مگس ها و کرم ها چه وجه مشترکی دارند

محققان ETH زوریخ و دانشگاه زوریخ برای اولین بار پروتئوم های دو موجود چند سلولی مختلف را مقایسه کردند. آنها همبستگی های شگفت انگیزی بین دو حیوان پیدا کردند که در نگاه اول نمی توانست بیشتر از این متفاوت باشد.

در یک انتشار جدید در PloS Biology، محققان دانشگاه زوریخ و ETH زوریخ برای اولین بار مقایسه ای بین پروتئوم های دو موجود چند سلولی مختلف انجام دادند. محققان کاتالوگ پروتئین کرم نواری Caenorhabditis elegans را با مگس میوه Drosophila melanogaster مقایسه کردند.

این مقایسه امکان پذیر بود، زیرا در چند سال گذشته، محققان پروتئین های مگس را فهرست نویسی کرده اند و داده ها به طور سیستماتیک در مرکز تخصصی آنالیز پروتئوم زوریخ، "مرکز پروتئوم های ارگانیسم مدل" جمع آوری شده اند (C -MOP) در دانشگاه زوریخ.

بررسی کرم

کاتالوگ پروتئین مگس میوه نیز از مطالعه قبلی منتشر شده در سال 2007 تهیه شده است. در این مطالعه، یک تیم بین المللی از محققان، از جمله اعضای دانشگاه زوریخ و ETH زوریخ، قادر به ثبت و نمایه سازی شدند. تقریباً دو سوم از پروتئوم مگس سرکه ملانوگاستر پیش بینی شده - در مجموع بیش از 9،100 پروتئین.

ترکیب پروتئین کرم اکنون توسط تیمی به سرپرستی مایکل هنگارتنر، پروفسور زیست شناسی مولکولی در دانشگاه زوریخ ثبت شده است. در طول این تحقیق، محققان دانشگاه نزدیک به 11000 پروتئین و 10600 جایگاه ژنی پیدا کردند.برخی از ژن ها در نتیجه این مطالعه "بازکشف" شده اند. اگرچه آنها توسط محاسبات رایانه ای پیش بینی شده بودند، اثبات تجربی تنها اکنون با این نقشه برداری گسترده امکان پذیر شده است. این به محققان اجازه می دهد تا حاشیه نویسی ژنوم خود را اصلاح کنند، یعنی به طور دقیق تر بگویند کدام ژن های ژنوم فعال هستند و در کجای ژنوم قرار دارند. تا کنون، بیش از 19000 ژن برای این کرم با 22000 پروتئین اختصاص داده شده است.

بسیاری از پروتئین ها همپوشانی دارند

برای مقایسه این دو کاتالوگ پروتئین، محققان تنها از بخشی از ژن های کشف شده در رابطه با محصولات پروتئینی استفاده کردند. آنها بر روی 2700 ژن ارتولوگ تمرکز کردند. این ژن ها از همان ژن های «والد» سرچشمه می گیرند و در موجودات تازه ایجاد شده نگهداری می شوند. آنها همچنین عملکرد یکسانی را در طول فرآیند تکامل حفظ می کنند.

برای اکثر این پروتئین‌های ارتولوگ، محققان شباهت‌های عمده‌ای بین مگس و کرم نواری پیدا کردند.مایکل هنگارتنر تاکید می کند: «همبستگی بین این دو موجود به طرز شگفت انگیزی بالا است». این در حالی است که این دو جاندار به مدت صدها میلیون سال به طور جداگانه رشد کرده اند.

تفاوتهای بزرگ بین این دو گونه، علیرغم شباهت پروتئینی زیادشان، به دلیل مراحل میانی متعددی است که در انتقال بخشی از DNA به پروتئین کامل لازم است، با تغییرات احتمالی بی‌شماری، مانند انواع مختلف. تنظیم ژن ها به گفته این زیست شناس مولکولی، "تکامل می تواند با مراحل میانی بازی کند".

