Uusi algoritmi tunnistaa bakteerilajien välisen geenisiirtymän
Nisäkkäiden lisääntyessä jälkeläisen genomi eli perimä on yhdistelmä vanhempien genomeita. Bakteerit taas lisääntyvät jakautumalla, jolloin jälkeläisten genomit ovat periaatteessa kopioita vanhemman genomista. Tätä prosessia mutkistaa horisontaalinen geenisiirtymä, mikä tarkoittaa, että bakteerit voivat luovuttaa toisilleen genomin palasia. Näin ollen myös yksittäisten bakteerien genomit voivat olla yhdistelmä useilta eri vanhemmilta peräisin olevia geenejä. Jotkut näistä genominpalasista saattavat olla peräisin jopa täysin eri lajeilta.
Tuoreessa, koneoppimisen ja bioinformatiikan aloja yhdistävässä, tutkimuksessa kehitettiin uusi laskennallinen menetelmä, jolla voi mallintaa geenisiirtymää bakteeripopulaation eri kehityshaarojen tai jopa kokonaan erillisten bakteerilajien välillä. Algoritmin avulla analysoitiin 616 pneumokokkibakteerin genomeista koostuva aineisto.
Geenisiirtymän määrä riippuu geenin hyödyllisyydestä
Tutkimuksessa genomeista löytyi useita yksittäisiä geenejä, joissa geenisiirtymää arvioitiin tapahtuneen erityisen paljon. Näihin lukeutuivat myös antibioottiresistenssiä aiheuttavat geenit.
”Antibioottiresistenssiin liittyvissä geeneissä nähtävä geenisiirtymän määrä voi liittyä näiden geenien hyödyllisyyteen bakteereille ja siitä seuraavaan valintapaineeseen,” kuvailee akatemiatutkija Pekka Marttinen Aalto-yliopiston tietotekniikan laitokselta.
”Suoraa ratkaisua antibioottiresistenssin ongelmaan tutkimuksesta ei saada, koska se edellyttää resistenssin synty- ja leviämismekanismien ymmärtämistä. Ymmärrystä kuitenkin edistää, jos tunnemme geenisiirtymän määrän eri lajien ja kehityshaarojen välillä”, hän selittää.
Tutkimuksessa pystyttiinkin osoittamaan, että geenisiirtymää tapahtuu paitsi lajien sisällä, myös useiden eri lajien välillä. Myös geenisiirtymän suuri määrä oli yllätys.
”Aiemmin on osoitettu, että geenisiirtymää tapahtuu paljon yksittäisissä geeneissä, mutta nyt pystyimme ensimmäistä kertaa laskennallisesti osoittamaan saman yli koko genomin”, kertoo Marttinen lopuksi.
”Menetelmällä pystytään ensimmäistä kertaa arvioimaan tehokkaasti myös kauan aikaa sitten tapahtunutta geenisiirtymää, mikä on tärkeää, kun halutaan tutkia geenisiirtymää eri lajien välillä.”
Tutkimustulokset julkaistiin helmikuussa Molecular Biology and Evolution –julkaisussa.
Lisätietoja:
Akatemiatutkija Pekka Marttinen
Aalto-yliopisto, tietotekniikan laitos
p. 044 303 0349
[email protected]
Artikkeli: Rafal Mostowy, Nicholas J. Croucher, Cheryl P. Andam, Jukka Corander, William P. Hanage ja Pekka Marttinen: Efficient inference of recent and ancestral recombination within bacterial populations. Molecular Biology and Evolution 2017. DOI: 10.1093/molbev/msx066.
- Julkaistu:
- Päivitetty:
Lue lisää uutisia
Robotiikka tarvitsee turvallisia käyttäytymismalleja
Robotiikka ja autonomiset järjestelmät kehittyvät nopeasti. Algoritmit, jotka kestävät häiriöitä ja epävarmuustekijöitä järjestelmässä ja ympäristössä, ovat kehityksen kannalta kriittisiä.
Kuinka helpottaa tekstin näpyttelyä puhelimella? Tutkijat loivat ensi kertaa ihmisen tekstinsyöttöä simuloivan tekoälymallin
Malli auttaa ymmärtämään, mitkä tekijät sujuvoittavat ja mitkä puolestaan vaikeuttavat puhelimen näpyttelyä erilaisilla käyttäjäryhmillä.
Tutkimus selvitti ilmastonmuutoksen vaikutusta tundralla: lämpeneminen voi lisätä hiilen vapautumista hälyttävästi
Ilman ja maaperän lämpeneminen sekä maaperän kuivuminen lisäsi hiilen vapautumista tundran ekosysteemistä.