必需基因

基本介紹

• 中文名：必需基因
• 外文名：essential gene
• 定義：一些基因在突變時會引起致死表型
• 類型：基因

定義

必需基因（essential gene) ：在某些條件下，對一個物種的生存和發展起決定性作用的基因稱為必需基因。

雖然在不同的物種之間具有不同的基因組大小和基因組成，但是這些差別很大的基因組中都包含各自一套的必需基因用以維持關鍵的細胞功能。必需基因揭示了一個物種最基礎的生物機制，有助於理解生命的起源以及在進化過程中不同物種之間的聯繫。

“必需基因”是一個高度依賴上下文的名詞，只有在微生物生活的環境在明確定義時才能將一個基因定義為必需基因。另一個非常相近的概念是最小基因集。

實驗方法

確定必需基因相關的實驗方法包括轉座子突變，基因敲除，遺傳互補以及RNA干擾。但是通常實驗方法確定必需基因很複雜。

相關資料庫

• DEG
  
• OGEE
  
• EGGS
  
• CEG
  

預測必需基因的計算方法

• 同源組裝模型
  "同源"指的是兩個或更多的基因來源於相同的祖先DNA序列。這種同源關係可以分為直系同源和旁系同源。基於序列同源的必需基因預測，尤其是已知的必需基因，是最簡單最容易的方法。
  
• 整合特徵機器學習模型
  基於機器學習的方法是一種被廣泛套用於必需基因預測的方法。這種方法通過構建和訓練分類器來預測必需基因。分類器的建立根據已知的必需基因和非必需基因的特徵或者特性。
  
• 蛋白質網路拓撲結構模型
  兩個或兩個以上的蛋白質會建立物理連線，然後產生生化過程，這個過程叫做蛋白質-蛋白質相互作用（PPI）。蛋白質-蛋白質相互作用在某些情況下可以用來預測必需基因。
  

套用

• 探索蛋白質藥物靶標
  由於致病菌耐藥性的產生，有幾種疾病變得越來越難以控制，現在急需一種新的抗微生物的方法。在新藥的研發過程中確定藥物靶標是第一步也是最重要的一步。了解目標產物的功能以及反應機制對設計一種新型的藥物是很重要的。因此，新的藥物靶標的發現為開發新的藥物，實現新的治療方法奠定了基礎。而抑制必需蛋白可以影響細菌或者細菌的活動。
  
• 食品級微生物及工業化生物過程
  像乳酪，酒，啤酒，優酪乳以及其他的很多食物都來源於微生物的生活特性。很多食物的產生都源自於發酵過程。據報導，由微生物組成的生物多聚體已經被用於食品工業。除此之外，在食品工業一些被認定為沒有毒性的微生變得越來越不可或缺。但是微生物仍然具有潛在的污染風險。理解必需基因對食品工業所用到的發酵以及其他的生物過程的深入理解是很有價值的。