Результаты были недавно опубликованы в Nature Biotechnology. Работой руководила исследовательская группа Бернхарда Палссона, профессора Галлетти биоинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, в сотрудничестве с коллегами из Люксембургского университета, Технического университета Дании и других организаций по всему миру.Инструмент, получивший название Recon3D, на сегодняшний день представляет собой наиболее полную реконструкцию метаболической сети человека. Он объединяет 3288 открытых рамок считывания, которые представляют собой участки ДНК и РНК, содержащие гены, продуцирующие белок; 13 542 метаболических реакции; и трехмерные структуры 4 140 метаболитов и 12 890 белков.
Recon3D доступен в Интернете через две базы данных: модели BiGG и базу данных Virtual Metabolic Human. Recon3D также интегрирован в банк данных белков, который теперь может позволить пользователям визуализировать трехмерные структуры белков в контексте их метаболических сетей.
«Это первый ресурс, который связывает все эти различные типы данных вместе в одном месте, и он оказался очень ценным инструментом для анализа данных секвенирования», — сказала Элизабет Бранк, научный сотрудник Калифорнийского университета в Сан-Диего и первый автор исследования.Бранк объяснил, что многие подходы к анализу данных секвенирования часто включают рассмотрение кода ДНК как линейной последовательности, но это не говорит обо всем. Это потому, что белки, которые производят последовательности ДНК, естественным образом существуют в виде трехмерных структур со спиралями, изгибами и складками — они не являются линейными. «Так что, если вы изучаете мутации и смотрите на них как на отдельные точки на линии, они могут выглядеть так, как будто они не связаны друг с другом. Но в естественном свернутом состоянии белка эти мутации могут фактически оказаться близко друг к другу», — сказал Бранк.
Исследователи использовали Recon3D для картирования генетических мутаций, называемых однонуклеотидными полиморфизмами (SNP), которые вызваны изменением одного нуклеотидного основания (A, C, G или T) в последовательности ДНК. В этом исследовании исследователи сосредоточили внимание на SNP, которые связаны с такими заболеваниями, как рак. Исследователи обнаружили, что эти мутации происходят в белках, и обнаружили, что многие из них занимают одни и те же области, которые они назвали «горячими точками мутаций».
Используя Recon3D, исследователи обнаружили, что другие вредные мутации были значительно более вероятны по сравнению с соседними мутациями, которые также были вредными.Исследователи также использовали Recon3D для изучения того, как гены, белки и метаболические реакции меняются в ответ на различные лекарственные препараты. К своему удивлению, исследователи обнаружили, что лекарства с очень разными молекулярными структурами вызывают сходные метаболические реакции. «Разработчики лекарств могут использовать этот инструмент, чтобы выяснить, можно ли использовать определенные лекарства для лечения других заболеваний, для которых они изначально не были разработаны», — отметил Бранк.
«Приятно видеть, как эта международная группа исследователей объединилась для создания Recon3D, на долю которого приходится 17 процентов функционально аннотированных генов в геноме человека», — сказал Палссон. «Учитывая участие метаболизма в большинстве основных заболеваний (рак, нервная система, диабет и т.д.) и хорошее самочувствие, Recon3D, вероятно, поможет открыть новые горизонты в исследованиях метаболизма человека».