Семинар Биоинформатика, 22. мај 2019.

• 13. Мај, 2019
• Коментари (0)

Наредни састанак Семинара биће одржан у среду, 22. маја 2019. у сали 718 Математичког факултета са почетком у 18:15.

Предавач: Анђела Родић и Стефан Граовац, Биолошки факултет, Универзитет у Београду

Наслов предавања: ДИНАМИКА РЕГУЛАЦИЈЕ РЕСТРИКЦИОНО-МОДИФИКАЦИОНИХ СИСТЕМА БАКТЕРИЈА: ОД БИОФИЗИЧКИХ МОДЕЛА КА СИНТЕТИЧКОЈ БИОЛОГИЈИ


Апстракт:
Рестрикционо-модификациони(R-M) системи су мале генске мреже бактерија, често у потпуности кодиране  плазмидима, које обезбеђују  експресију  два  ензима: рестрикциона  ендонуклеаза (RE) сече специфичне DNK секвенце, док их метилтрансфераза (MT) штити од сечења. Основни задатак R-M система је да бране бактеријску ћелију од унете стране DNK, а да притом не оштете геном домаћина. Како би експресија наведених ензима била строго контролисана у новонасељеној бактерији и, нарочито, да би укључивала кашњење појаве RE које обезбеђује довољно времена за почетну, заштитну метилацију генома, изненађујуће, R-M системи се ослањају на велики број различитих регулаторних својстава, као што су специјализовани транскрипциони фактори  (C протеини), њихово кооперативно везивање, преклопљени промотори, антисенс RNK, одсуство места за везивање рибозома са транскрипта и др. Имајући у виду имунску функцију коју деле сви R-M системи, претпоставили смо да неколико одабраних особина динамике експресије система, које су одговорне  за безбедно и ефикасно успостављање система у новом домаћину, условљава дизајн регулације система. Затим смо, комбинацијом термодинамичког и динамичког моделовања и биохемијских експеримената, анализирали четири R-M система која користе веома различите механизме регулације транскрипције и показали да се дизајн сваког од ових система може објаснити предложеним динамичким принципима [1-4]. Међутим, бактерије у природној средини могу да  се нађу у веома различитим глобалним физиолошким условима, који воде значајним разликама у брзини раста ћелија. Зато  се поставља питање,у којој мери ефекати динамике популације утичу на унутарћелијску динамику експресије RE и MT, као и да ли су нађени динамички принципи робусни у односу на промене брзине раста ћелије. Користећи прва расположива мерења на нивоу појединачних ћелија код R-M система [1], показали смо да је укључивање ефеката динамике популације неопходно да би се квантитативно објаснила  експериментална  мерења [5]. Такође, наши прелиминарни  резултати указују на то да је регулација R-M система дизајнирана (односно  оптимизована еволуцијом) тако да повећа робусност динамичких особина система (нпр. односа RE и MT у стацинарном стању) у односу на  промене брзине раста ћелија. Са становишта  биоинжињерских примена, разноврсна регулаторна својства и еволуциони принципи дизајна пронађени у R-M системима могу да послуже као градивни блокови, односно смернице у конструисању вештачких генских кола у синтетичкој биологији.

Референце:

[1] Morozova N, Sabantsev A, Bogdanova E, Fedorova Y, Maikova A, Vedyaykin A, Rodić A, Đorđević M, Khodorkovskii M, Severinov, Nucleic Acids Research 44:790, 2016.

[2] Rodic A, Blagojević B, Zdobnov E, Đorđević M, Đorđević M, BMC Systems Biology 11:377, 2017.

[3] Rodić A, Blagojević B, Đorđević M, In: Systems Biology (pp. 37-58). Springer Nature, 2018.

[4] Klimuk E, Bogdanova E, Nagornykh M, Rodić A, Đorđević M, Medvedeva S, Pavlova O, Severinov K, Nucleic Acids Research 46:10810, 2018.

[5] Graovac S, Rodić A, Đorđević  M, Severinov K, Đorđević  M, Molecules 24:198, 2019.