Nutriomic - a táplálkozási környezet és a biológiai kölcsönhatás komplex elemzése
Nutriomic - a táplálkozási környezet és a biológiai egyéniség közötti kölcsönhatás komplex elemzése Frank Döring Biogenese, Technogenese Food Nutritional Environment Emberi (. Om) egészség/betegség
. Az omics DNS chip technológiái az új biológiához tartoznak, mint nagy tudomány Manfred Eigen: a biológia olyan nagy tudomány A biológia kezdete, mint a nagy tudomány: Renato Dulbecco 1986. Most a sejt genomjára kell koncentrálnunk. genomika filogenomika Teljes. A genomok szekvenálása. Különböző fajok genomjainak összehasonlítása. Genomok összehasonlítása egy fajon belül transzkripptika proteomika strukturális genomika. Mrnas kimutatása sejtekben/szövetekben. Fehérjék kimutatása sejtekben/szövetekben. A fehérje domének 3-D szerkezetének tisztázása. A fehérje-fehérje kölcsönhatások fenomikai operomikájának azonosítása. A génfunkciók tisztázása (funkcionális genomika). Az összes kombinációja. omika a rendszerleíráshoz Manfred Eigen, Perspektiven der Wissenschaft, 1988 (Deutsche Verlags-Anstalt); Renato Dulbecco, Science 231, 1055 (1986) Nature: 402, 23 (1999); 402: 362 (1999); 402: 413 (1999); 402, 714 (1999) 403, 623 (2000)
A genomtól a funkcióig - a komplexitás csökkentése? Sejt DNS-genom 3 x 10 9 bázis 30.000-40.000 gén Metaboloma 100-1000 (?) Metabolit-komplex 100-1000 fehérjekomplexum C-C-N N-C-C 5 hn-rna mrna 3 polimorfom 1 bázis/1000 bázis transzkriptóma 5000-10 000 mrnas fehérje 5000-10 000 fehérje
A DNS-chip technológia alapelvei és alkalmazásai Alkalmazások Transzkriptómanalízis: Az x hatása a génexpresszióra Polimorfom-elemzés: Biológiai variabilitás az egyes bázisok (egy nukleotid polimorfizmus = snp) sejtek/szövetjelölt DNS/RNS szálak szintjén 5 -. TACGGGTGTTAA. -3 5 -. TACCCCGCCATA. -3> 103 DNS/RNS kimutatása -3 -ATGCCCACACAATT. -5 5 - . TACGGGTGTTAA. -3-3 -ATGGGGCGGTAT. -5 5 - . TACCCCGCCATA. -3 - egyidejű - szemikvantitatív - specifikus (1 bázis !)
Egynukleotidos polimorfizmusok, magas vérnyomás és sóérzékenység 74 személy Genomikus DNS-amplifikáció izolálása, 75 jelölt gén DNS-jének jelölése, töredezése vérnyomásszabályozáshoz SNP-elemzés 9 DNS-csipkel és 2 500 000 génszondával Science 280, 1077 (1998); Nature Genetics 22, 239 (1999) 190 000 bázis (50% kódolás) 874 SNP (0,5%) 387 SNP kódolás (44%) 207 SNP aminosav szubsztitúcióhoz vezet pl. B. 17 SNP az angiotenzinogén génben, a magas vérnyomás és a sóérzékenység egyéni hajlamának meghatározása
Táplálkozási követelmények és biológiai egyéniség Egyének száma Tápanyag mennyiség/nap
Polimorfizmus-függő tápanyagellátás? 30 000-40 000 gén: 10 000 enzim kód: 2500 szükséges kofaktor az enzimatikus aktivitás részleges helyreállításához az enzim kinetika normál polimorfizmusa [kofaktor] Linus Pauling (Science 160, 265-271, 1968). a diszfunkció oka lehet olyan mutációk, amelyek befolyásolják az enzimek Km-jét. Roger Williams (60 évesek): A táplálkozási szükségletekben rejlő egyéniség alapja a genetotróf megközelítésnek és annak a meggyőződésnek, hogy a táplálkozást kellő gondossággal alkalmazzák az egyes genetikai változatok
Polimorfizmus-függő folát-ellátás? Tetrahidrofolsav-metionin-szintáz (B 12) metilén-tetrahidrofolsav-metil-tetrahidrofolsav-szerin-hidroxi-metil-transzferáz (B 6) metilén-tetrahidrofolát-reduktáz (B 2, niacin) dump dtmp-polimorfizmus: 677C T (Ala Val) 5-20% valin/valiosin, legfeljebb 50 ) A FAD (B2) Km értéke növeli az apoproteint anélkül, hogy a FAD instabil folát stabilizálja az enzimet
édes keserű édes-keserű íz 3 G-fehérjéhez kapcsolt receptorok 1 + 3 = keserű receptor 2 + 3 = édes receptor
Kiválasztott alkalmazások a genetikai variabilitás elemzésére DNS-chipek alkalmazásával Alkalmazási példák/lehetőségek Irodalom Kockázati csoportok azonosítása Mellrák (BRCA1) Nature Genetics 4,441 (1996) Számos rákfajtát individualizáltak (p53) NAR 9,43 (2000) Újszülött szűrés Acta Paed 88,61 (1999) genetikai variabilitás Farmakoterápiás I. fázisú enzimek (p450) Trends Pharm.20, 342 (1999) Táplálkozási rendszer Elhízás (MC4 receptor) Am J Hum Genet. 65 1501 (1999) Vérnyomás (sóérzékenység) A hatékony genetikai variabilitás előfeltétele ésszerű alkalmazás azonban a gén működésének ismerete. Ellenkező esetben összefüggések alapján merülnek fel ajánlások, amelyeknek azonban gyakran heurisztikus értéke van.
