Modelowanie bioinformatyczne regulacji ekspresji genów
Transkrypcja umożliwia syntezę funkcjonalnych produktów genów i stanowi główny punkt kontrolny w tym procesie. U bakterii transkrypcja zachodzi za sprawą enzymu polimerazy RNA (RNAP), który wiąże się z promotorami poprzez czynnik sigma i inicjuje ten proces w miejscach rozpoczęcia transkrypcji (TSS). Dogłębna wiedza na temat TTS to pierwszy krok niezbędny, by zrozumieć transkrypcję i jej regulację. Jednak dostępne metody bioinformatyczne umożliwiające wykrywanie TSS charakteryzuje niedokładność, czego skutkiem jest duża ilość fałszywie dodatnich prób. Projekt PROMOTER PREDICTIONS (Bioinformatic analysis of transcription regulation: a modelling approach) znacznie zmniejszył ilość fałszywie dodatnich wyników o blisko 50%, dzięki systematycznej analizie elementów promotora sigma 70 u bakterii Escherichia coli (E. coli). Naukowcy zastosowali nowatorski model mix-and-match rozpoznawania promotora i dokonali kwantyfikacji swoistości RNAP dla elementów promotora sigma 70 za pośrednictwem odpowiadających matryc ciężaru. Owe matryce pomogły wyprodukować zestrojone elementy promotora o adekwatnej czynności transkrypcyjnej, a także dokładnie zidentyfikować silnych promotorów w poddanym nowemu sekwencjonowaniu genomie bakteriofagu. Aby lepiej zrozumieć przyczyny dalszych fałszywie dodatnich prób, naukowcy przeprowadzili analizę obliczeniową kinetyki inicjowania transkrypcji przez RNAP w genomie E. coli. Odkryli, że w genomie występuje szereg zrównoważonych promotorów, jednak ze względu na powolne otwieranie dwóch nici DNA, nie udaje im się wywołać funkcjonalnej transkrypcji. Stworzenie nowej metody wykrywania bezpośrednich genów docelowych danego regulatora pozwoliło uzyskać większą dokładność prognozowania. Aby lepiej zrozumieć układy regulacji transkrypcji u bakterii, badacze przeprowadzili modelowanie transkrypcyjnego przetwarzania systemów CRISPR (ang. clustered, regularly interspaced, short palindromic repeats) w bakteryjnym układzie odpornościowym CRISPR/Cas. Przetwarzanie transkrypcyjne to decydujący krok w kontrolowaniu ekspresji małych cząsteczek RNA, które rozpoznają atakujące wirusy. Wyniki projektu pomogły w opracowaniu nowych syntetycznych układów genetycznych do wielkoskalowej produkcji przydatnych cząsteczek na podłożu o małych stężeniach. Wyniki projektu PROMOTER PREDICTIONS opublikowano w 9 czasopismach branżowych i zaprezentowano podczas jednej konferencji regionalnej i trzech międzynarodowych. Analiza projektu pozwoliła lepiej zrozumieć inicjowanie transkrypcji i dokładność wykrywania TSS. Opracowane w projekcie metodologie można zastosować także do innych obszarów badań, np. dotyczących chorób zakaźnych.
