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Les ordinateurs utilisés par les biologistes pour étudier la division cellulaire bactérienne

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Un groupe de biologistes de calcul de Virginia Tech ont créé un modèle mathématique du processus qui régit la division cellulaire dans une bactérie commune, confirmant ainsi les hypothèses, en fournissant de nouvelles idées, de repérer les lacunes dans ce qui est entendu jusqu'ici, et de démontrer le Rôle de calcul en biologie.

La recherche, publiée dans le numéro de janvier de PLoS Computational Biology, se penche sur les mécanismes moléculaires qui régissent la réplication de l'ADN et la division cellulaire dans Caulobacter crescentus, une bactérie facilement étudié qui est étroitement liée aux bactéries qui fixent l'azote dans les légumineuses et les bactéries Qui causent la brucellose chez les bovins et les montagnes Rocheuses fièvre chez l'homme.

"Tous partagent la même caractéristique de la division asymétrique, les cellules filles sont différentes de celles de la cellule mère d'une certaine façon», explique John Tyson, Université professeur de biologie à Virginia Tech et correspondant PLoS auteur de l'article. "En C. crescentus, de la cellule mère attache à un rocher par un collant tige. Si il ya une bonne alimentation, elle divise et crée une fille qui peut nager. Pétiolées La cellule reste attaché à la roche et de la fille - avec un flagelle Au lieu d'une tige - nages loin, de façon à ne pas entrer en concurrence avec maman. Après environ 35 à 40 minutes, la fille perd la flagelle, pousse un pédoncule, et s'installe à devenir mère ».

Le Virginia Tech chercheurs s'intéressent à la machinerie moléculaire qui régit la réplication de l'ADN et la division d'une cellule en deux différents types de cellules. «Beaucoup d'informations sont disponibles sur les gènes qui contrôlent ce processus. Une grande partie du travail a été fait dans le laboratoire de Lucy Shapiro à Stanford, a déclaré Tyson.

"Le mécanisme est très complexe, impliquant des dizaines de gènes et de protéines encore plus. De observations expérimentales, il est possible de construire un hypothétique" schéma "de la façon dont ces gènes et des protéines en interaction."

Mais il est difficile de prédire comment les cellules contrôlent leur réplication-cycles de division d'une telle hypothèse compliqué, dit-il. «Notre objectif est de convertir le schéma de câblage en équations mathématiques qui peuvent être résolues sur un ordinateur de sorte que nous pouvons dire avec plus de confiance en la capacité du dispositif régissant la croissance des cellules, la division, la différenciation."

L'objectif de l'équipe est aussi de montrer le rôle de calcul dans la compréhension de la biologie. «Nous voulons transformer intuitive attentes en équations mathématiques qui peuvent être testées de manière plus rigoureuse», a déclaré Tyson.

Par exemple, les modèles peuvent être utilisés pour faire des prédictions testables. Une expérience fondamentale est de créer une bactérie mutante en frappant un gène - ainsi d'apprendre le rôle du gène. Cette mutation peut être simulée dans le modèle mathématique pour confirmer le rôle de la génétique dans le schéma de câblage. Le modèle mathématique doit être en accord avec le comportement observé de tous les mutants connus, et il peut être utilisé pour le calcul des propriétés de mutants jamais créé dans un laboratoire, a déclaré Tyson. «Si la prédiction est confirmée par l'expérimentation, il favorise une plus grande confiance dans le modèle. Et parfois, vous trouvez que le modèle ne peut pas reproduire le comportement de bactéries mutantes, ce qui donne à penser que le schéma de câblage est incomplète et aide à concentrer les recherches sur une meilleure compréhension de la Processus de division cellulaire. "

En fait, il ya connu Caulobacter mutants qui ne sont pas expliquées par le modèle décrit dans le PLoS article, intitulé «Une étude quantitative de la Division Cycle de Caulobacter crescentus Stalked Cells." «Nous savions que notre modèle était incomplet," Tyson dit, "mais nous avons décidé de publier à ce stade parce que le modèle est suffisamment bonne pour illustrer les avantages d'une approche computationnelle. Nous avons une nouvelle version du modèle qui corrige le problème et que Comptes de la différenciation et le développement de swarmer cellules ainsi que les cellules traqué. "

Alors restez à l'écoute.

«Computational biology n'est pas très différente de la biologie expérimentale - vous apprendre, de publier, et de continuer à travailler. Il ya toujours place pour des améliorations. Nous aimerions étendre le modèle à la fixation de l'azote et de la maladie causant des cousins de C. crescentus," Tyson dit.

Coauteur Bruno Sobral, professeur et exécutif et directeur scientifique de la Virginia Bioinformatics Institute, a fait remarquer: «C. crescentus est membre de l'alpha-protéobactéries, un groupe de divers organismes dont les membres ont adopté avec succès les différents modes de vie et des stratégies de rendement énergétique Dans le courant de l'évolution. Il sera intéressant de voir si le mécanisme moléculaire décrit dans cette étude pour le contrôle de la division cellulaire en cycle C. crescentus est applicable à d'autres espèces de ce groupe important de biologiquement organismes bactériens. "

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Article adapté par Medical News Today de l'original du communiqué de presse.
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D'autres auteurs de l'article sont PLoS Shenghua Li, un étudiant gradué dans le groupe de Tyson, et Paul Brazhnik, professeur associé de recherche en sciences biologiques. La création d'un modèle mathématique de la régulation du cycle cellulaire chez C. crescentus est Li Ph.D. Recherche.

PLoS Computational Biology est d'un accès ouvert, des revues publiées mensuellement par la Public Library of Science (PLoS), le journal officiel de l'International Society for Computational Biology. L'article de recherche sera disponible lors de la publication à l'adresse: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pcbi.0040009

Source: Susan Trulove
Virginia Tech

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