Биологическая темная материя - Biological dark matter - Wikipedia

Биологическая темная материя - неофициальный термин для обозначения несекретного или плохо изученного генетического материала. Этот генетический материал может относиться к генетическому материалу, произведенному неклассифицированными микроорганизмы. В более широком смысле, биологическая темная материя может также относиться к неизолированным микроорганизмам, о существовании которых можно судить только по генетическому материалу, который они производят. Некоторые из генетических материалов могут не подпадать под три существующие области жизни: Бактерии, Археи и Эукариоты; таким образом, было высказано предположение, что возможная четвертая область жизни еще не открыта,[1][2] хотя возможны и другие объяснения. В качестве альтернативы генетический материал может относиться к некодирующая ДНК (так называемая «мусорная ДНК»)[3][4][5] и некодирующая РНК производится известными организмами.[6][7][8]

Геномная темная материя

Основная статья: Мусорная ДНК

Считается, что большая часть геномной темной материи происходит от древних сменные элементы и от других повторяющихся элементов низкой сложности.[9][10] Без категории генетический материал находится в люди и многие другие виды.[1][11] Их филогенетический новинка могла указывать на сотовый организмы или же вирусы из которого они произошли.[12]

Неклассифицированные микроорганизмы

До 99% всего живого микроорганизмы не может быть культурный,[13][14][15][16][17] так мало функциональных представлений о метаболический потенциал этих организмов.

Последовательности, которые, как считается, происходят от неизвестных микробов, называются «микробной темной материей».[18] "Темный виром",[19] или "грибы темной материи"[20] Такие последовательности не редкость. Было подсчитано, что в материале от людей от 40 до 90% вирусных последовательностей происходят из Темной Материи.[21][22][23] Кровь человека содержит более трех тысяч различных последовательностей ДНК, которые пока невозможно идентифицировать.[24]

Были разработаны алгоритмы, которые исследуют последовательности на сходство с последовательностями бактериальной РНК 16S,[25] K-mer сходства с известными вирусами,[26] особенности кодон использование,[27] или для вывода о существовании белков.[28] Эти подходы предполагали, например, существование романа бактериофаг из микровирусы семья,[28] и новый бактериоидоподобный фаг.[29] Другие исследования предположили существование 264 новых вирусных родов, обнаруженных в общедоступных базах данных,[30] и исследование крови человека показало, что у 42% людей есть по крайней мере по одному ранее неизвестному вирусу, добавляя до 19 различных новых родов.[31] Всестороннее исследование последовательностей ДНК из нескольких образцов человека позволило сделать вывод о существовании 4930 видов микробов, о 77% из которых ранее не сообщалось.[32] Результаты, связанные со здоровьем, включают профаг, который может быть связан с циррозом печени,[26] и семь новых последовательностей от детей с диабетом типа 1, которые обладают характеристиками вирусов.[33] Хотя они могут существовать, в Темной Материи не было обнаружено организмов, которые явно вызывают болезни человека.

Смотрите также

  • Микробиологическая культура - Метод, позволяющий микроорганизмам размножаться в контролируемой среде
  • Теневая биосфера - Гипотетическая микробная биосфера Земли, в которой будут использоваться радикально отличные биохимические и молекулярные процессы от известных в настоящее время форм жизни.
  • Таксономия - Наука наименования, определения и классификации организмов
  • Ксенобиология - Наука о синтетических формах жизни