از آنجایی که پروتئین های C. elegans و Drosophila نیز مشابه پروتئین های انسانی هستند، محققان گمان می کنند که مقایسه پروتئوم انسان و کرم نتایج مشابهی را به همراه خواهد داشت.

تجهیزات منحصر به فرد

چنین مقایسه‌هایی نیاز به پایگاه‌های داده پروتئینی مانند C-MOP دارد، جایی که داده‌ها بر اساس استانداردهای یکسان توسط گروه‌های تحقیقاتی مختلف جمع‌آوری و ثبت می‌شوند. این مرکز خبره برای داده‌های پروتئوم موجودات مدل در حال حاضر تنها چنین مؤسسه‌ای در جهان است که توسط سلف SystemsX فعلی تأسیس شده است.ch، SystemsX "قدیمی". هدف نهایی این است که داده ها را به صورت رایگان در اختیار محققانی قرار دهیم که به پروتئومیکس نیز علاقه مند هستند، بنابراین ارزش زیادی برای تحقیقات بنیادی بیولوژیکی ارائه می دهد.

همراه با کاتالوگ های پروتئین برای مگس سرکه و سی. الگانس، مرکز پروتئوم های ارگانیسم مدل نیز داده های پروتئومی را برای Arabidopsis thaliana، مظهر گیاه مدل، دارد. بنابراین C-MOP یک پایگاه داده منحصر به فرد در مورد پروتئین ها برای موجودات مدل ایجاد کرده است.

ساده سازی آنالیز پروتئوم

تحقیق پروتئوم هنوز بسیار پر زحمت و پیچیده است. در حالی که اکنون می توان ژنوم ها را نسبتاً سریع و ارزان به طور کامل توالی یابی کرد، فهرست بندی پروتئین ها - محصولات ژنی - دشوار است. بنابراین Ruedi Aebersold مایل است آنالیز پروتئوم را ساده تر کند. ایده این است که پروتئین هایی را جستجو کنیم که به اندازه کافی ژنوم را مشخص کنند، بدون اینکه پروتئوم به طور کامل شناخته شود.

برای انجام این کار، برای مثال، پروفسور ETH به قطعات پپتیدی خاصی نیاز دارد که پروتئین ها را مشخص می کند.او می گوید: «مثل یک نقشه ساده شده است. برای یافتن راه درست فقط به چند نکته نیاز دارید." او ادعا می‌کند که برای زیست‌شناسی سیستم مهم است که بتواند پروتئوم‌ها را سریع‌تر و ارزان‌تر اندازه‌گیری کند، زیرا تحقیقات بیولوژیکی همچنین می‌خواهد تغییرات موجود در یک ارگانیسم را اندازه‌گیری کند. به عنوان مثال، اگر یک ژن مسدود شود، این می تواند در سطح سلولی استرس ایجاد کند. با این حال، سوال بزرگ این است که چگونه سیستم به عنوان یک کل و نه فقط به عنوان یک مسیر سیگنال معیوب رفتار می کند.

تفاوت انسان و شامپانزه

و بالاخره، محققان می خواهند - مانند مقایسه بین کرم ها و مگس ها - از پروتئومیکس برای رسیدن به انتهای تکامل و خط نزول استفاده کنند. برای مثال، شامپانزه‌ها و انسان‌ها توالی‌های ژنی متعددی مشترک دارند، اما این دو گونه هنوز بسیار متفاوت هستند، به‌ویژه از نظر عملکرد مغز. پروفسور ETH توضیح می دهد: "مقایسه توالی به تنهایی این تفاوت را به اندازه کافی توضیح نمی دهد." به منظور توضیح تفاوت های بزرگ در توسعه فنوتیپ، ما به تجزیه و تحلیل گسترده ای از پروتئین ها و شبکه هایی که آنها تشکیل می دهند نیاز داریم.