Istraživači sa Fakulteta veterinarske medicine i biomedicinskih nauka Univerziteta A&M (VMBS) razvili su novi virtuelni alat koji će omogućiti naučnicima da efikasnije proučavaju funkciju gena i nadamo se da će smanjiti broj životinjskih modela koji se koriste u genetskim istraživanjima.
Alat, nazvan Gene Knockout Inference (GenKI), omogućava naučnicima da simuliraju odnos između gena u pojedinačnim ćelijama kako bi mogli da proučavaju koji geni utiču na ćelijske funkcije. Razumevanje svrhe svakog gena je od suštinskog značaja za razvoj novih tretmana za sve, od raka do običnog gripa.
„Molekularni biolozi i drugi naučnici koriste ono što se naziva ‘nokaut modeli’ za proučavanje ciljanih gena“, rekao je dr Džejms Kej, profesor VMBS na Odeljenju za veterinarske integrativne bionauke. „Naučnici će obrisati — ili „izbaciti“ — gen kako bi videli koja je njegova funkcija. Kao što smo objavili u časopisu Istraživanje nukleinskih kiselina, naš novorazvijeni virtuelni alat, na čelu sa mojim doktoratom Iongjian Iangom, će omogućiti istraživačima da proučavaju gene bez upotrebe toliko modela miša i olakšaće uvid u to kako geni međusobno komuniciraju.“
Otkrivanje funkcije svakog gena u organizmu može biti izazovno. Ljudi imaju negde između 20.000 i 25.000 gena koji kodiraju proteine, a neke biljke mogu imati više od 40.000.
Da stvari budu složenije, geni često rade zajedno kako bi upravljali različitim delovima tela, što znači da studije nokauta ne obuhvataju uvek punu sliku funkcije gena.
„Geni su deo ogromne mreže“, rekao je Cai. „Oni imaju partnere, rezervne kopije, pa čak i veze na daljinu jedni sa drugima. Ponekad nije lako odrediti koji su geni povezani.
„Kada naučnici žele da proučavaju gene zajedno, mogu da urade ono što se zove ‘dvostruki nokaut’, ali to je skupo i ograničeno na dva gena“, rekao je on. „Teoretski, virtuelni alat može biti u stanju da nokautira dva, tri ili više gena kako tehnologija raste.“
Još jedna prednost korišćenja virtuelnog alata za genetičko istraživanje je da istraživači mogu da proučavaju međutkivni odgovor, ili odnos koji geni mogu imati između više tkiva, organa i sistema.
„Uobičajeno je da se istraživačke laboratorije specijalizuju za proučavanje jednog aspekta tela, kao što je centralni nervni sistem ili metabolizam“, rekao je Cai. „Dakle, oni imaju tendenciju da se fokusiraju na proučavanje uzoraka tkiva sa jednog mesta, kao što je jetra. Ali neki geni mogu igrati više od jedne uloge, tako da očekujemo da će korišćenje virtuelnog alata kao što je GenKI koji ima pristup više tipova ćelija tkiva uspeti lakše uočiti te veze između tkiva.“
Korišćenje kompjuterizovanog alata je takođe korisno jer omogućava istraživačima da proučavaju gene koje inače ne bi mogli da proučavaju.
„Kada radite sa tkivima, ne možete da izbacite gene koji su neophodni za funkcionisanje tela ili u suprotnom nećete imati održiv model“, rekao je Cai. „Ovo primorava naučnike da proučavaju kompenzacijske – ili sekundarne – efekte gena, ali ne i sam ciljni gen.
„Sa GenKI-jem možemo zaustaviti funkciju bilo kog gena i simulacija će i dalje raditi“, objasnio je on. „Sve što treba da uradimo je da podesimo nivo ekspresije gena na nulu ili da ga smanjimo, a alat će nam pokazati na koje druge tačke podataka utiče promena.
GenKI će takođe omogućiti naučnicima da dobiju odgovore na pitanja ranije u procesu istraživanja nego što bi to bilo moguće kada se koriste tkiva.
„Možete započeti simulaciju čak i ako pokušavate da odgovorite samo na preliminarna pitanja“, rekao je Cai. „Nadajmo se, kako se tehnologija razvija, naučnici će moći sve više da se oslanjaju na alat umesto na životinjske modele.
Živi organizmi su neverovatno složeni, što kreiranje digitalnih simulacija čini izazovnim.
„Upravo sada, alat može simulirati odnose gena u pojedinačnim ćelijama ljudi i miševa“, rekao je Cai. „Počinjemo sa nečim jednostavnim kako bismo bili sigurni da je alat tačan.“
Dok je alatka još uvek u razvoju, Cai predviđa da će sve više ljudi slati podatke njegovog tima za različite tipove ćelija, moći da prošire funkcionalnost alata uz održavanje visokog nivoa tačnosti.
„Na kraju očekujemo da ćemo moći da simuliramo druge tipove ćelija, pa čak i druge organizme“, objasnio je on.
„Sa ovom tehnologijom mogli bismo da smanjimo upotrebu životinjskih modela za 50% za 15 ili više godina“, rekao je on. „Ali ne možemo to da uradimo sami — biće potrebna promena kulture. Biće potrebni stalni napori da se napravi alat tako da se istraživači mogu osloniti na njega.“
