211service.com
Menselijk model voltooid
Onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Diego, hebben het eerste complete computermodel van het menselijk metabolisme geconstrueerd. Gratis verkrijgbaar op de Web , is het model een belangrijke stap voorwaarts op het jonge gebied van systeembiologie, en het zal onderzoekers helpen nieuwe medicijnroutes te ontdekken en de moleculaire basis van kanker en andere ziekten te begrijpen.
Universiteit van Californië, San Diego, hebben onderzoekers het eerste complete computermodel van het menselijk metabolisme geconstrueerd. Ze gebruikten het model om deze kaart te maken, een analyse van de metabole effecten van een maagbypassoperatie na een jaar.
Metabolisme is de som van alle chemische reacties die betrokken zijn bij het afbreken van de voedingsstoffen in voedsel in energie en het gebruiken ervan als de grondstoffen voor het maken van alles wat het lichaam nodig heeft, van hormonen zoals insuline tot de lipiden waaruit celmembranen bestaan. Het computermodel van het metabolisme, geconstrueerd door onderzoekers in het laboratorium van Bernhard Palsson , hoogleraar bio-engineering, verbindt al dergelijke bekende chemische reacties in het lichaam met elk menselijk gen.
Vergelijkbare modellen van metabolisme in microben zoals gist en E coli -waaronder een aantal die zijn gegenereerd door het laboratorium van Palsson - stellen onderzoekers in staat organismen te ontwikkelen die efficiënter producten zoals ethanol en antimalariamiddelen produceren. (Zie Zien hoe bacteriën zich ontwikkelen in het laboratorium en gemanipuleerde microben stimuleren ethanol.) Maar, zegt: Aviv Regev , een computationeel bioloog aan het Broad Institute, in Cambridge, MA, een hoogwaardig model van metabolisme bij mensen was ongrijpbaar.
Het nieuwe model omvat elk bekend gen en elke metabolische reactie die de groep van Palsson ontdekte tijdens een uitgebreide zoektocht in de wetenschappelijke literatuur. Een bepaald gen in de database is geassocieerd met zijn eiwitproduct, dat geassocieerd kan zijn met een aantal metabolische reacties, die geassocieerd zijn met andere reacties, die geassocieerd zijn met voedingsinput zoals glucose en de output van energie of een product zoals melatonine. Palsson noemt het model een wiskundige representatie van al deze gegevens. De online database wordt continu bijgewerkt.
Regev zegt dat een van de meest veelbelovende toepassingen van het model is als een platform waarop gegevens uit onderzoeken naar genexpressieprofilering kunnen worden geprojecteerd. Met behulp van microarrays is het nu mogelijk om verschillen in genexpressie te vinden tussen bijvoorbeeld normaal leverweefsel, kankerachtig leverweefsel en diabetisch leverweefsel. Dergelijke gegevens hebben het potentieel om zowel de moleculaire oorzaken van ziekten als potentiële doelwitten voor geneesmiddelen te onthullen. Maar in deze studies, zegt Regev, zijn veranderingen in genexpressie verspreid over [het genoom].
Met behulp van het model kunnen onderzoekers invoeren welke genen tot expressie worden gebracht in een ziek weefsel en als output de metabole routes krijgen waarbij deze genen betrokken zijn - in tegenstelling tot het nauwgezet zoeken in de wetenschappelijke literatuur naar informatie één gen per keer. In het geval van de lever zou het model onderzoekers bijvoorbeeld kunnen vertellen dat een gen dat tot overexpressie wordt gebracht in kankerachtig leverweefsel, betrokken is bij specifieke metabolische reacties, waardoor bepaalde producten ontstaan. Onderzoekers kunnen dan op zoek gaan naar een medicijn dat zich op deze routes of producten richt. Er zijn zeer grootschalige metabole verschuivingen in kankerweefsel, zegt Regev.
James Collins , hoogleraar biomedische technologie aan de Boston University, is al begonnen met het gebruik van benaderingen op netwerkniveau om kanker te begrijpen, en hij zegt dat hij het model van Palsson in zijn onderzoek zal gebruiken. Je kunt kijken naar differentieel tot expressie gebrachte genen bij een patiënt met prostaatkanker, zegt Collins. Zijn er daartussen paden die de onderliggende processen van de ziekte aangeven? Het stelt ons in staat om complexe gegevens te filteren en te condenseren en om medicijndoelen te identificeren.
Bovendien kan het model onderzoekers helpen om bestaande medicijnen beter te begrijpen en te optimaliseren. Het is moeilijk om erachter te komen welke genen indirect worden beïnvloed door een medicijn, zegt Collins. Je wilt weten wat je raakt om een betere chemie, sterker intellectueel eigendom te krijgen en bijwerkingen te begrijpen. Palsson wijst erop dat, omdat het netwerk meerdere manieren kan identificeren om hetzelfde resultaat te genereren, het farmaceutische bedrijven kan helpen om verbindingen te bedenken die dezelfde effecten hebben - alternatieven voor statinegeneesmiddelen zoals Lipitor, bijvoorbeeld - zonder de patenten van hun concurrenten te schenden.