Его длина составляет всего около миллиметра, поэтому он едва заметен невооруженным глазом. Его недолгое существование всего две-три недели проводится скрытым в почве. На первый взгляд, у крошечного червя Caenorhabditis elegans и человека очень мало общего.
И все же их генетический состав демонстрирует поразительное сходство: «До 80 процентов генов червя и человека одинаковы», — говорит доктор Кристоф Калета, ученый-биоинформатик из Киля, профессор системной биологии на медицинском факультете. Кильский университет и член кластера передового опыта «Воспаление на интерфейсах». «Примерно половина всех известных генов, участвующих в заболеваниях человека, также может быть обнаружена у C. elegans».
Это причина, по которой червя можно использовать как простую модельную систему для исследования и лучшего понимания жизненных процессов, а также болезней — в том числе и у людей.Чтобы помочь в этом начинании, Калета и его команда вместе с коллегами из Йенского университета Фридриха Шиллера и ETH Zurich суммировали полный метаболизм червя в математической модели. Таким образом, все его метаболические пути можно отслеживать «in silico» (на компьютере) и исследовать. «В частности, мы также можем прогнозировать, как определенные изменения, например, в поглощении пищи, влияют на рост, продолжительность жизни или возникновение заболеваний в этом организме», — объяснил Калета, который проводил исследования и читал лекции в качестве доцента. в Йенском университете до 2014 года. Вместе со своей бывшей рабочей группой и геронтологами из Йены и Цюриха он представил модель под названием «ElegCyc» в последнем выпуске научного журнала «Cell Systems» (DOI: 10.1016 / j.cels.
2016.04.017).Исследователи тщательно изучили базы данных и специальную литературу и объединили все метаболические пути C. elegans, которые были описаны до сих пор. Всего таким образом было зарегистрировано почти 2000 метаболических процессов, связанных друг с другом.
Возникла сложная сеть, которая подробно показывает жизненные процессы червя и которую ученые теперь могут искать по отдельным генам, продуктам метаболизма или реакциям. Основное преимущество таких всеобъемлющих компьютерных моделей заключается в том, что они также позволяют анализировать огромные объемы данных, — говорит Джулиана Гебауэр из кафедры биоинформатики Йенского университета. «Современные высокопроизводительные методы, такие как секвенирование РНК или метаболомика, обеспечивают такой обильный объем данных, который вряд ли может быть всесторонне проанализирован без таких моделей», — говорит докторант, который является ведущим автором публикации.
Ученые-биоинформатики смогли показать, что их модель удовлетворяет этим требованиям в исследовании, которое сейчас было представлено: они снабдили модель экспериментальными данными о процессе старения из Йенского исследовательского центра JenAge. В пищу червям давали три разных вещества, два из которых, как известно, продлевали их жизнь.
Активность примерно 20 000 генов C. elegans была определена в общей сложности в четыре момента времени. Благодаря модели "ElegCyc" исследователи определили, какие метаболические процессы среди этого большого количества генов способствуют увеличению продолжительности жизни от употребляемых веществ.В своих будущих исследованиях исследователи хотят использовать свою модель, чтобы лучше понять взаимодействие между червем и его кишечным бактериальным микробиомом.
В отличие от очень сложного микробиома человека, микробиом червя очень прост, что делает его особенно подходящим для исследования того, как определенные виды бактерий приносят пользу здоровью или способствуют развитию заболеваний. Благодаря этим исследованиям исследователи надеются получить новое представление о возникновении хронических воспалительных заболеваний кишечника, которые сопровождаются серьезным дисбалансом кишечного микробиома у людей.Метаболическая модель C. elegans находится в свободном доступе в Интернете по адресу: http://elegcyc.bioinf.uni-jena.de:1100