Un grupo de científicos de Rusia, EE. UU., Canadá y Alemania ha desarrollado un servicio web simple y eficaz llamado GAM Genes And Metabolites para ayudar a los investigadores a estudiar procesos biológicos complejos en las células. El programa identifica los vínculos entre los cambios en el metabolismo y los genes,permitiendo una mejor comprensión de cómo funcionan, por ejemplo, las células cancerosas o del sistema inmunitario. La regulación metabólica juega un papel importante en estos objetos biológicos. Los nuevos conocimientos adquiridos por medio del servicio pueden aplicarse para desarrollar tratamientos para enfermedades autoinmunes y cáncer. El estudiofue publicado en el Investigación de ácidos nucleicos .
Maxim Artyomov, profesor asistente de la Universidad de Washington en St. Louis, supervisó el proyecto: "Nuestro servicio es una mano amiga para muchos biólogos e inmunólogos que investigan los efectos del metabolismo en los cambios clínicos. En estudios anteriores, confirmamos experimentalmente qué tan biennuestro algoritmo funciona. Un gran número de grupos de investigación nos pidieron ayuda y Alexey Sergushichev, de la Universidad ITMO en San Petersburgo, Rusia, creó un servicio web para que los científicos de todo el mundo tengan fácil acceso a este método.
Hasta ahora no había productos de software simples, efectivos y gratuitos que pudieran analizar simultáneamente genes y metabolitos sustancias simples de bajo peso molecular involucradas en procesos biológicos. No existen buenos modelos para procesos biológicos en células de mamíferos debido al número extremo de interrelacionesreacciones, aproximadamente 1,500, que ocurren en una celda en un momento.
Por lo tanto, la solución desarrollada por el grupo, que incluía al investigador del departamento de tecnologías informáticas de la Universidad ITMO Alexey Sergushichev, ya puede ayudar a los biólogos y farmacólogos en su trabajo. Por ejemplo, el servicio web puede ser útil para estudiar los procesos que ocurren dentro del cáncerutilizando el servicio, uno puede analizar un mapa completo de las rutas metabólicas en dichas células y revelar los mecanismos de crecimiento tumoral. Combatir el cáncer sin este conocimiento básico es problemático.
En un estudio anterior, los científicos utilizaron este algoritmo y mostraron que la inhibición de ciertos procesos metabólicos en las células cancerosas retrasa el crecimiento del tumor. Ahora todos pueden usar el programa. El servicio ya se está implementando en docenas de laboratorios biológicos y compañías farmacéuticas.
Debido a que el metabolismo desempeña un papel importante en el funcionamiento del sistema inmune, GAM también puede encontrar aplicación en la investigación de patologías autoinmunes en las que, en la mayoría de los casos, el sistema inmunitario debe desactivarse cuando comienza a atacar tejidos sanos. La mayoría deEstas enfermedades son crónicas y provocan disfunciones graves en el organismo.
Además del metabolismo, el equilibrio del sistema inmune está significativamente influenciado por la actividad expresión de los genes ". Las vías metabólicas incorporan enzimas que catalizan reacciones químicas. Estas enzimas están codificadas por genes específicos. Mediante nuestro servicio web, uno puede analizar los cambiosno solo en las concentraciones de metabolitos sino también en la expresión génica. Por lo tanto, podemos comprender los mecanismos de los procesos celulares e identificar reacciones clave en el curso de diversas enfermedades autoinmunes. En el futuro, ayudará al desarrollo de reguladores del sistema inmunitario, por ejemplo, supresores inmunes para el tratamiento eficaz de patologías como la diabetes mellitus tipo I o la hepatitis B crónica, que son causadas por los trastornos del sistema inmunitario ", dice Alexey Sergushichev.
El programa compara los datos originales sobre las concentraciones de metabolitos y la expresión génica con la base de datos KEGG donde los procesos biológicos se describen en un estado estándar. Luego se construye una red donde los nodos representan las sustancias que se modificaron significativamente, y los bordes son las vías de su transformaciónen el curso de las reacciones químicas. Para cada nodo, el programa define el peso: un indicador de la importancia del metabolito en el proceso general; el indicador depende de la desviación de la concentración de la norma.
Por lo tanto, los procesos celulares pueden identificarse mediante el análisis de dos estados: el estado de referencia normal y el que está bajo la influencia de un factor externo. Por ejemplo, previamente, los científicos han observado cómo los macrófagos células del sistema inmunitario se activan y reestructuran cuando unaparece el patógeno.
El servicio web es gratuito, fácil de usar, eficiente y no requiere instalación. Los investigadores pueden usarlo sin tener acceso a software especial y base de datos KEGG.
Por un lado, el método es muy adecuado para el análisis no dirigido de la red de reacción cuando los científicos no saben qué patrones están buscando. Por otro lado, ayuda a detectar sustancias señal de las cuales recibe el sistema inmunitarioinformación sobre cambios en el metabolismo y para estudiar su papel en los procesos intracelulares. El análisis simultáneo de la expresión génica y la concentración de metabolitos reduce el área de búsqueda y hace que una red compleja de reacciones sea intuitiva y legible para los investigadores.
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Materiales proporcionados por Universidad ITMO . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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