تتنبأ منظمة العفو الدولية بدقة بآثار الطفرات الجينية في المادة المظلمة البيولوجية

تتنبأ منظمة العفو الدولية بدقة بآثار الطفرات الجينية في المادة المظلمة البيولوجية

Suspense: Lady in Distress / Dead Ernest / Death at Live Oak (قد 2019).

Anonim

يمكن لإطار تعلم آلي جديد ، أطلق عليه ExPecto ، أن يتنبأ بآثار الطفرات الجينية في المناطق المسماة "المادة المظلمة" في الجينوم البشري. يوضح ExPecto كيف يمكن لطفرات محددة أن تعطل طريقة تشغيل الجينات وإغلاقها في جميع أنحاء جسمك. مثل هذه الاضطرابات في التعبير الجيني يمكن أن يكون لها في بعض الأحيان نتائج مميتة.

باستخدام هذه الطريقة ، قام مؤسسوها في مركز علم الأحياء الحاسوبي (CCB) التابع لمعهد Flatiron في مدينة نيويورك وجامعة برينستون بحساب النتائج الجينية لأكثر من 140 مليون طفرة في الأنسجة المختلفة. كما حدد الباحثون على وجه التحديد التحولات التي يحتمل أن تكون مسؤولة عن زيادة خطر الإصابة بأمراض عديدة مرتبطة بالمناعة ، بما في ذلك عدوى فيروس التهاب الكبد B المزمن ومرض كرون.

وقال الباحثون في دراسة نشرت يوم 16 يوليو في مجلة " نيتشر جينيتكس": إن إكسبيكتو يمكن أن يساعد في يوم من الأيام في اختيار العلاجات الدوائية ويساعد على إلقاء الضوء على كيفية قيام التطور بتشكيل كودنا الوراثي .

"يمكن أن يفحص ExPecto أي متغير وراثي ويتنبأ بأثره على التعبير الجيني" ، كما يقول المحقق الرئيسي أولغا ترويانسكايا ، نائب مدير الجينوم في CCB وأستاذ في جامعة برينستون. "هذا مثير للغاية."

يحتوي الحمض النووي الخاص بك على جينات تخدم كمخططات لبناء البروتينات ، وهي جزيئات جسمنا المسؤولة عن تنفيذ المهام المهمة مثل نقل الأكسجين والتواصل مع الخلايا الأخرى ومكافحة العدوى. تشكل متواليات الترميز بالبروتين أقل من اثنين في المائة من الجينوم بأكمله. كل هذه الجينات موجودة في الخلايا في جميع أنحاء الجسم. هذا الانتشار المطلق يعني أن جينات ترميز البروتين الحيوية لوظيفة الدماغ ، على سبيل المثال ، موجودة أيضًا في الجهاز الهضمي الخاص بك ، مستلقية نائمة.

يتم تشغيل وإيقاف الجينات بنسبة 98 في المائة الأخرى من الجينوم الخاص بك ، الجزء "المادة المظلمة" الذي لا يرمز للبروتينات. تم العثور على معظم الطفرات الجينية في هذه المنطقة غير المشفرة. إن الطفرة هي في الأساس مطبع وراثي - إضافة أو حذف أو تغيير في التسلسل الجينومي. يمكن للطفرات في المنطقة الخالية من الشفرات أن تتسبب في بعض الأحيان في التعبير عن الجينات أو عدم التعبير عنها في الجزء الخطأ من الجسم في الوقت الخطأ ، مما يزيد من خطر الإصابة بأمراض مثل السرطان.

من الصعب تحديد الطفرة النوعية المسؤولة لأن الجزء غير المشفر من الحمض النووي كبير للغاية. قارنت الدراسات السابقة جينوم العديد من الأفراد المصابين بمرض معين ، بحثًا عن طفرات مشتركة بين الأفراد. هذا النهج ، ومع ذلك ، يصبح صعب على نحو متزايد للطفرات أندر. علاوة على ذلك ، يتم أحيانًا توريث سلاسل من الحمض النووي في مجموعات كبيرة ، لذلك يصارع العلماء لتحديد أي جزء معين من الشفرة الوراثية هو المتسبب في المشكلة.

اتخذ مؤلفو الدراسة نهجا مختلفا. قاموا بتطوير ExPecto (الذي سمي على اسم سحر Patronus من سلسلة هاري بوتر) كبرنامج يمكنه قراءة تسلسل أولي من الحمض النووي والتنبؤ بالتأثير المقابل على التعبير الجيني.

يقوم ExPecto بتسخير طرق التعلم العميقة من الذكاء الاصطناعي. وباستخدام جينوم مرجعي وحيد ، قام الباحثون بتدريب البرنامج على فهم كيفية تحكم الحمض النووي في التعبير الجيني عبر أكثر من 200 نوع من الأنسجة والأنسجة المختلفة. من هذه المعلومات ، يمكن لـ ExPecto التنبؤ بتأثير أي طفرة ، حتى الطفرات التي لم يسبق أن شاهدها العلماء من قبل.

استخدم الباحثون ExPecto للتنبؤ بالطفرات التي تساهم في مرض كرون ، والعدوى المزمنة بفيروس التهاب الكبد البائي ومرض بهجت. ثم قام الباحث المشارك في الدراسة شاندرا ثيسفيلد بتدقيق النتائج. بالنسبة للأمراض الثلاثة ، وجدت أن توقع ExPecto في المرشح هو مساهم محتمل واعد أكثر للمرض من تلك التي اقترحتها الدراسات السابقة.

ويأمل الباحثون أن يساعد ExPecto يومًا ما الخبراء الطبيين على تحديد المساهمين الوراثيين في مرض المريض وتطوير علاجات مخصصة لجينوم المريض. يقول الباحث المشارك في الدراسة جيان تشو ، وهو باحث في شركة فلاتيرون في بنك التعمير والإسكان: "بمجرد أن تعرف أي بروتين يتأثر وما يفعله البروتين ، يمكنك حينها تصميم عقاقير يمكن أن تحل المشكلة". على سبيل المثال ، "إذا لم تتمكن من إنتاج بروتين معين ، فيمكنك تصميم علاج يعوض البروتين المفقود".

يمكن لأي شخص الوصول إلى توقعات ExPecto عن تأثيرات أكثر من 140 مليون طفرة محتملة بالقرب من جينات ترميز البروتين. هذه النتائج متاحة على الإنترنت كجزء من HumanBase ، وهو نظام تنبؤ قائم على البيانات حول البيولوجيا والأمراض البشرية التي طورها فريق البحث. يمكن للزائرين الكتابة في الجين ورؤية كل الطفرات المحتملة التي يمكن أن تؤثر على تعبير الجين في أي من أنواع الأنسجة والأنسجة 218.

يتوقع تشو أن يكون ExPecto متميزًا بشكل خاص لدراسة النتائج التطورية للطفرات. وجد هو وزملاؤه ، على سبيل المثال ، أن الطفرات أقل احتمالاً للتأثير على الجينات المعبر عنها في الجسم البشري عن الجينات المتخصصة لنوع معين من الأنسجة. "ليس لدينا تفسير كامل حتى الآن" ، كما يقول ، لكن النتيجة يمكن أن تكون مرتبطة بمتانة جينات أكثر انتشارًا. يمكن أن تكون هناك مشكلة أكبر في كون الجين مميتًا أو منعه من نقل معلوماته الوراثية. يقول زهو: "لقد قام التطور بالفعل بالتجارب بالنسبة لنا".