Переписывая учебник по регуляции генов: Важна общая картина

Фундаментальный принцип молекулярной биологии описывает, как белки создаются в клетке в два этапа: транскрипция (копирование информации с ДНК на матричную РНК, mRNA) и трансляция (сборка белков рибосомами на основе инструкции mRNA).

Направление потока информации от ДНК к mRNA и затем к белку известно как «центральная догма» молекулярной биологии. В течение 20 лет системные биологи пытались понять, как клетки регулируют эти процессы на основе данных об экспрессии генов.

Впервые исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего показали, что у бактерии-модели E. coli изменения в экспрессии генов во время роста происходят почти исключительно на стадии транскрипции. Они вывели простую количественную формулу, связывающую регуляторный контроль с уровнями mRNA и белка. Результаты опубликованы в Science.

Ключевое открытие: На системном уровне (учитывая все гены вместе) линейное мышление о центральной догме не работает. Удвоение количества mRNA не приводит к удвоению количества белка из-за глобальных ограничений клетки, например, постоянной общей концентрации белка.

Новый подход: Вместо того чтобы строить модели, игнорируя эти ограничения, группа под руководством Терри Хва начала с самих ограничений и провела абсолютные количественные измерения, а не относительные. Это позволило отфильтровать незначительные изменения и установить чёткую количественную связь между уровнями mRNA и белка.

Значение работы:

• Даёт формулу для интерпретации того, как патогенные бактерии уклоняются от антибиотиков и иммунного ответа.
• Позволяет более эффективно перепроектировать бактерии в синтетической биологии для детоксикации отходов или борьбы с раковыми клетками.
• Предоставляет простое правило для расшифровки взаимодействий генов и проектирования генетических схем, которые будут работать в разных условиях.

«Мы использовали неверную концепцию, — заявил Терри Хва. — Теперь эта работа даёт простой рецепт... который поможет решить некоторые из насущных проблем мира в биотехнологиях и науках о здоровье». Исследование может изменить то, как регуляция экспрессии генов преподаётся в учебниках по биологии.