Функциональная аннотация раскрывает потенциал «геномной тёмной материи»

Исследователи смогли идентифицировать ферменты, разлагающие биомассу, в 35% генов генома, которые считаются «геномной тёмной материей».

Выявление 17 предполагаемых целлюлаз, разлагающих биомассу, из более чем 5500 микробных геномов полезно для исследователей в области биоэнергетики, работающих над эффективным превращением растительной биомассы в биотопливо нового поколения.

Одна из ключевых задач — эффективное и экономичное преобразование растительной биомассы. Чтобы её решить, учёные ищут микробные ферменты, способные расщеплять биомассу. Предыдущее масштабное исследование, проведённое Объединённым институтом генома Министерства энергетики США (DOE JGI), выявило почти 30 000 генов, разлагающих биомассу, у микробов из рубца коровы. Тестирование части этих генов показало, что более половины действительно способны расщеплять растительную биомассу.

Новое исследование, опубликованное 12 апреля 2014 года в журнале Biotechnology and Bioengineering, сосредоточено на вычислительных методах поиска новых генов, разлагающих биомассу, в уже известных микробных геномах. До трети генов в большинстве геномов остаются неизученными («геномная тёмная материя»), отчасти из-за неспособности существующих алгоритмов определить их функцию.

Предложенное решение учитывает геномный контекст и сходство последовательностей этих неизвестных генов с уже известными целлюлазами. Используя этот подход, учёные проанализировали более 5500 микробных геномов в базе данных Integrated Microbial Genomes (IMG) и выявили 56 «гипотетических белков» без определённой функции. Все эти белки были обнаружены в геномах, секвенированных в рамках проекта «Геномная энциклопедия бактерий и архей».

Семнадцать из этих кандидатов в целлюлазы были протестированы на активность, и 11 (65%) показали её. Ещё 45 кандидатов были идентифицированы, но не проверены экспериментально. Использование биоинформатических инструментов на платформе IMG позволит другим исследователям продолжить эту работу.

Выводы: Эта работа даёт первое представление о целлюлолитическом потенциале «геномной тёмной материи», которая составляет до ~1/3 всех генов в геноме. Новые гены и белки, разлагающие биомассу, станут ценным дополнением к общему каталогу углеводно-активных генов и белков. Данный подход также может быть полезен для поиска в «тёмной материи» других ферментов, важных для биоэнергетики и экологии.