Brug af rangordning til at identificere komplekse genetiske interaktioner

Genom -sekventering har revolutioneret genetikken. Det kræver også nye matematiske værktøjer til at hjælpe livsforskere med at forstå enorme mængder data. Anvende ny matematik, Kristina Crona, en amerikansk universitetsassistent, der forsker inden for matematisk biologi, og hendes kolleger viser, hvordan rangerende patogenmutanter kan hjælpe forskere med at forstå, hvordan mutanter udvikler sig til at modstå lægemiddelbehandlinger. Denne forskningslinje kan have konsekvenser for behandlingen af ​​sygdomme, der kan modstå lægemiddelbehandlinger, såsom hiv og malaria.

I et nyt papir, offentliggjort i tidsskriftet eLife , forskerne viser, at rangorden er en måde at identificere komplekse genetiske interaktioner på. Konventionelle metoder til at identificere komplekse geninteraktioner er afhængige af præcise målinger af mutants genetiske egnethed. Imidlertid, fitnessforanstaltninger ikke let anvendes, og de er ikke altid pålidelige. Derimod, rangordensmetoden fungerer, selvom dataene er ufuldstændige.

Inden udgivelsen i eLife , Crona præsenterede resultaterne på en akademisk konference. Ingen af ​​biologerne i publikum havde hørt om det matematiske værktøj, hun bruger til at analysere rangordninger. Ved afslutningen af ​​hendes tale, alle forstod, hvordan de skulle bruge værktøjet til at identificere komplekse geninteraktioner. Den nye genvej blev modtaget med entusiasme. Og matematikken er let.

"Det er børnehave matematik, "Forklarede Crona.

Crona bruger "Dyck -ord, "en formel opkaldt efter den tyske matematiker fra det 19. århundrede Walther Franz Anton von Dyck, at matche genotypen med bogstaver. Bogstaverne "x" og "y" tildeles patogenmutanterne. Enkelt- og tredobbelt mutanter svarer til "x, "og uden lyd, dobbelt- og firdobbeltmutanter svarer til "y". Det ulige antal mutationer producerer "x" og lige tal producerer "y". Mutanterne i rækkefølgen rangeres fra høj til lav kondition.

"Fra venstre til højre, vi tæller x'er og y'er. Hvis der altid er flere x'er, eller det samme antal mutanter er x'er, så får du et Dyck -ord. Det betyder, at man kan se, at man har at gøre med en kompleks geninteraktion, "Sagde Crona.

Komplekse genetiske interaktioner involverer tre eller flere mutationer i et patogen. Det er i komplekse genetiske interaktioner, når patogener har højere kondition og udvikler sig farligt, såsom et patogen, der er stærkt nok til at modstå antibiotika. Forskerne identificerede kompleks geninteraktion, der involverede tre eller flere mutationer for HIV; en malariafremkaldende parasit; den type svamp, der forårsager sort skimmel på frugt og grøntsager; og en familie af genetiske mutationer, der bidrager til antibiotikaresistens.

Crona begyndte at tænke på rangordrer, mens hun arbejdede med biolog Miriam Barlow om problemet med antibiotisk cykling, hvorved hospitalslæger roterer forskellige antibiotika for at modvirke patientinfektioner. Forsøger at hjælpe læger med at maksimere antibiotika effektivitet, teamet skabte software kaldet "Time Machine", der bruger sandsynligheder og spoler udviklingen af ​​bakterier tilbage til at kontrollere behandlingsmuligheder for 15 antibiotika, der bruges til at bekæmpe almindelige infektioner. Crona bemærkede, at rangordrer var overraskende robuste. Tallene kom lidt anderledes ud i hvert forsøg, men de farligste mutanter var altid farlige, og ufarlig altid ufarlig.

Kan rangordre hjælpe læger? Det mener Crona. Inden for medicin i fremtiden, læger kan muligvis drage fordel af komplekse geninteraktioner, når de udvikler behandlingsplaner. Rangordning kan hjælpe med at afbryde hændelseskæden i udviklingen af ​​et farligt patogen. Forebygger mindre, mellemliggende mutanter kan stoppe en patogen udvikling, Sagde Crona.