Un nouveau concept de modules cinétiques dans les réseaux biochimiques pourrait révolutionner la compréhension du fonctionnement de ces réseaux. Des scientifiques de l'Université de Potsdam et de l'Institut Max Planck de physiologie des plantes moléculaires de Golm ont réussi à lier la structure et la dynamique des réseaux biochimiques via des modules cinétiques, clarifiant ainsi une question de biologie des systèmes qui est ouverte depuis longtemps.
Leurs résultats révolutionnaires ont été publiés dans la revue Avancées scientifiques.
Les réseaux biochimiques sont les unités de traitement centrales d'une cellule qui lui permettent de traiter les signaux et de convertir les molécules en blocs de construction qui soutiennent les fonctions cellulaires. Ils sont décrits par la structure et la dynamique des réactions chimiques sous-jacentes dans la cellule.
Ces réseaux ont été décomposés en modules fonctionnels en utilisant la structure des réseaux à l'aide de méthodes de bioinformatique. Les modules cinétiques sont un type de modules fonctionnels qui surviennent en raison de l'interaction entre la structure du réseau et la dynamique.
« Nous voulions découvrir comment les modules cinétiques dans les réseaux biochimiques déterminent la robustesse des concentrations des métabolites et quels effets ils ont sur la fonctionnalité de ces réseaux », explique Zoran Nikoloski, professeur de bioinformatique à l'Université de Potsdam et un groupe de groupe coopératif au Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology.
La robustesse fait référence à la capacité d'un réseau à maintenir une concentration constante de produits métaboliques à travers tout changement dans l'environnement. Cela garantit la survie et la croissance d'une cellule en cas de diverses fluctuations environnementales. La perte de robustesse dans la concentration de certains métabolites est considérée comme une caractéristique de nombreuses maladies.
En utilisant un nouveau concept de modules cinétiques basés sur le couplage cinétique des taux de réaction, l'équipe a analysé 34 modèles de réseaux métaboliques de 26 organismes différents, y compris ceux de la plante modèle Arabidopsis thaliana, la bactérie modèle Escherichia coli et le modèle Fungus Saccharomyces cerevisiae.
Avec leur concept de modules cinétiques, les chercheurs ont réussi à relier la structure et la dynamique des réseaux biochimiques et ainsi clarifier une question de biologie des systèmes qui est ouverte depuis trois décennies.
« Nos résultats ont de grandes implications pour les applications biotechnologiques et médicales », explique Nikoloski.
« Nous nous attendons à ce que l'identification automatisée des modules puisse être utilisée pour approfondir notre compréhension des relations entre les réseaux réglementaires, de signalisation et métaboliques et des principes de conception qui s'étendent au-delà de la structure du réseau. »
