Упрощённое определение генных кластеров с помощью анализа данных

Обновлённый веб-сервер улучшит анализ генетического материала. Это поможет исследователям оптимизировать бактерии для промышленного производства новых антибиотиков, витаминов и пищевых соединений.

Рибосомально синтезируемые и посттрансляционно модифицированные пептиды (RiPPs) — разнообразная группа биологически активных бактериальных молекул — в последнее время привлекают большое внимание благодаря их огромному терапевтическому потенциалу. Одним из таких классов молекул являются бактериоцины, которые уже несколько десятилетий широко используются в пищевой промышленности. Например, низин — бактериоцин с антимикробными свойствами — применяется как биоконсервант в молочных продуктах, консервах и мясных изделиях. В последние годы его применение расширилось и на биомедицинскую сферу.

Для облегчения исследований RiPPs и бактериоцинов команда учёных, частично поддержанная проектом ЕС Rafts4Biotech, представила последнюю версию веб-инструмента под названием BAGEL. Особенности веб-сервера BAGEL4 были недавно опубликованы в журнале Nucleic Acids Research. Как поясняется в статье, инструменты для анализа данных могут быть полезны для «точного определения генетического происхождения наблюдаемой антимикробной активности и, следовательно, идентификации связанной химической структуры».

Исследователи заявили, что BAGEL4 — это веб-сервер, «который позволяет пользователям идентифицировать и визуализировать генные кластеры в прокариотической ДНК, участвующие в биосинтезе RiPPs и (немодифицированных) бактериоцинов». Его входные данные также могут быть дополнены данными секвенирования РНК. «В целом BAGEL4 был обновлён и расширен новыми функциями; он стал удобнее для пользователя и предлагает надёжный, быстрый и удобный поиск бактериоцинов и RiPPs».

Проект Rafts4Biotech был создан для преодоления некоторых проблем биотехнологических процессов, связанных с бактериями. Как указано на сайте проекта, «эффективность этих микроорганизмов в сложных промышленных условиях ограничивается токсичностью некоторых соединений и сложными метаболическими взаимодействиями, происходящими внутри бактериальных клеток».

Стратегия Rafts4Biotech основана на «локализации производства этих соединений в специализированных областях мембраны микроба, называемых липидными рафтами. Эти недавно открытые области представляют собой идеальную среду, чтобы избежать вмешательства в метаболизм и жизнеспособность бактерий, тем самым повышая продуктивность».

Один из тематических исследований проекта сосредоточен на создании нового поколения эффективных антибиотиков для борьбы с резистентными инфекциями. «Rafts4Biotech применит технологию рафтов для разработки высокодоходных антимикробных препаратов, которые обычно не могут быть произведены из-за их токсичности». Та же технология будет использована и для производства ß-каротина, а также витаминов A и B — заменяя химическое производство устойчивыми биопроцессами, работающими при более низких температурах и требующими меньше энергии. Другой пример — контроль и устранение загрязнителей пищи и питьевой воды, таких как трихлорпропан (промышленный растворитель).

В интервью на сайте проекта координатор Даниэль Лопес подробно объясняет липидные рафты: «Любая клеточная мембрана состоит из липидов, и они агрегируют в соответствии со своими физико-химическими свойствами. Как масло и вода не смешиваются, специфические липиды остаются вместе, образуя капли или домены. Эти липидные кластеры включают мембранные белки, обусловливая их функцию». Эта специализированная мембранная структура известна как липидный рафт. «Белки в мембране подобны двигателю в автомобиле — им нужно правильное масло для работы, а липиды в мембране — именно такое масло, обеспечивающее правильную работу белков, которые они объединяют».

Проект Rafts4Biotech (Synthetic bacterial lipid rafts to optimize industrial bioprocesses) объединяет экспертизу в области синтетической биологии, системной биологии и математического моделирования для внедрения своей технологии на рынок.