DNA模式揭示了数百种未知的蛋白质配对

基因组测序越来越便宜，但还是很难理解由此产生的数据。研究人员现在发现了一种从测序的DNA中提取有用信息的新方法。

通过对细菌中基因对之间共享的微妙进化特征进行编目，该团队能够发现数百种以前未知的蛋白质相互作用。这种方法现在应用于人类基因组，可以产生关于人类蛋白质如何相互作用的新见解。

该项目由华盛顿大学医学院和哈佛大学的科学家合作完成。他们的报告发表在7月11日的《科学》杂志上。

“蛋白质相互作用是生物功能的基础。现在我们可以使用近年来产生的大量基因组序列数据来预测它们，这很了不起，”资深作者、该大学生物化学教授大卫贝克说。华盛顿医学院。

细胞中充满了蛋白质，其中许多蛋白质必须在物理上相互作用才能发挥作用。这可能意味着聚集在一起复制DNA或形成像肌肉中那样的长纤维。然而，在很多情况下，科学家仍然不知道哪种蛋白质会相互作用。寻找新的配对可能是缓慢、费力和昂贵的。

为了寻找更好的方法，一个由四名计算生物学家组成的团队研究了一种称为共同进化的现象，即一个基因的变化与另一个基因的变化相关。这可以表明这两个基因以某种重要的方式联系在一起。

例如，如果一个基因突变产生具有改变形状的蛋白质，第二个基因可以进化产生与第一个蛋白质形状互补的蛋白质，从而保持两个蛋白质相互作用的能力。

近年来，研究人员在生物体的DNA中发现了一些微妙的分子相互作用的证据。

“共同进化对于理解特定蛋白质如何相互作用非常有用，但我们现在可以将其作为一种发现工具，”首席作家钱聪说，他是华盛顿大学医学院的博士后研究员。

研究小组将大肠杆菌的4000多个基因与其他40000多个细菌基因组的DNA序列进行了比较。这种大量的遗传信息使研究人员能够使用定制的统计模型来评估每个大肠杆菌基因之间的共同进化。

经过几轮分析，发现1618对有最强的共同进化证据。通过将他们的结果与已经表征的一小组蛋白质相互作用进行比较，研究人员获得了比以前的实验筛选方法更高的准确性。

一些新发现的相互作用提出了新的生物学见解。其中，蛋白质毒素与其抗毒素之间的相互作用可能有助于解释为什么一些大肠杆菌占据了其微生物生态位。另一个新发现的配对表明，一种叫做PstB的蛋白质已知在代谢中发挥作用，也可能有助于协调蛋白质中的合成和矿物质运输。

“生物学中很少有软件工具能够为测试做出足够的预测，但这正是这里发生的事情，”丛说。全世界的实验室都可以进行上百个后续实验。"

该小组还搜索了结核分枝杆菌的基因组，结核分枝杆菌是一种与大肠杆菌相关的疾病细菌。他们以很高的可信度确定了911蛋白质间的相互作用。其中95%以前从未被描述过。研究人员报告说，70种蛋白质可能引起结核分枝杆菌的毒性。这些发现可能为开发针对致命病原体的药物开辟了一条新途径。

“我们将把这个工具应用于更多的病原体和人类基因组，”丛说。“我们的成功将取决于其他科学家在注释基因组的哪些部分是基因，哪些部分是其他部分方面所做的工作。”

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