Metabolički genski klasteri ili biosintetski genski klasteri su čvrsto povezani skupovi uglavnom nehomolognih gena koji učestvuju u zajedničkom, diskretnom metaboličkom putu. Geni su u fizičkoj blizini jedni s drugima na genomu, a njihova ekspresija je često koregulirana. Klasteri metaboličkih gena su uobičajene karakteristike bakterija i većina gljivičnih genomima, a rjeđe se nalaze u drugim organizmi. Oni su najšire poznati po proizvodnji sekundarnih metabolita, koji su izvor ili osnova većine farmaceutskih spojeva, prirodnih toksina, te hemijske komunikacije i hemijske borbe između organizama. Klasteri metaboličkih gena također su uključeni u nabavku nutrijenata, razgradnju toksina, antimikrobna rezistencija i biosinteza vitamina. S obzirom na sva ova svojstva klastera metaboličkih gena, oni imaju ključnu ulogu u oblikovanju mikrobnih ekosistema, uključujući interakcije mikrobiom-domaćin. Tako je razvijeno nekoliko računarskogenomičkih alata za predviđanje metaboličkih genskih klastera.
Baze podataka MIBiG, BiG-FAM
Bioinformatički alati Alati zasnovani na pravilima Bioinformatički alati razvijeni su za predviđanje, i određivanje obilja i ekspresije ovog tipa genskog klastera u uzorcima mikrobioma, na osnovu metagenomskih podataka. Budući da je veličina metagenomskih podataka znatna, filtriranje i grupisanje istih su važni dijelovi ovih alata. Ovi procesi se mogu sastojati od tehnika redukcije dimenzionalnosti, kao što su Minhash, i algoritmi klasterizacije kao što su k-medoidi i propagacija afiniteta. Također je razvijeno nekoliko metrika i sličnosti za njihovo upoređivanje.
Iskopavanje genoma za biosintetičke genske klastere (BGC) postalo je sastavni dio otkrića prirodnih proizvoda. Više od 200.000 mikrobnih genoma sada javno dostupnih sadrži informacije o bogatoj novoj hemiji. Jedan od načina za kretanje kroz ovu ogromnu genomsku raznolikost je komparativna analiza homolognih BGC-a, koja omogućava identifikaciju uzoraka među vrstama koji se mogu uporediti s prisustvom metabolita ili biološkim aktivnostima. Međutim, sadašnje alate ometa usko grlo uzrokovano skupim pristupom zasnovanim na mreži koji se koristi za grupisanje ovih BGC-ova u porodice genskih klastera (GCF). BiG-SLiCE (Biosynthetic Genes Super-Linear Clustering Engine), alat dizajniran za grupisanje ogromnog broja BGC-a. Predstavljajući ih u Euklidskom prostoru, BiG-SLiCE može grupirati BGC-ove u GCF-ove na neparni, skoro linearan način.
Satria et. al, 2021 širom BiG-SLiCE demonstriraju korisnost takvih analiza rekonstruišući globalnu mapu sekundarne metaboličke raznolikosti kroz taksonomiju kako bi se identificirali neutvrđeni biosintetski potencijal, otvara nove mogućnosti za ubrzanje otkrivanja prirodnih proizvoda i nudi prvi korak ka izgradnji globalne i pretražive međusobno povezane mreže BGC-a. Kako se više genoma sekvencira iz nedovoljno proučavanih taksona, može se izvući više informacija kako bi se istakla njihova potencijalno nova hemija.
Evolucija O porijeklu i evoluciji klastera metaboličkih gena raspravlja se od 1990-ih. Od tada je pokazano da metabolički klasteri gena mogu nastati u genomu preuređenjem genoma, duplikcijom, ili horizontalnim prenosom gena, a neki metabolički klasteri su konvergentno evoluirali u više vrsta. Horizontalni prijenos klastera gena povezan je s ekološkim nišama u kojima se smatra da kodirani putevi pružaju korist. Tvrdilo se da je grupiranje gena za ekološke funkcije rezultat reproduktivnih trendova među organizmima i dalje doprinosi ubrzanoj adaptaciji povećanjem prefinjenosti složenih funkcija u pangenomu populacije.
Reference
Kategorija:Genski klasteri