Seminar Bioinformatika, 22. maj 2019.

Naredni sastanak Seminara biće održan u sredu, 22. maja 2019. u sali 718 Matematičkog fakulteta sa početkom u 18:15.

Predavač: Anđela Rodić i Stefan Graovac, Biološki fakultet, Univerzitet u Beogradu

Naslov predavanja: DINAMIKA REGULACIJE RESTRIKCIONO-MODIFIKACIONIH SISTEMA BAKTERIJA: OD BIOFIZIČKIH MODELA KA SINTETIČKOJ BIOLOGIJI


Apstrakt:
Restrikciono-modifikacioni(R-M) sistemi su male genske mreže bakterija, često u potpunosti kodirane  plazmidima, koje obezbeđuju  ekspresiju  dva  enzima: restrikciona  endonukleaza (RE) seče specifične DNK sekvence, dok ih metiltransferaza (MT) štiti od sečenja. Osnovni zadatak R-M sistema je da brane bakterijsku ćeliju od unete strane DNK, a da pritom ne oštete genom domaćina. Kako bi ekspresija navedenih enzima bila strogo kontrolisana u novonaseljenoj bakteriji i, naročito, da bi uključivala kašnjenje pojave RE koje obezbeđuje dovoljno vremena za početnu, zaštitnu metilaciju genoma, iznenađujuće, R-M sistemi se oslanjaju na veliki broj različitih regulatornih svojstava, kao što su specijalizovani transkripcioni faktori  (C proteini), njihovo kooperativno vezivanje, preklopljeni promotori, antisens RNK, odsustvo mesta za vezivanje ribozoma sa transkripta i dr. Imajući u vidu imunsku funkciju koju dele svi R-M sistemi, pretpostavili smo da nekoliko odabranih osobina dinamike ekspresije sistema, koje su odgovorne  za bezbedno i efikasno uspostavljanje sistema u novom domaćinu, uslovljava dizajn regulacije sistema. Zatim smo, kombinacijom termodinamičkog i dinamičkog modelovanja i biohemijskih eksperimenata, analizirali četiri R-M sistema koja koriste veoma različite mehanizme regulacije transkripcije i pokazali da se dizajn svakog od ovih sistema može objasniti predloženim dinamičkim principima [1-4]. Međutim, bakterije u prirodnoj sredini mogu da  se nađu u veoma različitim globalnim fiziološkim uslovima, koji vode značajnim razlikama u brzini rasta ćelija. Zato  se postavlja pitanje,u kojoj meri efekati dinamike populacije utiču na unutarćelijsku dinamiku ekspresije RE i MT, kao i da li su nađeni dinamički principi robusni u odnosu na promene brzine rasta ćelije. Koristeći prva raspoloživa merenja na nivou pojedinačnih ćelija kod R-M sistema [1], pokazali smo da je uključivanje efekata dinamike populacije neophodno da bi se kvantitativno objasnila  eksperimentalna  merenja [5]. Takođe, naši preliminarni  rezultati ukazuju na to da je regulacija R-M sistema dizajnirana (odnosno  optimizovana evolucijom) tako da poveća robusnost dinamičkih osobina sistema (npr. odnosa RE i MT u stacinarnom stanju) u odnosu na  promene brzine rasta ćelija. Sa stanovišta  bioinžinjerskih primena, raznovrsna regulatorna svojstva i evolucioni principi dizajna pronađeni u R-M sistemima mogu da posluže kao gradivni blokovi, odnosno smernice u konstruisanju veštačkih genskih kola u sintetičkoj biologiji.

Reference:

[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.



Nažalost nije moguće ostaviti komentar.