Rechnerische/mathematische Modelle zur Vorhersage des Phänotyps aus dem Genotyp

Karr, Sanghviet al. (2012) schlagen ein Ganzzell-Rechenmodell zur Vorhersage des Phänotyps aus dem Genotyp in Mycoplasma genitalium vor . Ihr Modell simuliert unzählige Zellprozesse wie DNA-Replikation, RNA-Transkription und -Regulation, Proteinsynthese, Stoffwechsel und Zellteilung auf molekularer Ebene über den Lebenszyklus des Organismus.

Sie erreichen dies, indem sie viele vorhandene mathematische und rechnerische Modelle in einer einzigen Software kombinieren . Der Artikel legt nahe, dass dies das erste umfassende Ganzzellmodell auf molekularer Ebene im Detail ist. Sie zitieren frühere Modelle auf molekularer Ebene für ihre Untermodule, diskutieren aber keine grobkörnigeren Genotyp-zu-Phänotyp-Modelle. Ihr Modell ist aufregend, aber die 10-stündige Simulation auf einem Computercluster der Spitzenklasse, um den Lebenszyklus eines einzelnen Organismus zu verfolgen, ist unvernünftig für jemanden, der evolutionäre Prozesse untersuchen möchte.

Gibt es zuvor einigermaßen genaue rechnerische (oder noch besser analytische) Genotyp-zu-Phänotyp-Modelle? Wenn ja, was sind einige der besten grobkörnigen Genotyp-zu-Phänotyp-Modelle für häufig untersuchte Organismen wie E.Coli ?

Antworten (1)

Die Karr et al. versuchen, die meisten Details in ihrem Modell zu erfassen, indem sie Merkmale aus dem Genom, Transkriptom, Proteom und Metabolom kombinieren. Diese Arbeit baut stark auf den grobkörnigen Modellen auf, nach denen Sie fragen, insbesondere auf der Arbeit von Bernhard Palsson, von der Markus Covert seine Ausbildung erhielt. Die Antwort auf Ihre Frage hängt ausschließlich von der Art der Frage ab, die Sie suchen, und davon, was das Modell tun soll.

Die meisten Ihrer Fragen können größtenteils mit COBRA , der COnstratins Based Reconstruction and Analysis Toolbox, beantwortet werden. Sie können sich ein gutes Bild davon machen, welche Genotypen ausgeschaltet werden können, und sehen, wie sich dies auf den Phänotyp auswirkt, solange der Phänotyp ein bekannter Weg ist, der von diesem Gen beeinflusst wird, und Sie sich nicht um zeitliche und dynamische Informationen kümmern.

Es gibt auch das E-Cell-Projekt für E. coli . Ich persönlich weiß nicht viel darüber, aber es hat einige grundlegende Modelle für E. coli erstellt , und das könnte gut genug sein.

Wenn Sie Ihre eigenen Modelle bauen möchten, sollten Sie BiGG besuchen , wo alle großen Rekonstruktionen vorhanden sind. Ein guter Teil des Codes ist auf der Website des Palsson-Labors gespeichert, wo Sie versuchen können, COBRA zu verwenden und Ihre eigenen Hypothesen zu erstellen.

Die Fragen, die ich suche, sind Fragen der Mikro- und Makroevolution mit realistischeren Modellen der Kartierung von Genotyp zu Phänotyp. Ich habe einen Hintergrund in der EGT, wo die Unterscheidung praktisch nicht existiert. Ihre Antwort ist sehr hilfreich, aber ich verstehe nicht, wie es um grobkörnigere Modelle geht. Sind diese Modelle nicht auch auf molekularer Ebene?
Ich nehme an, EGT ist evolutionäre Spieltheorie?
@ArtemKaznatcheev, ich bin mir nicht ganz sicher, wie Sie irgendeine Art von Genotyp-Phänotyp-Kartierung erreichen könnten, ohne ein molekulares Element in der Modellierung zu haben. Offensichtlich habe ich deine Frage falsch verstanden.
@ArtemKaznatcheev Das von Ihnen zitierte Papier beschreibt ein Modell, das viele verschiedene molekulare Phänotypen verwendet, um ein „Modell“ dafür zu erstellen, ob Zellfunktionen durch Genstörungen beeinflusst werden. Bob hat mehrere praktikable Optionen für Sie angeführt, um ein vereinfachtes Modell in E.coli zu erstellen. Wenn diese jedoch bei der Beantwortung Ihrer Frage nicht helfen, muss es möglicherweise umformuliert werden.
@Luke in der Frage, die ich what are some of the best coarse-grained genotype-to-phenotypemit grobkörnig stelle, meine ich grobkörniger als das Papier. Mit anderen Worten, etwas, das nicht so weit ins Detail geht wie die Verfolgung auf molekularer Ebene. Wenn niemand ein solches Modell vorschlägt, werde ich nach ein paar Tagen (und einer eingehenderen Suche meinerseits) Bobs Antwort akzeptieren.
@ArtemKaznatcheev Ok, aber ich verstehe nicht wirklich, wie Sie den Effekt quantifizieren könnten, den Sie auf das Ergebnis haben, ohne eine spezifische Änderung auf molekularer Ebene vorzunehmen. Was möchten Sie eigentlich messen und was möchten Sie eigentlich „verändern“, um einen Effekt zu sehen? Vielen Dank!
@ArtemKaznatcheev, Für einen grob gewonnenen Ansatz würde ich immer noch vorschlagen, die molekularen Modelle zu betrachten und dann mithilfe von FBA Einschränkungen um wichtige Wege zu setzen. Viele dieser Komponenten können größtenteils als „Black Box“ behandelt werden.
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