İnsan Biyolojisinin Büyük Datasını Düzene Sokuyorlar

 Araştırmacılar insan biyolojisinin büyük datasını düzene sokuyorlardata

Şekilde gösterilen fonksiyonel genetik ağ, çeşitli insan dokusu ve hücre türlerinden biri için tanımlanan benzer 144 ağdan bir tanesi.

Simons Data Analiz Merkezi(SCDA), büyük üniversiteler ve tıp fakültelerinden araştırmacılar tarafından yürütülen çok yıllık bir çalışma ile 144 farklı insan dokusu ve hücre çeşiti içerisinde, genlerin bu dokuların fonksiyonlarını dışarı taşımada nasıl birlikte çalıştıkları saptanarak önemli bir ilk gerçekleştirildi.

Makale 27 Nisan’da  Nature Genetics tarafından online olarak yayınlandı. Ayrıca bilgisayar bilimlerinin ve istatistiksel metotların nasıl, çok geniş ve şaşırtıcı derecede çeşitli genomik ‘büyük veri’ yığınlarının kümelemek için bir araya getirileceğini ve analiz edileceğini gösteriyor.

SCDA’da genom bilimi direktörü Olga troyanskaya liderliğindeki takım, genom çapındaki yaklaşık 38,000 deneyden (tahmini 14,000 neşriyattan) data topladı ve birleştirdi. Bu veri kümeleri ister istemez sadece hücrelerin RNA/protein işlevleri hakkında bilgi içerimiyor, ayrıca bireylerin çeşitli hastalıkların teşhisiyle saptanan bilgilerini de içeriyor.

Bütüncül hesaba dayalı analizler kullanarak, araştırmacılar değişik doku tipleri için önce bu veri kümelerinde barınan fonksiyonel genetik bağlantıları izole ettiler. Sonra, dokuya özgü fonksiyonel sinyalleri, alakalı hastalıkların genom çapında DNA-tabanlı birlik çalışmalarıyla(GWAS) birleştirerek, araştırmacılar genler ve hastalıklar arasındaki diğer türlü saptanması mümkün olmayan istatistiksel ilişkileri saptayabildiler.

‘Ağ rehberliğinde birlik çalışması’ ya da ‘NetWAS’ olarak adlandırdıkları sonuç teknik, böylelikle GWAS’ın gücünü artırmak ve karmaşık insan hastalıklarının altında yatan genleri saptamak için sayısal genetiği, işlevsel genom bilimiyle entegre etti. Ve teknik tamamen veriye dayalı olduğundan, NetWAS eşi benzeri olmayan ilişkilerin keşfine izin vererek iyi çalışılmış genlere ve yollarına karşı önyargılı hareket etmeyi engelledi.

SCDA yöneticisi leslie Greengard, “Olga ve katılımcıları, derin biyolojik anlayışı,  gelişmiş hesapsal metotlarla birleştirerek ve onları geniş ölçekli, gürültülü, ayrışık veri kümelerine uygulayarak olağanüstü sonuçların elde edilebileceğini ispat ettiler” dedi.

Eforlarının sonucunda, böbrek, karaciğer ve beynin tamamı gibi farklı organlar için 144 fonksiyonel gen etkileşim ağı oldu. Makale hipertansiyon, diyabet ve obezite gibi hastalıklar için fonksiyonel gen bozukluklarını açıklayarak devam ediyor.

Önemli biçimde, bu çeşit fonksiyonel etkileşim ağları, hayvan modellerinde halihazırda kurulmuş durumdadır. İnsan dokusunda henüz tamamlanmadı ve ‘büyük veri’ olmadan da tamamlanamaz. Hastalık için önemli olan birçok insan hücre tipi, geleneksel doğrudan deneyler yaparak çalışılamaz, böylece bu çeşit veri kümeleriyle yerine çalışma yapabilme, kritik bir geçici çözüm oldu.

