Что делает маленького червя популярной моделью
Исследователи из Йенского университета имени Фридриха Шиллера и Кильского университета собрали все описанные на сегодняшний день метаболические пути модельного организма Caenorhabditis elegans и представили комплексную метаболическую модель в текущем выпуске журнала Cell Systems. Модель под названием «ElegCyc» охватывает около 2000 метаболических процессов и доступна исследовательским группам по всему миру.
Несмотря на малые размеры (около 1 мм) и короткую жизнь (2–3 недели), геном этого червя демонстрирует удивительное сходство с человеческим: до 80% генов червя и человека совпадают. Около половины всех известных генов, вовлечённых в человеческие болезни, также можно найти у C. elegans. Это делает его простой модельной системой для изучения жизненных процессов и заболеваний, в том числе у человека.
Чтобы помочь в этом, команда под руководством доктора Кристофа Калеты (Кильский университет) вместе с коллегами из Йенского университета и ETH Zürich обобщила полный метаболизм червя в математической модели. Это позволяет отслеживать и исследовать все его метаболические пути «in silico» (на компьютере) и прогнозировать, как определённые изменения (например, в поглощении пищи) влияют на рост, продолжительность жизни или возникновение заболеваний.
Исследователи скрупулёзно изучили базы данных и научную литературу, объединив все описанные метаболические пути C. elegans. В общей сложности было зафиксировано и взаимосвязано почти 2000 метаболических процессов. Возникла сложная сеть, детально показывающая жизненные процессы червя, которую учёные могут теперь анализировать, ища отдельные гены, метаболиты или реакции.
Ключевое преимущество такой комплексной компьютерной модели — возможность анализа огромных массивов данных, получаемых современными методами высокопроизводительного секвенирования RNA или метаболомики.
В представленном исследовании биоинформатики показали, что их модель отвечает этим требованиям. Они загрузили в модель экспериментальные данные о процессе старения от исследовательского центра JenAge (Йена). Черви получали три разных вещества, два из которых, как известно, продлевают жизнь. Активность примерно 20 000 генов C. elegans определялась в четырёх временных точках. Благодаря модели «ElegCyc» исследователи смогли идентифицировать, какие метаболические процессы среди этого большого числа генов способствовали эффекту продления жизни от скармливаемых веществ.
В будущих исследованиях учёные планируют использовать свою модель, чтобы лучше понять взаимодействие червя с его кишечным микробиомом. В отличие от высоко сложного микробиома человека, микробиом червя очень прост, что делает его особенно подходящим для изучения того, как определённые виды бактерий способствуют здоровью или провоцируют болезни. Исследователи надеются получить новые данные о возникновении хронических воспалительных заболеваний кишечника у человека, которые сопровождаются серьёзным дисбалансом кишечного микробиома.