Et nyt koncept med kinetiske moduler i biokemiske netværk kunne revolutionere forståelsen af, hvordan disse netværk fungerer. Forskere fra University of Potsdam og Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology i Golm lykkedes at forbinde strukturen og dynamikken i biokemiske netværk via kinetiske moduler, hvilket således klarede et systembiologiske spørgsmål, der har været åbent i lang tid.
Deres banebrydende fund blev offentliggjort i tidsskriftet Videnskab fremmer.
Biokemiske netværk er de centrale behandlingsenheder i en celle, der gør det muligt for den at behandle signaler og omdanne molekyler til byggesten, der understøtter cellefunktioner. De er beskrevet af strukturen og dynamikken i de underliggende kemiske reaktioner i cellen.
Disse netværk er blevet opdelt i funktionelle moduler ved anvendelse af strukturen af netværkene ved hjælp af bioinformatikmetoder. Kinetiske moduler er en type funktionelle moduler, der opstår på grund af samspillet mellem netværksstruktur og dynamik.
“Vi ønskede at finde ud af, hvordan kinetiske moduler i de biokemiske netværk bestemmer robustheden af koncentrationerne af metabolitter, og hvilke effekter de har på funktionaliteten af disse netværk,” forklarer Zoran Nikoloski, professor i bioinformatik ved University of Potsdam og en samarbejdsgruppeleder ved Max Planck Institute of Molecular Plantiology.
Robusthed henviser til et netværks evne til at opretholde en konstant koncentration af metaboliske produkter på tværs af enhver ændring i miljøet. Dette sikrer overlevelse og vækst af en celle i tilfælde af forskellige miljømæssige udsving. Tabet af robusthed i koncentrationen af visse metabolitter betragtes som et kendetegn ved mange sygdomme.
Ved hjælp af et nyt koncept af kinetiske moduler baseret på den kinetiske kobling af reaktionshastigheder analyserede teamet 34 metaboliske netværksmodeller af 26 forskellige organismer, inklusive dem fra Model Plant Arabidopsis Thaliana, Model Bacterium Escherichia coli og model svampen saccharomyces cerevisiae.
Med deres koncept med kinetiske moduler var forskerne i stand til at forbinde strukturen og dynamikken i biokemiske netværk og dermed afklare et systembiologi -spørgsmål, der har været åbent i tre årtier.
“Vores resultater har store konsekvenser for bioteknologiske og medicinske anvendelser,” siger Nikoloski.
“Vi forventer, at den automatiserede identifikation af moduler kan bruges til at uddybe vores forståelse af forholdet mellem regulering, signalering og metaboliske netværk og designprincipper, der strækker sig ud over netværksstruktur.”