996). "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. 
  85. ^ Charlebois RL, Doolittle WF (декабрь 2004 г.). «Вычисление повсеместности прокариотических генов: спасение ядра от вымирания». Genome Research . 14 (12): 2469–77. doi :10.1101/gr.3024704. PMC 534671 . PMID  15574825. 
  86. ^ ab Juhas M, Eberl L, Glass JI (октябрь 2011 г.). «Суть жизни: основные гены минимальных геномов». Trends in Cell Biology . 21 (10): 562–8. doi :10.1016/j.tcb.2011.07.005. PMID  21889892.
  87. ^ Yang X, Li Y, Zang J, Li Y, Bie P, Lu Y, Wu Q (апрель 2016 г.). «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.
  88. ^ Schwikowski B, Uetz P, Fields S (декабрь 2000 г.). «Сеть белок-белковых взаимодействий в дрожжах». Nature Biotechnology . 18 (12): 1257–61. doi :10.1038/82360. PMID  11101803. S2CID  3009359.
  89. ^ Jeong H, Mason SP, Barabási AL, Oltvai ZN (май 2001 г.). «Летальность и центральность в белковых сетях». Nature . 411 (6833): 41–2. arXiv : cond-mat/0105306 . Bibcode :2001Natur.411...41J. doi :10.1038/35075138. PMID  11333967. S2CID  258942.
  90. ^ Yu H, Braun P, Yildirim MA, Lemmens I, Venkatesan K, Sahalie J, et al. (Октябрь 2008). "Высококачественная бинарная карта взаимодействия белков сети интерактома дрожжей". Science . 322 (5898): 104–10. Bibcode :2008Sci...322..104Y. doi :10.1126/science.1158684. PMC 2746753 . PMID  18719252. 
  91. ^ Li X, Li W, Zeng M, Zheng R, Li M (февраль 2019 г.). «Сетевые методы прогнозирования основных генов или белков: обзор». Briefings in Bioinformatics . 21 (2): 566–583. doi :10.1093/bib/bbz017. PMID  30776072.
  92. ^ Hua HL, Zhang FZ, Labena AA, Dong C, Jin YT, Guo FB (2016-01-01). «Подход к прогнозированию основных генов с использованием множественного картирования гомологии и алгоритмов машинного обучения». BioMed Research International . 2016 : 7639397. doi : 10.1155/2016/7639397 . PMC 5021884. PMID  27660763 . 
  93. ^ Лю X, Ван Б, Сюй Л (2015). "Статистический анализ показателей Херста основных/неосновных генов в 33 бактериальных геномах". PLOS ONE . 10 (6): e0129716. Bibcode : 2015PLoSO..1029716L. doi : 10.1371/journal.pone.0129716 . PMC 4466317. PMID  26067107 . 
  94. ^ McCutcheon JP, McDonald BR, Moran NA (июль 2009 г.). Matic 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 . 
  95. ^ Basler G (2015). "Вычислительное прогнозирование основных метаболических генов с использованием подходов, основанных на ограничениях". Gene Essentiality . Методы в молекулярной биологии. Т. 1279. С. 183–204. doi :10.1007/978-1-4939-2398-4_12. ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636620.
  96. ^ Gatto F, Miess H, Schulze A, Nielsen J (июнь 2015 г.). «Анализ баланса потоков предсказывает основные гены в метаболизме светлоклеточной почечноклеточной карциномы». Scientific Reports . 5 : 10738. Bibcode :2015NatSR...510738G. doi :10.1038/srep10738. PMC 4603759 . PMID  26040780. 
  97. ^ Song K, Tong T, Wu F (апрель 2014 г.). «Предсказание основных генов в прокариотических геномах с использованием линейного метода: ZUPLS». Integrative Biology . 6 (4): 460–9. doi : 10.1039/c3ib40241j . PMID  24603751.
  98. ^ Guo FB, Ye YN, Ning LW, Wei W (2015). "Три вычислительных инструмента для прогнозирования бактериальных основных генов". Gene Essentiality . Методы в молекулярной биологии. Т. 1279. С. 205–17. doi :10.1007/978-1-4939-2398-4_13. ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636621.
  99. ^ Goodacre NF, Gerloff DL, Uetz P (декабрь 2013 г.). «Белковые домены неизвестной функции необходимы для бактерий». mBio . 5 (1): e00744-13. doi :10.1128/mBio.00744-13. PMC 3884060 . PMID  24381303. 
  100. ^ Lu Y, Lu Y, Deng J, Lu H, Lu LJ (2015). «Обнаружение основных доменов в основных генах». Gene Essentiality . Методы в молекулярной биологии. Т. 1279. С. 235–45. doi :10.1007/978-1-4939-2398-4_15. ISBN 978-1-4939-2397-7. PMID  25636623.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки