Wir stellen das Unknome vor, die Black Box der Biologie

„Ome“ ist kein Mantra in der Wissenschaft, aber es ist ein immer häufiger vorkommendes Suffix in der Biochemie, Genetik und Molekularbiologie. Wir alle kennen das Genom. Dann gab es das Epigenom, gefolgt vom Proteom. Nun gibt es das Interaktom, das Metabolom, das Transkriptom und andere. Von Zeit zu Zeit scheinen in der Literatur weitere „Omes“ aufzutauchen. Wie im Genom, das den Satz von Genen eines Individuums oder einer Art darstellt, bezeichnet das Suffix -ome einen „Körper“ oder eine Reihe von Teilen, die zusammen beschrieben werden können: Das Proteom besteht aus allen Proteinen in einer Zelle. Das Transkriptom ist die Menge der DNA-Transkripte. Das Interaktom ist die Gesamtheit aller interagierenden Teile in einem Prozess, und das Metabolom ist die vollständige Ergänzung der Metaboliten in einer Zelle, einem Gewebe oder einem Organismus in einem bestimmten Zustand. Ein neues ist das „Unnome“ – die Menge aller Komponenten, über die wir nichts wissen. Mehr dazu später. Das Suffix -ome wird seit langem auch für einzelne Einheiten wie Ribosom, Cytochrom, Cryptochrom und Chromosom verwendet. Dichtern sollte es leicht fallen, Verse über Biochemie zu schreiben.

Das Studium aller Omen kann als Omics bezeichnet werden, mit Familienmitgliedern wie Genomik, Proteomik und Transkriptomik. Omics ist nicht nur eine taxonomische Übung; Es ist ein Versuch, die verwirrende Komplexität, mit der Zellbiologen konfrontiert sind, in den Griff zu bekommen. Und gerade als sie denken, sie hätten alle Mitglieder in einem Zwiespalt, kommt es zu Komplikationen.

Beispielsweise verkündete die Fachzeitschrift „Science“ kürzlich, dass „Ihre Zellen nicht das Genom haben, mit dem Sie geboren wurden.“ Im Gegensatz zu dem, was die meisten Menschen von 23andMe glauben gemacht haben, hat keiner von uns „ein“ Genom, außer bei der Empfängnis. Von da an verändert sich das Genom im Laufe des Lebens Zelle für Zelle, Gewebe für Gewebe. Diese können sich auf Zehntausende Veränderungen pro Körperzelle summieren. Veränderungen am Genom durch Mutationen oder durch Entwicklungsprozesse machen uns zu Universen von Genomen!

Infolge,Jeder Mensch ist eigentlich ein Mosaik von Genomen, die im ganzen Körper und oft innerhalb desselben Organs oder Gewebes variieren.Diese DNA-Veränderungen führeneine Vielfalt der somatischen oder nichtreproduktiven Zellen des Körpers, die für die Gesundheit genauso wichtig sein kann wie die weitreichenderen Veränderungen, die von den Eltern geerbt wurden.Jetzt haben die National Institutes of Health (NIH) ein fünfjähriges und 140 Millionen US-Dollar teures Projekt zur Kartierung gestartetDieses Universum der genomischen Vielfalt – und erforschen Sie, warum es wichtig ist.[Betonung hinzugefügt.]

Dan Landau nennt dies „eine riesige Revolution in der Humangenetik“. Er ist gespannt auf die Ergebnisse. „Wir stehen erst am Anfang dieses unglaublichen Abenteuers.“

Ein weiterer Übersichtsartikel in Science kündigt „The Dawn of Spatial Omics“ an. In der Rezension des Herausgebers heißt es:

Die gesamte Biologie findet im Weltraum statt.In lebenden Organismen müssen Zellen interagieren und sich zu dreidimensionalen Geweben zusammensetzen.Die Position jeder Zelle ist ebenso wichtig wie ihre eigentliche Natur bei der Bestimmung, wie ein Gewebe bei einer Krankheit funktioniert oder Fehlfunktionen aufweist. In letzter Zeit wurden viele Technologien erfundenProfilzellen, ohne sie aus ihrem natürlichen Kontext zu entfernen , Messung der Genexpression und der regulatorischen Landschaft des Genoms einer Zelle sowie ihrer räumlichen Lage innerhalb eines Gewebes. In einer Übersicht schreiben Bressan et al. Beschreiben Sie die Merkmale vonDiese Methoden werden zusammenfassend als räumliche Omics bezeichnetund besprechen Sie, was ihnen fehlt, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen.

Die Autoren Bressan, Battistoni und Hannon beginnen mit einer Fanfare: „So wie die Einzelzellsequenzierung viele Bereiche der Biologie revolutioniert hat, sollen räumliche ‚Omics‘, bei denen molekulare Parameter in situ an intakten Gewebeproben gemessen werden, durchgeführt werden.“ Ermöglichen Sie eine neue Generation wissenschaftlicher Entdeckungen.“

Die räumliche molekulare Profilierung auf Gewebeebene (und manchmal auch auf Zellebene) mit „Multi-Omic“-Technologien wird es Forschern ermöglichen, das Genom, Transkriptom und Proteom gleichzeitig in situ innerhalb eines Organs, Gewebes oder einer Zelle zu untersuchen. Dies fügt eine weitere Informationsebene hinzu, die früheren Studien verborgen blieb.

Einer der ersten Schritte auf diesem Weg war die Entstehung von Einzelzell-„Omics“-Technologien, die auf disaggregierte Gewebe wirken. Diese Methoden ermöglichten die Entdeckung neuer Zelltypen, warfen ein neues Licht auf die Entwicklung von Organismen und leiteten den Prozess der Erstellung umfassender Kataloge menschlicher und Mausgewebe ein.Biologische Prozesse finden jedoch in einem räumlichen Kontext statt,und dasDie dreidimensionale (3D) Anordnung von Zellen in einem Gewebe hat tiefgreifende Auswirkungen auf deren Funktionen …. Unabhängig von ihrer unbestrittenen Leistungsfähigkeit werden Messungen an disaggregierten Zellen oder Zellkernen durchgeführtfehlt diese Informationsebene.Der Bedarf an solchen Kenntnissen hat die Entwicklung von „räumlichen Omics“ vorangetrieben: Methoden, mit denen sich die molekularen Eigenschaften von Zellen in ihrem natürlichen 3D-Kontext messen lassen.

Die Autoren sagen, dass „wir ganz am Anfang der räumlichen Omics-Revolution stehen“ und dass „der Fortschritt in rasender Geschwindigkeit voranschreitet“, was den Wissenschaftlern zweifellos „ein viel tieferes Verständnis der Biologie im Kontext“ ermöglichen wird.

Als Beispiel für die tiefgreifende Wirkung von räumlichen und umweltbedingten Einflüssen auf einen Organismus haben Forscher in Harvard herausgefunden, dass bestimmte Neuronen aktiv werden, wenn einer Maus beim Navigieren in einem Labyrinth der virtuellen Realität ein Fehler unterläuft.

Die Forscher fanden heraus, dass, wenn eine Maus beim Navigieren einen Fehler machte und diesen korrigierte,Der Subtyp der Neuronen wurde aktiv . Dies galt selbst dann, wenn sie die Maus zum Irrtum brachten, indem sie entweder das Labyrinth drehten oder die Farbmarkierungen änderten. Wenn die Maus jedoch keinen Fehler machte oder einen Fehler machte, ihn aber nicht korrigierte, feuerten die Neuronen nicht.

Als die Neuronen aktiv wurden,sie taten es gemeinsam , was zu einem Folgeexperiment führte, bei dem die Forscher die Zellen mit Licht stimulierten. Sie fanden heraus, dass dieNeuronen sind im Wesentlichen fest miteinander verbundenDas bedeutet, dass der elektrische Strom, der sie zum Feuern auffordert, direkt von einer Zelle zur nächsten fließen kann.

