한 번에 3 개 씩 유전자를 두드리면 과학자들은 세포를 살리게하는 유전 적 상호 작용의 웹을 힘들게 추론했습니다. 오래 전에 연구원들은 효모 세포가 살 수 없다는 필수 유전자를 확인했습니다. , 그것들 만 보면서 세포가 똑딱 거리는 것에 대해 왜곡 된 그림을 보여줍니다. 다른 사람들이 사라지면 스스로 필수적 인 많은 유전자가 중요 해집니다. 결과는 효모와 아마도 다른 복잡한 유기체가 생존하고 번성 해야하는 진정한 최소 유전자 수가 놀랍게도 클 수 있음을 의미합니다.
약 20 년 전, Charles Boone과 Brenda Andrews는 약간의 견과류를하기로 결정했습니다. 토론토 대학교의 교수 인 효모 생물 학자들은 유전자가 서로 기능적으로 연결된 방법을 이해하기 위해 효모의 유전자를 체계적으로 파괴하거나 2 x 2로 파괴하거나 손상시키기 시작했습니다. 효모 게놈에서 6,000 개의 유전자 중 약 1,000 개만 생명에 필수적인 것으로 간주됩니다. 그 중 하나가 누락되면 유기체가 죽습니다. 그러나 개별 결석이 끝나는 다른 많은 유전자들이 끝을 철자하기에 충분하지 않은 것처럼 보였습니다. 그 유전자들은 세포에서 동일한 종류의 작업을 수행 할 가능성이 높았으며, 생물 학자들은 동일한 과정에 관여했거나 동일한 과정에 관여 할 가능성이 높았다. 두 가지를 잃어버린 것은 효모가 더 이상 보상 할 수 없다는 것을 의미했습니다.
Boone과 Andrews는이 아이디어를 사용하여 다양한 유전자가 무엇을하고 있는지 알아낼 수 있다는 것을 깨달았습니다. 그들과 그들의 공동 작업자들은 의도적으로 고의적으로 2 천만 개 이상의 효모를 생성함으로써 각각 2 개의 유전자가 누락 된 6,000 개의 유전자들 사이에서 거의 모든 독특한 녹아웃 조합이있었습니다. 그런 다음 연구자들은 각 이중 돌연변이 균주가 얼마나 건강했는지, 누락 된 유전자가 어떻게 관련 될 수 있는지 조사했습니다. 결과를 통해 연구원들은 생명의 기초가되는 그림자의 상호 작용 웹의지도를 스케치하게했습니다. 2 년 전, 그들은지도의 세부 사항을보고했고, 연구원들이 이미 유전자에 대한 이전에 알려지지 않은 역할을 발견 할 수있게 해주 었다는 것을 밝혔습니다.
그러나 그 과정에서 그들은 실험에서 놀라운 수의 유전자가 다른 사람들과 명백한 상호 작용이 없다는 것을 깨달았습니다. 앤드류스는 당시 그들의 생각을 반영하면서“어떤 경우에는 두 유전자를 삭제하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 실험실의 대학원생 인 엘레나 쿠즈 민 (Elena Kuzmin)은 현재 맥길 대학교 (McGill University)의 박사 학위를 받았으며 세 번째 유전자를 두드려서 한 걸음 더 나아 가기로 결정했습니다.
Science 의 오늘 논문에서 , Kuzmin, Boone, Andrews 및 Toronto University, University of Minnesota 및 다른 곳의 협력자들은 노력이 셀의 내부 작업에 대한 더 깊고 자세한지도를 만들어 냈다고보고했습니다. 이중 돌연변이 체 실험과는 달리, 연구자들은 모든 가능한 돌연변이 조합을 만들지 않았다. 효모에서 3 개의 유전자를 노크하는 약 360 억 가지의 다른 방법이있다. 대신, 그들은 이미 녹아웃 한 유전자 쌍을보고 심각도에 따라 상호 작용을 순위했습니다. 그들은 세포가 조금 느리게 성장하는 것에서부터 크게 손상되는 것에 이르기까지 다양한 쌍을 취했으며, 다른 유전자의 녹아웃과 하나씩 일치시켜 약 200,000 개의 트리플 돌연변이 균주를 생성했습니다. 그들은 돌연변이 효모의 식민지가 얼마나 빨리 자랐는지 모니터링했으며, 어떤 돌연변이 체가 어려움을 겪고 있는지에 주목 한 후, 장애가있는 유전자가 무엇을 해야하는지 확인하기 위해 데이터베이스를 확인했습니다.
.과학자들이 새로운지도를 만들면서 몇 가지가 분명해졌습니다. 우선, 추가 유전자 상호 작용을 보여주는 트리플 돌연변이 체의 약 3 분의 2에서, 세 번째 유전자를 녹아웃하는 것은 이중 돌연변이 체가 겪고있는 문제를 강화하는 경향이 있었다. Andrews는 한 쌍의 유전자 쌍이 이미 서로 상호 작용할 수 있다고 말했습니다.“세 번째 유전자를 삭제했을 때 훨씬 더 심각했습니다.”라고 Andrews는 말했습니다. Boone은 이것이 세 번째 유전자의 손실이 이미 끔찍한 시스템에 비판적인 타격을 입히는 상황 일 가능성이 있다고 말합니다.
