研究和评论:生态学和环雷竞技苹果下载境科学》杂志上
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ISSN: 2347 - 7830
+ 44-7723-59-83581Tiruchirappalli海洋生物技术学系Bharathidasan大学印度泰米尔纳德邦,。
收到:22/10/2015接受:20/11/2015发表:27/11/2015
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快速工业化和人口爆炸产生有毒化学物质和污染环境。微生物降解是环保和经济恢复被污染的环境响应方式。目前,数据库和计算机程序极大地协助生物修复的发展和实施。因此,减少时间和基本的实验室实验,在微生物降解的应用领域之前,在网上研究是重要的预测可能的降解途径通过使用各种计算工具。综述是密集的可能的方法计算技术在各种水平的退化过程包括,分析毒素在物理,化学和功能性质,毒性预测,微生物酶的基因组和蛋白质组学方法,途径预测,预测的降解率。此外,在线数据库和工具的编制,可以应用在生物降解领域的上市和显示为页面命名为硅片退化。
有毒化学物质,废物管理、生物降解、微生物、在网上
人类活动总是产生废物,有毒化学物质快速工业化和污染环境的因素。污染严重和高度暴露与不正确的废物管理实践相关的事件,导致缺乏控制,公众担忧立法不足、环境和人类健康的影响(1]。一般来说,有毒、有害外源性物质的结构不同于天然化合物和更难以降解。但微生物使用外源性物质作为生存的能量来源。毒素的生物破坏是基于原则,支持所有生态系统(2]。微生物复杂有机化合物转化成有限公司2或其他简单有机化合物通过代谢途径分泌酶的方法。这种氧化过程产量能源和减少等价物用于中间体的一部分转换成细胞团(同化),使经济增长的有机物进行降解过程3]。概述生物降解过程的图形化表示图1所示。
图1:生物降解过程的概述。
生物修复是一个总括的概念,包括各种层次的多级复杂性参与有毒废物的清除污染的网站。几个数据库和工具可用于协助这一过程在所有可能的层。包括提供/预测信息化学物质,毒性、风险评估、环境化学物质的属性,微生物酶,代谢途径和程度的退化过程。用户可以使用这些数据库来检索信息根据他们的研究兴趣。用户可以使用化学毒性数据库检索信息,或可以预测毒性的化学物质使用定量结构活性关系(构象)。此外,有几种途径预测系统预测的这些化学物质的降解途径降解途径不知道在文学。使用这些路径预测系统中,用户不仅可以预测的降解途径,而且还可以识别酶参与降解途径(4]。但大多数研究生物修复并没有意识到这些领域的用户友好的计算机技术。别的,他们在生物信息学的基本知识和能够使用的资源。但很明显不可能的生物信息学方法的背景在不同程度的生物降解过程。许多评论对这个领域雷竞技苹果下载一流的列出可用的生物信息学资源(4- - - - - -8]。然而,安静的问题是实现综合方法的生物信息学和生物降解时产生解毒实验。这个礼物努力会代表不同的生物信息学技术,实验程序的链接。这是示意图来表示图2。
图2:应用生物信息学方法在微生物降解。
也现在审查的综合列表数据库和工具用于微生物降解。除了工具列出了所有方法,数据库红色生物基础信息专门为放射性废物的生物修复。创建web页面,可以使用在线的目录在网上生物修复技术。
酶促降解的一个重要方面是效率、反应动力学、选择性和由physicchemical表示参数(9]化学特征包括编译的数据在物理和化学性质,用途,环境监测、命运和运输,和属性与潜在的风险敞口,生物体内积累和毒性。可用的化学数据库ChemDplus PubChem ECHA。大多数的数据库提供的信息,包括名称、同义词,微笑代码,分子量、化学公式,化学结构的形象,规范PDB格式的三维结构,密度、蒸发率、熔点、沸点、水溶性和其他相关数据库的链接。此外,在线工具TerraQSAR SAMFA预测分子性质基于结构。
退化的分解代谢过程发生相互作用的微生物酶与官能团的化学物质是退化。这个概念是解释为10在一般的分子间相互作用的概念。一个组合配体设计方法首先确定最优位置。在预测分子间相互作用的可能性,必须知道流程中涉及的官能团。特定的数据库包括ChemDplus, Chemogenesis和Mitishamba每个化学数据库提供这些信息。