Рекомендации

  1. ^ а б Wu D, Wu M, Halpern A, Rusch DB, Yooseph S, Frazier M, Venter JC, Eisen JA (март 2011 г.). «Преследование четвертой области метагеномных данных: поиск, обнаружение и интерпретация новых, глубоких ветвей в филогенетических деревьях маркерных генов». PLOS One. 6 (3): e18011. Bibcode:2011PLoSO ... 618011W. Дои:10.1371 / journal.pone.0018011. ЧВК  3060911. PMID  21437252. Сложить резюме – Новый ученый (18 марта 2011 г.).
  2. ^ Лопес П., Халари С., Баптесте Е. (октябрь 2015 г.). «Сильно расходящиеся древние генные семейства в метагеномных образцах совместимы с дополнительными делениями жизни». Биология Директ. 10: 64. Дои:10.1186 / s13062-015-0092-3. ЧВК  4624368. PMID  26502935. Сложить резюме – Новый ученый (11 ноября 2015 г.).
  3. ^ Кэри Н (2015). Мусорная ДНК: путешествие сквозь темную материю генома. Издательство Колумбийского университета. ISBN  9780231170840.
  4. ^ Колата Г. (5 сентября 2012 г.). "Кусочки загадочной ДНК, далекие от" мусора ", играют решающую роль". Нью-Йорк Таймс. Получено 2015-09-09.
  5. ^ Бойл Р. (6 сентября 2012 г.). "Внутри загадочной темной материи человеческого генома". Популярная наука. Получено 2015-09-09.
  6. ^ Пью Б.Ф., Восс К. (13 сентября 2013 г.). «Ученые открывают истоки геномной» темной материи"". Penn State Science. Получено 2015-09-09.
  7. ^ "Ученые пролили свет на биологическую" темную материю"". Федеральная политехническая школа Лозанны. 20 января 2014 г.. Получено 2015-09-09.
  8. ^ ван Бакель Х., Нислоу С., Бленкоу Б.Дж., Хьюз Т.Р. (май 2010 г.). Эдди С.Р. (ред.). «Большинство транскриптов« темной материи »связаны с известными генами». PLOS Биология. 8 (5): e1000371. Дои:10.1371 / journal.pbio.1000371. ЧВК  2872640. PMID  20502517.
  9. ^ де Конинг А.П., Гу В., Кастое Т.А., Батцер М.А., Поллок Д.Д. (декабрь 2011 г.). «Повторяющиеся элементы могут составлять более двух третей генома человека». PLOS Genetics. 7 (12): e1002384. Дои:10.1371 / journal.pgen.1002384. ЧВК  3228813. PMID  22144907.
  10. ^ Маумус Ф, Кенвиль Х (2014). «Глубокое исследование мусорной ДНК Arabidopsis thaliana выявило континуум между повторяющимися элементами и темной материей генома». PLOS One. 9 (4): e94101. Bibcode:2014PLoSO ... 994101M. Дои:10.1371 / journal.pone.0094101. ЧВК  3978025. PMID  24709859.
  11. ^ Barras C (18 марта 2011 г.). «Темная материя биологии намекает на четвертую сферу жизни». Новый ученый. Reed Business Information Ltd. 209 (2805): 16. Bibcode:2011NewSc.209Q..16B. Дои:10.1016 / S0262-4079 (11) 60657-X. Получено 23 августа, 2015.
  12. ^ Кемсли Т. (13 июля 2015 г.). «Новое исследование« Темной материи »биологии заполняет основные дыры в Древе жизни». Новости мира природы. Получено 2015-09-09.
  13. ^ Хуан ВЭ, Сун Й, Сюй Дж (январь 2015 г.). «Биотехнология единичных клеток, чтобы пролить свет на биологическую« темную материю »в природе». Микробная биотехнология. 8 (1): 15–16. Дои:10.1111/1751-7915.12249. ЧВК  4321360. PMID  25627841.
  14. ^ Лок C (16 июня 2015 г.). «Добыча микробной темной материи». Новости природы. Получено 2015-09-09.
  15. ^ Чек-Хайден Э (14 июля 2013 г.). "Исследователи видят темную материю микробов'". Новости природы. Получено 2015-09-09.
  16. ^ Гронсталь А.Л. (4 ноября 2011 г.). «Изучение темной материи биологии». Институт астробиологии НАСА. Получено 2015-09-09.
  17. ^ Ринке С. (2015). «Что такое микробная темная материя и почему мы должны ее исследовать?». Микробная темная материя. Получено 2015-09-09.
  18. ^ Лок C (июнь 2015 г.). «Добыча микробной темной материи». Природа. 522 (7556): 270–73. Bibcode:2015Натура. 522..270л. Дои:10.1038 / 522270a. PMID  26085253.
  19. ^ Ханниган Дж. Д., Мейзел Дж. С., Тайлдсли А. С., Чжэн К., Ходкинсон Б. П., Сан-Мигель А. Дж., Майнот С., Бушман Ф. Д., Грайс Е. А. (октябрь 2015 г.). «Двухцепочечный виром ДНК кожи человека: топографическое и временное разнообразие, генетическое обогащение и динамические ассоциации с микробиомом хозяина». мБио. 6 (5): e01578-15. Дои:10,1128 / мБио.01578-15. ЧВК  4620475. PMID  26489866.
  20. ^ Ryberg M, Nilsson RH (2018). «Новый свет в названиях и названии темных таксонов». MycoKeys. 30 (30): 31–39. Дои:10.3897 / mycokeys.30.24376. ЧВК  5904500. PMID  29681731.