.그러나 상호 작용의 3 분의 1은 완전히 새로운 것이 었습니다. 그리고 그들은 더 이질적인 과정을 포함하는 경향이있었습니다. 이중 돌연변이 체에서, 유전자들 사이의 기능적 연결은 단단한 경향이 있었다 :DNA 복구에 관여하는 유전자는 일반적으로 DNA 복구에 관여하는 다른 유전자와 관련이 있었고, 서로 상호 작용하는 유전자는 일반적으로 동일한 다른 유전자와 상호 작용했다. 그러나 트리플 돌연변이 체를 사용하면 더 멀리 떨어진 작업이 함께 연결되기 시작했습니다. 연결된 셀룰러 작업의 별자리가 바뀌고 미묘하게 변형되었습니다.
Andrews는“아마도 우리가 여기서 샘플링하는 것은 아마도 우리가 전에 볼 수 없었던 셀의 기능적 연결 일 것입니다.”
.예를 들어, 새로운 연결의 한 세트는 단백질 수송에 관여하는 유전자와 DNA 복구에 관여하는 유전자 사이에 있었다. 표면적 으로이 두 기능을 연결하는 것을보기가 어렵습니다. 실제로 연구원들은 여전히 기계적인 설명이 없습니다. 그러나 그들은 하나가 있다고 확신합니다. 앤드류스는“우리의 즉각적인 반응은‘글쎄요, 그것은 일종의 무작위입니다.’였습니다. “그러나 우리는이 프로젝트를 수행하는 동안 무작위가 아니라는 것을 배웠습니다. 우리는 셀이 어떻게 연결되어 있는지 이해하지 못합니다.”
그들의 그룹은 방금 단백질 수송과 DNA 복구 사이의 연관성을 조사하기 시작했지만 Andrews에 따르면 효모 세포를 자세히 살펴보면 실제로 많은 DNA 손상을 보여줍니다. 연결의지도는“이전에 볼 이유가 없었을 것”이라고 그녀는 말했다.
효모 유전 학자들은 필수 유전자만이 중요한 인상을받지 않았다. 그러나 새로운 논문은 효모 게놈에서 중요한 것에 대한 단순한 해석이 결함이있을 가능성이 있다는 생각을 강화합니다. Boone과 Andrews는 현실이 더 복잡하다고 말합니다. 그들은 이중 및 트리플 상호 작용이 고려 될 때 효모 세포가 점프하지 않고 실제로 할 수없는 유전자의 수를 고려할 것을 제안합니다. 그들의 논문에서 언급 한 바와 같이, 효모 세포에 실질적인 결함을 피하기 위해 필요한 최소 게놈은“게놈에서 암호화 된 전체 유전자 세트에 거의 접근 할 수있다”고 말했다.
실제로, 미생물을 위해 최소한의 게놈을 고안하려는 실험적인 노력 - 인공 게놈을 만드는 단계로서 세포가 생존 해야하는 가장 적은 수의 유전자를 정확히 찾아 내기위한 실험적 노력은 놀랍게도 유전자를 제거하는 것이 어렵고 여전히 번성하는 생물을 가지고 있음을 보여 주었다.
.2016 년 J. Craig Venter Institute (JCVI)의 연구원들은 박테리아 박테리아의 인공 게놈 생성을보고했습니다. 이 작업에 참여한 JCVI의 생화학 자이자 저명한 교수 인 Clyde A. Hutchison III에 따르면, 그들은 525 개의 유전자를 473으로 473으로 끌어 올렸다. "이것이 최소한의 게놈을 위해 설계하도록 설정된 유전자를 선택하는 주요 문제였습니다."
Johns Hopkins University의 시스템 생물 학자 인 Joel Bader는 현재의 연구는 인간 유전학의 아이디어와 흥미로운 관계를 제안한다고 말합니다. 광범위한 유전자가 우리가 정상적으로 연관시키지 못하는 특성에 미묘하게 영향을 미칠 수 있습니다. "[[] 우리는 더 가까이 볼 수있게되면, 하나의 유전자 나 경로를 교란시키는 것이 전체 시스템에서 전파되는 효과가 있음을 알 수 있습니다." "효과는 약해지지만 여전히 측정 할 수 있습니다."
과학은 여전히 효모에서의 특정한 사건에 관한 것일 수 있으므로, 그것은 우리 자신의 세포에서 일어나는 일에 대한 우리의 무지에 의해 왜소됩니다. 토론토 대학교에서 이와 같은 프로젝트를 가능하게하는 것의 일부는 효모가 심하게 연구되었고 여러 세대의 생물 학자들에 의해 여러 세대의 생물 학자들에 의해 복잡하게 주석이 달린 유전자가 아직 어느 정도는 인간 게놈에 도달하지 못한다는 것입니다. 그럼에도 불구하고 연구자들은 인간 세포를위한 유전자 편집 기술이 발전함에 따라 이러한 종류의 실험이 세포의 작동과 게놈 내의 유전자가 서로 어떻게 관련되는지에 대해 더 많이 밝히는 데 도움이되기를 희망한다고 말합니다. 앤드류스는“우리가 발견하지 못한 게놈 생물학의 기본 규칙이 많이 있다고 생각합니다.
수정 :이 기사는 4 월 20 일에 미네소타 대학교의 과학자들이 새로운 에 기여한 것에 대한 언급을 포함하도록 업데이트되었습니다. 과학 종이. 유전자 상호 작용지도에 대한 크레딧은 4 월 23 일에 수정되어“토론토 대학교 바리 니코바의 아나스타시아 바리 니코바”를 읽었습니다.
