По-рано неизвестни гени
Нов алгоритъм може да предвиди кои гени ще причинят рак, дори ако
При рак клетките се размножават и нахлуват в тъканите,унищожавайки органите и по този начин нарушавайки жизнените им функции. Неограниченият растеж обикновено се причинява от натрупването на ДНК промени в онкогените, мутации в тези гени, които контролират развитието на клетките. Някои ракови заболявания обаче имат много малко мутирали гени. Това означава, че други причини водят до опасно заболяване.
Група изследователи от Института за молекулярнаИнститутът по генетика на Макс Планк (MPIMG) в Берлин и Институтът за изчислителна биология в Хелмхолц, използва техники за машинно обучение, за да идентифицира 165 неизвестни досега ракови гени. Изследователите използват специален алгоритъм за анализ на данните.
Последователността на тези гени не е задължителнапромяна. Очевидно е, че нарушаването на тяхната регулация вече може да доведе до рак. Всички наскоро идентифицирани гени взаимодействат тясно с добре познатите онкогени. Те са от съществено значение за оцеляването на туморните клетки, показаха експериментите с клетъчни култури.
Допълнителни цели за персонализирана медицина
Алгоритъм, наречен EMOGI в обяснимMulti-Omics Graph Integration може също да обясни връзката между клетъчните механизми, които превръщат гена в онкоген. Както група изследователи, ръководени от Анналиса Марсико, обяснява в списанието Nature Machine Intelligence, софтуерът интегрира десетки хиляди набори от данни, създадени от проби на пациенти. Това включва информация за метилирането на ДНК, активността на отделни гени и взаимодействията на протеини в клетъчния път, както и данни за последователности с мутации. В тези данни алгоритмите за дълбоко обучение откриват моделите и молекулярните принципи, които водят до развитието на рак.
В за разлика от традиционните методилечение на рак като химиотерапия, индивидуалните лечения са съобразени с конкретния тип тумор. „Нашата цел е да изберем най-доброто лечение за всеки пациент, най-ефективното лечение с най-малко странични ефекти. В допълнение, молекулярните свойства могат да се използват за откриване на рак, който вече е в начален стадий“, обяснява Марсико, ръководител на изследователската група MPIMG.
„Само като знаем причината за заболяването, можем ефективно да го противодействаме или коригираме“, пишат изследователите. "Ето защо е толкова важно да се идентифицират възможно най-много механизми, причиняващи рак."
По-добри резултати с комбинация
„Днес мнозинството"Изследването се фокусира върху патогенни промени в последователността или клетъчни модели", каза Роман Шулте-Сасе, докторант от екипа на Марсико и първи автор на публикацията. „В същото време наскоро стана ясно, че епигенетичните разстройства или дисрегулацията на генната активност също могат да доведат до рак.“
Ето защо изследователите обединяват данните.Поредици, представляващи откази на вериги, с информация, представяща събития в клетките. Първоначално учените потвърдиха, че мутациите или разпространението на геномни сегменти всъщност са основната причина за рак. След това, във втора стъпка, идентифицирахме кандидат-гени, които не са много пряко свързани с гените, които действително причиняват рак.
„Например открихме ген при рак„което има малка промяна в последователността, но регулира доставките на енергия и е необходимо за тумори“, казва Шулте-Сас. „Тези гени не могат да бъдат контролирани с други средства. Например, това се причинява от химически промени в ДНК, като метилиране. Тези промени не засягат информацията за последователността, но доминират активността на гена. Такива гени са обещаващи цели за откриване на лекарства, но тъй като те работят във фонов режим, те могат да бъдат намерени само с помощта на сложни алгоритми.
По-нататъшни изследвания
Новата изследователска програма добавя многонови записи в списъка на съмнителните онкогени. Само през последните години той е нараснал от 700 на 1000. Изследователите са проследили само скрити гени, използвайки комбинация от биоинформатичен анализ и модерни техники за изкуствен интелект (AI).
В данните се крият още много интересни подробности.„Ние виждаме много модели, които са в съответствие с рака“, казва Марсико. „Мисля, че това е доказателство, че туморите се причиняват от различни молекулярни механизми в различни органи.“
Изследователите подчертават, че програмата EMOGIне се ограничава до рак. На теория може да се използва за интегриране на различни набори от биологични данни и намиране на модели. Алгоритмите са приложими при подобни сложни заболявания.
Прочетете още
Създадена е първата точна карта на света. Какво не е наред с всички останали?
За криптиране е използвано инфрачервено лъчение от човешки ръце
Уран е получил статута на най-странната планета в Слънчевата система. Защо?