许多技术已经开发环境清理有毒化合物的微生物。但是没有毒性的化合物的知识不能完全成功的毒性影响降解菌株的生存。因此之前的许多努力在任何化学物质的生物修复技术,也需要预测它的毒性水平在网上方法(11]。许多调查人员创建数据库的化学物质毒性指数,ACuteTox,化学效应在生物系统(CEBS), Terra-Base, GENE-TOX,有害物质数据库(HSDB) SuperToxic,聚合计算毒理学资源(演员),比较Toxicogenomics数据库(CTD)致癌潜力数据库(CPDB),毒性文学在线(TOXLINE)、化学致癌研究信息系统(ccri)开发和生殖毒理学数据库(DART)、银行(GENETOX)遗传毒性数据,集成信息系统风险,Actoxbase,比较taxico基因组学数据库,国际统一的化学信息数据库,数据,TOXMAP,毒物释放库存,家用产品数据库,欧洲化学物质信息系统,eChemPortal,聚合计算毒理学资源,EPA人类健康的板凳标记农药、农药环保局办公室项目的水生生物基准(OPPALB),化学品安全信息从政府间组织——INCHEM JECDB:日本现有的化学数据库,物质准备在北欧国家(旋转)和美国环境保护署:物质注册服务。TOPKT,除此之外,数据库就像ECOSAR EnviChem和ECOTOX代表具体环境的影响。预测化合物的毒性在网上毒理学方法是一个发展领域,即数据库PBT分析器,德里克(拉萨),HazardExpert, ACD /托克斯套件,ADMET预测,肿瘤,Toxtree, MolCode工具箱,VirtualToxLa,搜索Nexus、毒性评估软件工具(测试),凯撒,ToxiPred ToxCast项目到目前为止。
微生物降解是主要的和最终的自然机制,通过这种机制可以清理被污染的环境。阐释了生物降解过程的主要原则图3。Biodegradative应变公共存储库数据库基础数据的收集微生物降解有毒物质。
图3:原则的有氧降解烃类的微生物。
降解的化学物质可以由特定的酶系统。主要是有机污染物的胞内攻击刺激氧化过程和催化加氧酶和氧化酵素(12]。其他机制涉及附件微生物细胞的基质和生物表面活性剂的生产。这个外围降解通路将有机污染物逐步转化为中央中间代谢的中间体(13]。ExPASy OxDBase——数据库Biodegradative加氧酶,KEGG Bionemo——分子生物降解代谢信息和国家生物技术信息中心(NCBI)的数据库。这些数据库允许用户检索的列表酶存在于一个特定的微生物。
序列组装:在基因测序,多个实验副本需要建立重复和嵌合体。短的枪测序后,加入的片段(叠连群)应该基于数学建模的加权图。在这种方法中,节点和边的权重是碎片的数量重叠的核苷酸,和片段加入基于最大重叠使用贪婪算法(14]。基于该算法工具开发序列组装和显著的工具是SSAKE, SOAPdenovo,深渊和天鹅绒。
基因预测:叠连群加入后,下一个问题是确定蛋白质编码区域或子(开放阅读框架)的基因组。基因的识别可以通过搜索已知的基因数据库如GenBankor通过使用基于隐马尔科夫模型(HMM)的技术(14]。奥古斯都,工具使用嗯GLIMMR整编,FGENESH GeneMark。
细菌的注释:一旦取得最后一个基因集,数量的后处理程序应用于过滤和注释基因预测。基因组注释的描述个体基因及其蛋白(或RNA)产品,和基因产物的功能分配14]。的记录可能还包括一个简短描述的证据这分配函数。给出示意图示意图图4。它可以通过使用在线工具拉斯特,BASys WeGAS。
图4:基因组注释的广义流程图。
蛋白质组学:蛋白质组学技术在生物降解包括测序、比较研究和功能,在基因序列完全相同的技术可以使用。此外,它涵盖了蛋白质的识别和描述相关的属性,和重建的代谢和监管途径(15]。爆炸,使查询、LALIGN远期运费协议,FASTA,基因聪明,使用SIM和SSEA。多重序列比对,ClustalW, MAFFT, Clustalω,DbClustal, PROBCONS, webPRANK,指导,SALIGN AlignMe和果仁糖广泛用于两两序列比对(16]。确定了潜在的谷胱甘肽氨基酸transfereases(消费税),参与降解有毒污染物,包括聚氯化联苯。作者做了细菌的多重序列比对消费税和确定了相同的氨基酸。通过在体外随后定点诱变研究,证明了氨基酸决定催化活性发挥作用。
因此,生物的祖先是由系统分析使用Phylip,霸王龙,Phylogeny.fr, PHYML, prot, Phylemon2,权力,Phylodendron,种系发生树预测,CVTree,网络恶作剧,替换矩阵和DIVEIN。使用系统发育分析,小说从已知的微生物被确定相关的微生物降解过程。特别是在循环硝铵退化(17],geosmin退化[18],烷烃降解[19和在纺织染料脱色20.]。在聚乙烯生物降解的情况下(21),确定了降解细菌16 s rRNA测序。细菌是假单胞菌citronellolis和爆炸的结果给了96%的相似性(非重要得分)与数据库,因此他们澄清他们的细菌是一种新型应变。
途径可以跟踪的数据库获取生物体的细节后,特定的酶参与分解代谢的过程。的一些代谢途径KEGG数据库,UM-BBD EMP, Biocyc, MetaRouter,豹,通路,MetaCyc,布伦达,罗氏生化途径,BioCarta和智慧。在数据库中,KEGG系统是用户友好性最高的赞美和数据库中包含的数据量。EcoCycsystem最信息,特定的生物。它还包含直接链接到文学和实验数据被用来设置系统。PathDB, ExPASyand UM-BBD系统是最有用的,然而初学者喜欢KEGG图形(22]。