Eine isolierte Untersuchung dieser Neuronen hätte diese konzertierte, dynamische Aktivität nicht ergeben.

Wissenschaftler der Universität Leiden in den Niederlanden fanden heraus, dass das „zytosolische Interaktom vor der Proteinentfaltung schützt“ und einen kontinuierlichen Prozess des „biologischen Origami auf molekularer Ebene“ durchführt. Laut Phys.org ist die

Gruppenleiter Alireza Mashaghi sagte: „Wenn eine Zelle Stress erfährt, kann sich ein Protein zu einer vollständig entfalteten Kette entfalten. Sobald das passiert ist, ist es so sehr schwer rückgängig zu machen. Aber wir bemerkten, dass das Zytoplasma diesen Prozess unterbricht, nicht zulassen, dass die Entfaltung bis zum Ende voranschreitet. Dies schützt die Proteine ​​und sorgt für eine ordnungsgemäße Funktionalität. Außerdem können sich die Proteine ​​leichter wieder falten, sobald der Stress beseitigt ist.“

Die diesbezügliche Forschung wurde in Advanced Biology mit dem Titel „Cytosolic Interactome Protects Against Protein Unfolding in a Single Molecule Experiment“ veröffentlicht.

Aus der Public Library of Science stammt die Nachricht von „dem ‚Unnome‘: der Reihe von Gentranskripten, über die wir fast nichts wissen.“ Diese Black Box besteht aus „Tausenden von wenig erforschten Proteinen, die von Genen im menschlichen Genom kodiert werden, deren Existenz bekannt ist, deren Funktionen jedoch größtenteils unbekannt sind.“

Die Sequenzierung des menschlichen Genoms hat deutlich gemacht, dass es Tausende wahrscheinlicher Proteinsequenzen kodiert, deren Identität und Funktion noch unbekannt sind. Dafür gibt es mehrere Gründe, unter anderem dieTendenz, knappe Forschungsgelder auf bereits bekannte Ziele zu konzentrieren und das Fehlen von Werkzeugen, einschließlich Antikörpern, um Zellen über die Funktion dieser Proteine ​​zu befragen. AberDie Risiken, diese Proteine ​​zu ignorieren, sind erheblich.Die Autoren argumentieren, da es so istwahrscheinlich spielen einige, vielleicht sogar viele, eine wichtige Rolle bei kritischen Zellprozessenund können sowohl Erkenntnisse als auch Ziele für therapeutische Interventionen liefern.

Diese von Phys.org bestätigte Nachricht besagt, dass Forscher im Vereinigten Königreich eine öffentliche Datenbank dieser Proteine ​​aufbauen, von der sie glauben, dass sie mit der Zeit schrumpfen wird. Das Unknome-Projekt (Unknown Genome) wurde unter http://www.unknome.org gestartet. Die Proteine ​​werden danach geordnet, wie wenig über sie bekannt ist, was die Neugier der Forscher weckt, herauszufinden, was sie tun.

Es ist klar, dass Omics zusätzliche Schichten biologischer Informationen in lebenden Systemen entdeckt. Veraltete Konzepte von Genen und Proteinen aus den 1960er-Jahren, wie das zentrale Dogma, werden von dieser neuen Sichtweise der mehrdimensionalen dynamischen Organisation überwältigt. Während die früheren Genetiker eine flache zweidimensionale Karte betrachteten, blickt die neue Generation auf eine blühende Stadt. Alte Dogmen über die darwinistische Evolution scheinen völlig unzureichend, um die Komplexität auf dieser Ebene zu verstehen. Die Wissenschaft im 21. Jahrhundert benötigt einen theoretischen Rahmen, der in der Lage ist, den Informationsfluss in Zeit und Raum zu bewältigen. Da ist einer. Man nennt es intelligentes Design.