Ερευνητές από την EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) έχουν αναπτύξει μια νέα σειρά συστημάτων γενετικών εργαλείων για να προσδιορίσουν νέους συνδέσμους μεταξύ γονιδίων και φαινοτύπων. Η εργασία, σημάδι των προσπαθειών της EPFL για την εξέλιξη της ανοιχτής επιστήμης, φέρνει τη βιολογία στο cloud και θέτει τη βάση για την ανάπτυξη της ακριβούς ιατρικής. Η μελέτη δημοσιεύεται στο Cell Systems.
Οι περισσότερο σύνθετες νόσοι, όπως η παχυσαρκία και ο διαβήτης, επηρεάζονται ευρέως από γενετικούς παράγοντες. Όμως την ίδια στιγμή, διαμορφώνονται επίσης από περιβαλλοντικές διεγέρσεις, όπως η διατροφή και η φυσική δραστηριότητα. Η αλληλεπίδραση αυτή μεταξύ περιβαλλοντικού και γενετικού παράγοντα κάνει κάθε άνθρωπο μοναδικό και (υπο)στηρίζει την ανάγκη για προσωποποιημένη ιατρική. Αυτή η κατά παραγγελία διαμορφωμένη ιατρική προσέγγιση εδράζεται στην λογική ότι η πρόγνωση, η διάγνωση και η θεραπεία μιας νόσου διαφέρει μεταξύ των ατόμων και εξαρτάται από τις προσωπικές τους γενετικές παραλλαγές που εντάσσονται στα ιδιαίτερα περιβάλλοντα. Όμως το να κάνουμε την προσωποποιημένη ιατρική πραγματικότητα, χρειαζόμαστε πρώτα μια βαθύτερη κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ γενετικής, περιβάλλοντος και νόσου.
Για να το κάνουν αυτό, χιλιάδες ερευνητικές ομάδες εργάστηκαν σε πληθυσμούς ποντικών, αποκαλούμενους BXD. Ο πληθυσμός αυτών των ποντικών χρησιμοποιείται ως μοντέλο για να μελετηθεί η γενετική βάση των φαινοτυπικών χαρακτηριστικών και των νόσων. Κατά τη διάρκεια πολλών δεκαετιών, χιλιάδες σύνολα φαινοτυπικών δεδομένων από ποντικούς BXD έχουν συλλεχθεί σε βάσεις δεδομένων, που εκτείνονται από το χρώμα του τριχώματος μέχρι τη διάρκεια ζωής.
Πέρα από αυτό, οι ερευνητές έχουν επίσης συλλέξει πολύ μεγάλους αριθμούς μοριακών συνόλων δεδομένων που συνδέονται με γονιδιακή έκφραση σε διάφορα όργανα των ποντικών BXD, όπως επίπεδα του mRNA, πρωτεΐνες και μεταβολίτες. Μέχρι τώρα, η BXD κοινότητα συγκέντρωσε περίπου 300 εκατομμύρια δεδομένων φαινοτυπικών σημείων από αυτά τα ζώα, δημιουργώντας μακράν το μεγαλύτερο συνεκτικό «φαίνωμα» (phenome) (ένα σύνολο όλων των φαινότυπων που εκφράζονται σε έναν οργανισμό) για κάθε πειραματική στατιστική ομάδα ζώων. Εν συντομία, το φαίνωμα BXD είναι μια τέλεια πηγή για τη μοντελοποίηση ανθρώπινων πληθυσμών για γενετικές μελέτες.
«Αυτά τα πλούσια και μεγάλα δεδομένα του φαινώματος παραμένουν, ωστόσο, σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητα, καθώς είναι δύσκολο να διεισδύσουμε και τα εργαλεία για να τα αναλύσουμε απαιτούν προηγμένες ικανότητες» αναφέρει ο Johan Auwerx, το εργαστήριο του οποίου στην EPFL ηγείται της μελέτης, μαζί με συναδέλφους τους από τη Γερμανία, την Ολλανδία και τις ΗΠΑ, καθώς και την καθηγήτρια Kristina Schoonjans και τον καθηγητή Stephan Morgenthaler της EPFL.
Οι επιστήμονες αντιμετώπισαν το πρόβλημα οργανώνοντας όλη αυτή τη γνώση σε μια βασισμένη στο cloud αποθήκη δεδομένων που συμπεριλαμβάνει όλα τα 300 εκατομμύρια στοιχεία που συλλέχθηκαν στον πληθυσμό των ποντικών BXD. Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια εύκολη στη χρήση εργαλειοθήκη, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συμπεριλάβει τις διάφορες περιοχές (των «omics» [genomics, proteomics κλπ.]) των βιολογικών δεδομένων από τον πληθυσμό των ποντικών BXD.
Η εργαλειοθήκη είναι ήδη online στη διεύθυνση systems-genetics.org και αναμένεται να διευκολύνει σημαντικά την ανακάλυψη συνδέσμων γονιδίου-φαινότυπου και γονιδίου-γονιδίου. Οι επιστήμονες έχουν ήδη χρησιμοποιήσει την πηγή για να εντοπίσουν εκατοντάδες χιλιάδων συσχετίσεις γονιδίων-φαινοτύπων, πολλές από τις οποίες είναι τελείως νέες. «Ένα χτυπητό παράδειγμα είναι ο σύνδεσμος μεταξύ ριβοσωμικής πρωτεΐνης Rpl26 και του βάρους του σώματος», σημειώνει μέλος της συγγραφικής ομάδας της μελέτης. «Οι ποντικοί κληρονομώντας αυτό το γονίδιο από τον ένα γονέα είναι κατά μέσο όρο 10 g βαρύτεροι από ότι τα ξαδέλφια τους».
Η εργαλειοθήκη μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιοδήποτε πληθυσμό με διαθέσιμα πολυστρωματικά δεδομένα της διακριτής φύσης (αναφέρεται ως «multi-omics data»). Αυτό επιτρέπει την επαναχρήση των υπαρχόντων δεδομένων για να γίνουν νέες ανακαλύψεις. «Τα ευρήματα στους πληθυσμούς είναι γενικώς ρωμαλέα και μεταφράζονται καλά μεταξύ ομάδων και ειδών – κάνοντας τα δεδομένα άμεσα σχετικά με την βιολογία του ανθρώπου».
«Έχουμε αποθηκεύσει όλα τα δεδομένα και την εργαλειοθήκη σε δημόσια πλατφόρμα, η οποία θα βοηθήσει τους ερευνητές να προσδιορίσουν και να επιβεβαιώσουν τις λειτουργίες των γονιδίων που ενδιαφέρουν», αναφέρει ο Auwerx τοποθετώντας το έργο στο πλαίσιο των συνεχιζόμενων προσπαθειών της EPFL στην προώθηση της ανοιχτής επιστήμης. «Η πηγή αυτή στην πραγματικότητα είναι μια από τις πρώτες προσπάθειες να εισαχθεί η βιολογία στο cloud και βάζει τον ακρογωνιαίο λίθο μιας νέας εποχής της βιολογίας. Οι ιατροί σύντομα θα μπορούν να χρησιμοποιήσουν παρόμοιας φύσης πηγές για να προσωποποιήσουν τις θεραπείες για τους ασθενείς τους».