Ayrıca bilgisayar bilimleri departmanında ve Princeton Üniversitesi Lewis-Sigler  Bütünleyici Genom Bilimi Enstitüsü’nde profesör olan Troyanskaya “İnsan biyolojisindeki kilit zorluklardan biri, insan dokularındaki genetik devrelerdir ve hücre çeşitleri deneysel olarak çalışmak için çok zordur” diyor. “Örneğin, böbreklerdeki filtreleme fonksiyonunu yerine getiren podosit hücreleri, hem laboratuvarda çalışılmak üzere izole edilemez, hem de genlerin fonksiyonları genom ölçekli deneylerle tanımlanamaz. Ama kronik böbrek hastalığını anlamak ve tedavi etmek istiyorsak proteinlerin bu hücrelerde nasıl etkileşimde bulunduğunu anlamamız gerekiyor. Bizim yaklaşımımız, bu büyük veri yığınlarını, genetik devrelerin podosit hücrelerinde nasıl işlev gösterdiğine dair bir harita oluşturmak için araştırdı, ve diğer birçok hastalık bağlantılı doku ve hücre türlerini de.”

Bu bulgular normal gen fonksiyonunu anlamamızda ve ayrıca ilaç kullanımı ve geliştirilmesinde önemli çıkarımlara sahip. Nedensel ya da hedef genler tedavi için daha iyi tanımlanabilir, ve önceden beklenmedik etkileşimler ve engellemeler öngörülebilir.

Troyanskaya “Biyomedikal araştırmacılar bu ağları ve yollarını, belirli hastalık-bağlantılı dokularda ilaç aksiyonu ve yan etkilerini anlamak için deşifre etmede kullanabilirler” diyor. “Bu ağlar ayrıca çeşitli terapilerin nasıl çalıştığını anlamada ve yeni terapiler geliştirmede kullanışlı olabilir.”

Araştırmacılar ayrıca online bir kaynak oluşturdular böylece diğer bilim insanları NetWAS’ı kullanabilir ve dokuya özgü ağlara erişebilirler. Ekip interaktif bir sunucu oluşturdu, Dokularda Genom Ölçekli Entegre Network Analizi ya da GIANT. GIANT kullanıcılara ağları keşfetme, genetik devrelerin dokular arasında nasıl çeşitli olduğunu karşılaştırma, ve hastalıklara neden olan genleri bulmak için genetik çalışmaların datalarını analiz etme olanağı tanıyor.

SCDA’dan bir data bilim insanı ve Princeton bilgisayar bilimleri departmanından mezun, GIANT’ın oluşturulmasında liderlik eden Aaron K. Wong. “Amacımız, biyomedikal araştırmacılar tarafından erişilebilir bir kaynak geliştirmekti” diyor. “Örneğin, GIANT ile Parkinson hastalığını çalışan araştırmacılar substantia nigra ağını araştırabilirler.” Wong makalenin üç ortak başyazarından bir tanesi.

Makalenin diğer iki ortak baş yazarları Lewis-Sigler Enstitüsü’nden doktora sonrası arkadaş Arjun Krishnan; ve Troyanskaya grubu ile 2009-2012 arasında doktora sonrası arkdaş Dartmouth Üniversitesi’nde genetik profesörü Casey S. Greene. Bu çalışmadaki diğer kilit katılımcılar Pennsylvania  Üniversitesi, Perelman Tıp Okulu Farmakoloji Departmanı ve Translational Medicine Enstitüsü ve Terapi Bilimi’nden Emanuela Ricciotti, Garret A. FitzGerald ve Tilo Grosser; Brigham ve Women’s Hastanesi’nden ve Boston Harward Tıp Fakültesi’nden Daniel I. Chasman; ve Princeton Üniversitesi Lewis-Sigler Enstitüsü’nden Kara Dolinski.

Greengard, “Bu biyomedikal araştırmada heyecan verici bir zaman, ve inanıyorum ki biyolojik ağlar ve kontrolü hakkında düşünmek için yeni yöntemler geliştirmenin hala ilk aşamalardayız” diyor.

Çeviren : Gültekin METİN
http://medicalxpress.com/news/2015-04-big-human-biology.html

Check Also

Geri Dönüşü Olmayan İnsan Ruhunun Ölümsüz Yolculuğu