Emily Balskus
Araştırmaları

Balskus laboratuvarının araştırması, içimizde ve üzerimizde yaşayan trilyonlarca ortak, simbiyotik ve patojenik mikroorganizmadan oluşan insan mikrobiyomu etrafında yoğunlaşıyor. Bu mikroorganizmalar bakterileri, protozoaları ve virüsleri içerir. İnsan mikrobiyomunda genlerin bolluğu nedeniyle (insan genomundaki miktarın 200 katı) birçok enzim ve/veya bunların mekanizmaları henüz tanımlanmamıştır. Dolayısıyla Balskus'un amaçlarından ikisi, bu mikrobiyal enzimlerin kimyayı yerine getirdiği mekanizmaları aydınlatmak ve temel metabolik faaliyetlerden sorumlu spesifik mikropları, genleri ve enzimleri tanımlamaktır. Üçüncü bir amaç ise mikrobiyal kimyayı yerinde kontrol etmek, işlemek ve incelemek için biyouyumlu yöntemler geliştirmektir.
Biyoenformatik, insan mikrobiyomunun geniş miktardaki genlerini incelemek için Balskus laboratuvarında yoğun bir şekilde uygulanmaktadır. Biyoinformatik, "büyük miktarlarda biyolojik bilginin depolanması, elde edilmesi ve analiz edilmesi bilimidir."  Balskus laboratuvarında kullanılan biyoinformatik analiz örnekleri; filogenetik, dizi hizalamaları, homoloji modellemesi ve DNA açıklaması . Balskus laboratuvarının önemli bir başarısı, kolinin halihazırda bilinen trimetilamin, kolin trimetilamin-liyaza dönüşümünden sorumlu olan enzimin aydınlatılmasıydı. Kolinin CN bağının bölünmesi için gerekli olan gen kümesini belirlediler ve bunun, daha önce bu tür bir kimyayı gerçekleştirdiği bildirilmemiş bir enzim sınıfı olan bir glisil radikal enzimini (GRE) kodladığını varsaydılar. Gen kümesinin dizi hizalamaları ve önceden fonksiyonel olarak karakterize edilen glisil radikal enzimlerinin yanı sıra şüpheli enzimin homoloji modelleri, aktif bölgede korunmuş anahtar glisin ve sistein kalıntılarının varlığını ortaya çıkardı, bu da enzimin GRE ailesinin bir üyesi olduğu hipotezini destekledi enzimlerden oluşur. Bu araştırma önemlidir çünkü kolin metabolizmasının kötü balık kokusu sendromu, alkolsüz yağlı karaciğer hastalığı, ateroskleroz ve kardiyovasküler hastalıklarla olası bağlantıları olduğu düşünülmektedir.
Bir başka önemli yayın olan "İnsan bağırsağı mikrobiyomlarında öne çıkan bir glisil radikal enzimi, trans-4-hidroksi-L-prolini metabolize eder"  Balskus ve ekibi tarafından kullanılan önemli bir araştırma olan kimyasal olarak yönlendirilen fonksiyonel profilleme yaklaşımının ana hatlarını çizmektedir. Öncelikle ilgili enzim ailesi tanımlanır (bu durumda GRE ailesi) ve tüm üyelerin amino asit dizileri karşılaştırılır. Enzim ailesinin halihazırda karakterize edilmiş üyelerinin ve sorumlu amino asit kalıntılarının yapıları ve fonksiyonları hakkındaki bilgiyle, biyolojik işlevi paylaşan kümelerdeki enzim dizilerini bir arada gruplamak için bir dizi benzerliği ağı (SSN) oluşturulur. SSN, girdi olarak enzim ailesinin amino asit dizilerini kullanan niceliksel bir metagenomik analiz aracı olan Short-BRED tarafından oluşturulan verileri yorumlamak için kullanılır. Short-BRED, benzer üyelerden oluşan her grubun benzersiz dizi işaretleyicilerini tanımlar ve bunların insan mikrobiyomunda bolluğunu sırayla belirler. Bu araç, karakterize edilmemiş üyeleri tanımlamak ve onların çalışmalarına bolluklarına göre öncelik vermek için kullanılabilir.
Biyouyumlu kimya, Balskus laboratuvarındaki bir başka tamamlayıcı stratejidir. Bu dönüşümler, "biyolojik işlevi değiştirecek şekilde canlı organizmaların metabolizmasıyla etkileşime giren enzimatik olmayan kimyasal reaksiyonlar" olarak tanımlanıyor. Sırasıyla demir (III) ftalosiyanin ve paladyum gibi enzimatik olmayan katalizörler kullanarak mikropların reaktivitesini değiştirmek için biyouyumlu siklopropanasyon ve hidrojenasyon reaksiyonları geliştirmeyi başardılar. Balskus tarafından kullanılan bu yaklaşımın bir başka uygulaması da, geçiş metali katalizli reaksiyonların kullanılmasıyla oksotrofik mikropların aktivitesinin kurtarılmasıdır. Bu yaklaşım, mikropların büyümesi ve hayatta kalması için gerekli olan temel besinleri doğal olmayan bir yolla üretilir. Rutenyum katalizörü kullanarak, folik asitin öncüsü olan p -aminobenzoik asit (PABA ) üretme yeteneği olmayan bir oksotrofı kurtarmayı başardılar. Bahsedilen bu yaklaşımların başarısı, mikrobiyal büyümenin ve aktivitenin kontrol edilebileceğini ve çeşitli kimyasal üretim uygulamaları için kullanılabileceğini göstermektedir.
Balskus laboratuvarının yakın zamanda elde ettiği bir başarı (2019), genotoksin kolibaktinin DNA'ya zarar verme mekanizmasını aydınlatmaktı. Bir siklopropan "savaş başlığının" bir alkilasyon reaksiyonu yoluyla DNA iplikçiklerini kırdığını buldular. Balkus laboratuvarının araştırdığı diğer araştırma alanları mikrop ilaç metabolizmasıdır. The Scientist dergisine verdiği bir röportajda Balskus, digoksin  gibi birçok ilacın ve insan metabolizmasının yan ürünlerinin bağırsak bakterileri tarafından parçalanabileceğini ve bunun da bu moleküllerin etkilerinin beklenenden daha düşük olmasına yol açabileceğini belirtti. Genel olarak Balskus laboratuvarının yaptığı çalışma, insan mikrobiyomunu araştırmak ve bunun sağlığımızı nasıl etkilediğini anlamak için gereken temel stratejileri sunuyor. Onların umudu, insan konakçı üzerinde değil, mikrobiyomları üzerinde işe yarayan terapötik stratejilerin geliştirilmesini etkilemektir.