  21. ^ Аггарвала V, Лян Джи, Бушман Ф.Д. (2017). «Вирусные сообщества кишечника человека: метагеномный анализ состава и динамики». Мобильная ДНК. 8: 12. Дои:10.1186 / с13100-017-0095-у. ЧВК  5627405. PMID  29026445.
  22. ^ Kramná L, Kolářová K, Oikarinen S, Pursiheimo JP, Ilonen J, Simell O, Knip M, Veijola R, Hyöty H, Cinek O (май 2015 г.). «Секвенирование вирома кишечника у детей с ранним островковым аутоиммунитетом». Уход за диабетом. 38 (5): 930–33. Дои:10.2337 / dc14-2490. PMID  25678103.
  23. ^ Кришнамурти SR, Ван Д. (июль 2017 г.). «Истоки и проблемы вирусной темной материи». Вирусные исследования. 239: 136–42. Дои:10.1016 / j.virusres.2017.02.002. PMID  28192164.
  24. ^ Коварски М., Камунас-Солер Дж., Кертес М., Де Вламинк И., Ко В., Пан В., Мартин Л., Нефф Н. Ф., Окамото Дж., Вонг Р. Дж., Харбанда С., Эль-Сайед И., Блюменфельд И., Стивенсон Д. К., Шоу Г. М., Вулф Н.Д., Quake SR (сентябрь 2017 г.). «Множество не охарактеризованных и сильно различающихся микробов, которые колонизируют людей, обнаруживаются с помощью циркулирующей внеклеточной ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 114 (36): 9623–28. Дои:10.1073 / pnas.1707009114. ЧВК  5594678. PMID  28830999.
  25. ^ Bowman JS (2018). «Выявление микробной темной материи в окружающей среде Антарктики». Границы микробиологии. 9: 3165. Дои:10.3389 / fmicb.2018.03165. ЧВК  6305705. PMID  30619224.
  26. ^ а б Рен Дж., Альгрен Н.А., Лу Й.Й., Фурман Дж. А., Сан Ф. (июль 2017 г.). «VirFinder: новый инструмент на основе k-mer для идентификации вирусных последовательностей на основе собранных метагеномных данных». Микробиом. 5 (1): 69. Дои:10.1186 / s40168-017-0283-5. ЧВК  5501583. PMID  28683828.
  27. ^ Бжалава З., Тампуу А., Бала П., Висенте Р., Диллнер Дж. (Сентябрь 2018 г.). «Машинное обучение для обнаружения вирусных последовательностей в наборах метагеномных данных человека». BMC Bioinformatics. 19 (1): 336. Дои:10.1186 / с12859-018-2340-х. ЧВК  6154907. PMID  30249176.
  28. ^ а б Барриентос-Сомаррибас М., Мессина Д. Н., Поу С., Лисхольм Ф., Бьеркнер А., Алландер Т., Андерссон Б., Зоннхаммер Е. Л. (январь 2018 г.). «Обнаружение вирусных геномов в метагеномных данных человека путем прогнозирования неизвестных семейств белков». Научные отчеты. 8 (1): 28. Bibcode:2018НатСР ... 8 ... 28Б. Дои:10.1038 / s41598-017-18341-7. ЧВК  5758519. PMID  29311716.
  29. ^ Огилви Л.А., Боулер Л.Д., Каплин Дж., Деди С., Дистон Д., Чик Е, Тейлор Х., Эбдон Дж. Э., Джонс Б.В. (2013). «Рассечение метагеномов кишечника человека на основе геномных сигнатур для извлечения подсознательных вирусных последовательностей». Nature Communications. 4: 2420. Bibcode:2013НатКо ... 4.2420O. Дои:10.1038 / ncomms3420. ЧВК  3778543. PMID  24036533.
  30. ^ Ру С., Халлам С.Дж., Войк Т., Салливан МБ (июль 2015 г.). «Темная материя вируса и взаимодействие вируса с хозяином разрешены из общедоступных микробных геномов». eLife. 4. Дои:10.7554 / eLife.08490. ЧВК  4533152. PMID  26200428.
  31. ^ Moustafa A, Xie C, Kirkness E, Biggs W, Wong E, Turpaz Y, Bloom K, Delwart E, Nelson KE, Venter JC, Telenti A (март 2017 г.). «Виром ДНК крови у 8000 человек». Патогены PLOS. 13 (3): e1006292. Дои:10.1371 / journal.ppat.1006292. ЧВК  5378407. PMID  28328962.
  32. ^ Pasolli E, Asnicar F, Manara S, Zolfo M, Karcher N, Armanini F, Beghini F, Manghi P, Tett A, Ghensi P, Collado MC, Rice BL, DuLong C, Morgan XC, Golden CD, Айва C, Huttenhower C , Segata N (январь 2019). «Обширное неизведанное разнообразие микробиома человека, выявленное более чем 150 000 геномов из метагеномов, охватывающих возраст, географию и образ жизни». Клетка. 176 (3): 649–662.e20. Дои:10.1016 / j.cell.2019.01.001. ЧВК  6349461. PMID  30661755.
  33. ^ Cinek O, Kramna L, Lin J, Oikarinen S, Kolarova K, Ilonen J, Simell O, Veijola R, Autio R, Hyöty H (ноябрь 2017 г.). «Дисбаланс бактериомных профилей в финском исследовании по прогнозированию и профилактике диабета: параллельное использование профилей 16S и секвенирования вирома в образцах стула у детей с островковым аутоиммунитетом и подобранной контрольной группы». Детский диабет. 18 (7): 588–98. Дои:10.1111 / pedi.12468. PMID  27860030.