Cinkhiány generálása in vivo a cink-érzékeny gének azonosítására Patkányzsák, félszintetikus étrend, 11 napos kontroll étrend: 25 mg Zn/kg étrend Hiány-étrend: 1,3 mg Zn/kg diéta kontrollcsoport, n = 12 hiánycsoport, n = 12 - Cinkhiány ellenőrzése: fenotípus - Szöveteltávolítás - mrnas izolálása - mrnas jelölése - DNS chipek: 10 000 gén mrna szintjének összehasonlítása a kontroll és összekevert állatok között
Transzkriptóm elemzés: a cink-érzékeny gének azonosítása 4x8x18x18 = 10 368 gén 6000 5600 változatlan 200 ATP-citrát-liázt expresszál 200 A gének> 5% -át expressziójukban cink befolyásolja
A cink-érzékeny génektől a cink regulonig + +
A cink-érzékeny génektől a cink-regulonig Cink-timulin kofaktor funkció Növekedési hormon tengely Idegen anyagcsere Jelátvitel Gén expresszió (> 5%) Kereskedelem Zsírcsere Fehérje metabolizmus Funkcionális hálózatok azonosítása Cink-érzékeny gének mint biomarkerek
A magasabb rendű funkcionális hálózattól az életen át a silico fehérjehálózatig: 232 funkcionális egység A virtuális sejt evolúciósan konzervált reakcióhálózatának grafikája Teljes sejt szimulációs trendek a biotechnológiában 19, 205 (2001) Nature 414, 141 (2002)
A diétagének és az öregedő gének azonosítása n = 3 csoportonként 5 hónap 30 hónap 30 hónapos étrend kalória korlátozás (CR) étrend megelőzés (DV) 100% túlélő kontroll átlagos élettartam kontroll: 33 hónap diéta: 45 hónap diéta csoport (76%) Izom poli (a) + -RNS 6347 génszondák/chip öregedés: 58 mrnas 55 mrnas KR: 51 mrnas 57 mrnas DV: Az öregedő gének 63% -a 0 Science 285, 1390 (1999) 40 20 60 hónapokban
A DNS-chipekkel végzett transzkriptómanalízis lehetővé teszi a különböző tényezők genomra gyakorolt hatásának rögzítését és a génexpressziót. Példák/lehetőségek Irodalomfejlesztés Metamorphosis d. Fruchtfliege Science 286, 2179 (1999) Cellular Networks MAP Kinase Pathways (Yeast) Science 287, 873 (2000) Sejtciklus (élesztő) Mol Cell 2, 65 (1998) Canc Subthyping B-sejt Lymphoma Nature 402, 503 (2000) ) mérgező vegyületek alkilező szer PNAS 96, 1486 (2000) gyógyszeres terápia CPX/cisztás fibrózis Mol Med 5, 753 (1999) táplálkozási kutatás - elhízás leptin adagolás/súlygyarapodás JBC 275, 10429 (2000) - energiafogyasztás öregedése/kalória korlátozás Science 285, 1390 (1999) - Tápanyagok glükóz/ß-sejt PNAS 97, 5773 (2000)
DNS chipek az adatok temetője és az elméleti táplálkozástudomány között 100 000 gén 1000 sejttípus (in vivo, sejttenyészet) 100 faj, faj vagy csoport 10 fejlődési szakasz 100 tápanyag 1000 nem tápláló élelmiszer-összetevő 100 tápanyag-kombináció 10 koncentráció 10 kísérleti terv 10 21 adat bioinformatika Nutriinformatika
Élelmiszergenetikai egyéniség genomelemzés DNS chipek genom-genom interakciós rendszer leírása