Badania w dziedzinie genomiki na dobrej drodze
Naukowcy, których prace są finansowane ze środków unijnych, rzucają nowe światło na wysoce złożone mechanizmy nadzorujące aktywność naszych genów. Wyniki finansowanego ze środków unijnych 3-letniego projektu GENNETEC (Sieci genetyczne - powstawanie i złożoność), dofinansowanego na kwotę 1,48 mln EUR z tematu "Technologie społeczeństwa informacyjnego" Szóstego Programu Ramowego (6PR) przyczynią się do posunięcia genomiki o krok naprzód dzięki nowym sposobom identyfikacji regulatorów nadzorujących konkretne geny. W organizmach - od bakterii po człowieka - geny są stale włączane i wyłączane. Genomika bada funkcjonowanie tej złożonej sieci genów i czynników, które nią sterują. Molekuły, które włączają i wyłączają geny, nazywane są czynnikami transkrypcyjnymi lub regulatorami genetycznymi, a naukowcy starają się obecnie odkryć mechanizmy, które nimi kierują. Projekt GENNETEC ma wskazać, którym genem zarządza dany czynnik transkrypcyjny. Czynniki transkrypcyjne łączą się z konkretnymi miejscami na chromosomie, aby włączać i wyłączać pobliskie geny. Powstający w ten sposób schemat działania genu jest odpowiedzialny za rozwój komórki lub organizmu, ich funkcjonowanie oraz reakcje na wyzwania i bodźce środowiskowe. Nieprawidłowości w funkcjonowaniu tego systemu mogą wywoływać choroby, w tym nowotwory. "Chorobę można czasami uznać za nieprawidłową zmianę w dynamice sieci interakcji" - mówi dr François Képès z francuskiego Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) i koordynator projektu GENNETEC. "Zatem poznanie ich właściwości oraz sposobu korygowania lub kontrolowania ich dynamiki ma zasadnicze znaczenie." Do niedawna naukowcy poszukiwali krótkich sekwencji DNA (kwasu dezoksyrybonukleinowego), o których wiadomo było, że łączą się z określonymi molekułami regulacyjnymi, aby podejmować próby dopasowania genów do potencjalnych czynników transkrypcyjnych. Niemniej wadą tej metody było wskazywanie wielu możliwych połączeń, które później okazywały się błędne. Zespół GENNETEC przyjął nowe podejście do badania czynników transkrypcyjnych. W toku wcześniejszych badaniach naukowcy odkryli, że geny, które reagują na ten sam czynnik transkrypcyjny są często rozmieszczone w regularnych odstępach wzdłuż chromosomu. Zespół podejrzewał, że grupowanie czynników transkrypcyjnych i powiązanych z nimi genów ułatwia optymalizację ich funkcjonowania. Aby wykazać, że lokalizacje tych genów są pomocne w określeniu struktury danego łańcucha DNA, zespół wykorzystał symulacje numeryczne fałdowania DNA. To umożliwiło naukowcom znacznie skuteczniejszą identyfikację powiązań gen-czynnik transkrypcyjny. "Połączenie dwóch prognostyków pozwala nam na znacznie lepsze przewidywanie regulatorów danego genu poprzez ograniczanie fałszywych trafień" - wyjaśnia dr Képès. "Szczegółowość prognozowania jest zwykle podwajana." "Odkryliśmy, że istnieje wyraźne powiązanie między strukturą chromosomu a ekspresją genu, które możemy teraz przewidzieć w bardzo precyzyjny i realny sposób. Teraz jest nam łatwiej poznać regulację genetyczną komórek człowieka przy niższych kosztach i w krótszym czasie." Jeden z partnerów GENNETEC - NorayBio, przedsiębiorstwo z siedzibą w Hiszpanii zajmujące się oprogramowaniem dla bionauki - już opracowuje program, który ma umożliwić naukowcom na całym świecie korzystanie z tego podejścia do analizy sieci genów. Konsorcjum GENNETEC opracowało również własną, prostą wersję oprogramowania dostępnego bezpłatnie. Zdaniem dr Képèsa badania złożonych systemów genomicznych prowadzone przez konsorcjum są tak samo ważne jak nowe oprogramowanie, ponieważ znajdą zastosowanie w różnych dziedzinach, w tym w systemach inżynieryjnych. "Komórki mają zaledwie jeden genom, ale dzięki niemu mogą radzić sobie z wieloma problemami" - jak zauważa. "Możemy wykorzystać to biologiczne rozwiązanie jako inspirację do zbudowania nowej generacji algorytmów, aby lepiej niż dotąd rozwiązywać złożone problemy."