Protein-ligand对接工具可用于屏幕污染物的敏感性已经降解酶的特征。使用对接算法在某种程度上,它是容易预测可能的相互作用和识别隐藏的机制。另一方面,它生成的姿势到目标蛋白进行调查,从而用于开发新的代谢物。基于这些信息,可能会产生新陈代谢改造生物,可以提高降解[10,23]。在对接污染物之前,应该深入分析结合位点的酶。PROCAT等工具,活性位点预测,PAR-3D, Q-site仪和Pocket-finder。
另一方面,许多工具免费/商用对接研究,包括Autodock、码头、黄金、滑翔,SCIGRESS, GlamDock, GEMDOCK, iGEMDOCK, HomDock, ICM, FlexX, Flex-Ensemble (FlexE) Fleksy,合身,VLifeDock, ParaDockS, Molegro虚拟码头工人,eHiTS, DAIM-SEED-FFLD, AutodockVina, VinaMPI, OEDocking, idock,罗塞塔配体,rDock, MOE,发现者,YASARA结构,GalaxyDock, FINDSITE-LHM,亚当,提示!、植物、黑线鳕,计算机辅助药物设计、GriDock DockoMatic和BDT [24)比较研究最广泛使用的工具。根据他们的说法,AutoDock繁殖更好的结果相比,码头,Flex和黄金。这个标准在网上方法是帮助许多退化过程,尤其是在偶氮染料降解[25]和芘降解[26不同的方法用于预测。他们收集了酒吧的污染物与漆酶化学数据库和对接,研究酶用于生物修复的外源性物质如酚类、苯胺类等。从而表明漆酶能够氧化所选的污染物。
细菌,住在被污染的环境往往能够从已有的途径应对天然化合物。滥交的酶可以演变成为更有效的催化剂的选择性压力解毒的有毒化合物或使用的一种新来源的碳,氮和磷。这些小说的降解酶是监管机构异型生物质类似物(8,11]。各种各样的在体外和在活的有机体内识别关键的毒性通路的技术已发展成了。计算方法也被用来设计新颖的异化的途径。的一些工具用来预测UM-BBD异化的途径,流星,Metabol专家,元路由器,多案例/元,UM-PPS,路径Pred生化网络集成计算explorer (BNICE) DESHARKY,代谢物的代谢产物(FMM),碳搜索、选择应变和代谢改变。其中,选择应变等工具主要是用于预测生物合成的途径有价值的产物,但其他人DESHARKY,元路由器,UM-BBD是有用的预测的降解途径。一些算法生成途径使用已知的反应来自代谢途径数据库如元Cycand KEGG。其他生成途径基于已知的官能团转换无论已知酶催化特定反应(11]。
使用这个计算方法(27)了解新奇的生物降解途径影响现有的宿主生物体新陈代谢和提出了转基因微生物的想法可以用于生物修复(28)计算工具UMBBD-PPS和eMolecules数据库用于识别有力的细菌,可以用来完成生物修复的1-naphthyl methylcarbamate / Carbary。这将为细菌的正向工程作为生物修复的高效生物催化剂的化学废物。
使用的计算工具来预测外源性物质的降解可以帮助识别需要降解这些化合物的反应,提供洞察的命运异型生物质化合物在环境中。目前的生物降解的预测方法是基于规则的和依靠广泛的数据库(29日]。在线工具像BIOWIN,经合组织工具箱,开始,织女星,Predict-BT和CATABOL证明是有用的在设计和评价小说异型生物质降解途径和识别细胞降解路线可行性(30.]。比较分析了织女星,TOPKAT(毒性预测Komputer辅助技术,商业软件Accelrys, Inc .) BIOWIN和开始。他们比较的性能工具的基础上准确性、灵敏性、特异性和马修的相关系数(MCC)。根据结果的30.]织女星给最好的测试精度的结果(99%)化学品和开始模型给贫穷的结果。自BIOWIN TOPKAT和织女星模型表现不错,他们可能被用来预测准备生物降解性(31日]。试图使用BIOWIN预测芳香族碳氢化合物的降解率,结果与实验结果显著。
的结合在网上技术允许增强优化复杂的生物修复过程。特别是因为互联网提供了一个丰富的激励工具,使初学者理解和快速学习。然而,用户友好的计算技术可用,一个关键的瓶颈在于选择工具的能力根据可用的输入、输出和快速分析的输出进行有意义的结论。同样,一些服务器可以下来几个月,url不能详尽,因为大量的工具和/或数据库可用,几乎每天都在变化。然而,这些方法使发展株高效降解顽固的人为的化合物,从而提供环保和相对低成本的方法清理被污染的网站,和治疗的工业废物。本文列出了网页创建的资源和作者硅专门为此目的而退化。这个中心在网上资源可以极大地帮助微生物降解的过程中,如果充分利用。
