Narzędzia genetyczne i zasoby dostępne w organizmie modelowym Saccharomyces cerevisiae umożliwiły prowadzenie na dużą skalę badań genomiki funkcjonalnej, które łącznie dostarczają nowego wglądu w to, jak geny funkcjonują jako sieci spełniające wymagania systemów biologicznych. Kamieniem węgielnym tych narzędzi było wspólne stworzenie kompletnego zestawu nieistotnych delecji genów we wszystkich otwartych ramkach odczytu u drożdży1,2. Uderzającą obserwacją było to, że tylko ~20% genów drożdży jest wymaganych do żywotności, gdy są hodowane jako haploidy w standardowych warunkach laboratoryjnych. Podkreśla to zdolność komórki do buforowania przed zaburzeniami genomu poprzez wykorzystanie alternatywnych szlaków biologicznych. Mutanty genetyczne, które są zdolne do życia indywidualnie, ale śmiertelne w połączeniu, sygnalizują połączone lub zbieżne równoległe szlaki biologiczne i tworzą sieci interakcji genetycznych, które opisują funkcję biologiczną. Wraz z rozwojem warunkowych, wrażliwych na temperaturę i hipomorficznych alleli niezbędnych genów, technologia nie została ograniczona do badania genów innych niż niezbędne3,4. Koncepcja ta została zastosowana w skali genomowej, tworząc bezstronną mapę interakcji genetycznych ilustrującą, w jaki sposób geny zaangażowane w podobne procesy komórkowe grupują się ze sobą5.
Chemiczne zakłócenia sieci genetycznych naśladują delecje genów (Rysunek 1)6. Badanie związków hamujących wzrost w stosunku do macierzy szczepów delecyjnych o dużej gęstości pod kątem nadwrażliwości identyfikuje profil interakcji chemiczno-genetycznej, tj. listę genów, które są wymagane do tolerowania stresu chemicznego. Podobnie jak w przypadku interakcji genetycznych, wielkoskalowe badania przesiewowe bibliotek chemicznych wykazały, że związki o podobnym sposobie działania grupują się razem7. W związku z tym, ustalając profil interakcji chemiczno-genetycznej związku, można wywnioskować sposób działania, porównując go z wielkoskalowymi zestawami danych dotyczących syntetycznych interakcji genetycznych i chemicznych interakcji genetycznych8,9.
Duże badania chemiczno-genetyczne, gdzie badane są dziesiątki związków, zostały przeprowadzone za pomocą testów konkurencji kodów kreskowych. W tym podejściu zbiorcza kolekcja szczepów delecyjnych jest hodowana masowo przez kilka pokoleń w niewielkiej objętości pożywki zawierającej substancję chemiczną. Ponieważ każdy mutant delecji zawiera unikalny genetyczny kod kreskowy, żywotność/wzrost poszczególnych mutantów w puli szczepów delecyjnych jest śledzony za pomocą mikromacierzy lub sekwencjonowania o wysokiej przepustowości10.
Wnioskowanie o dopasowaniu poprzez monitorowanie wielkości kolonii fizycznie ułożonych mutantów hodowanych na stałym agarze zawierającym związek bioaktywny jest również skuteczną metodą identyfikacji interakcji chemiczno-genetycznych11,12. Podejście to stanowi opłacalną alternatywę dla badań przesiewowych opartych na konkurencji i doskonale nadaje się do oznaczania małych bibliotek substancji chemicznych. Przedstawiono tutaj prostą metodologię tworzenia listy interakcji chemiczno-genetycznych u S. cerevisiae, która nie opiera się na manipulacjach biologii molekularnej ani infrastrukturze. Wymaga jedynie pobrania próbek do usuwania drożdży, zrobotyzowanego lub ręcznego aparatu do przypinania oraz ogólnodostępnego oprogramowania do analizy obrazu.