Naukowcy zajmujący się badaniami nad nowotworami, użyli jednego z najszybszych komputerów na świecie, aby zidentyfikować wersje genów, które są specyficzne tylko dla nowotworów. Każda forma raka, czy guza ma swoje własne, odrębne warianty genetyczne. 


   „Taki przegląd może pomóc w dostosowaniu leczenia do każdego pacjenta” – powiedział profesor Rolf Skotheim, współpracujący z Centre for Cancer Biomedicine and the Research Group for Biomedical Informatics na Uniwersytecie Oslo w Norwegii.  Jego grupa naukowców pracuje nad identyfikacją genów, które powodują raka jąder i prostaty – które są wspólne dla obu tych nowotworów. Każdego roku w Norwegii odnotowuje się 4000 przypadków raka jąder. Zaledwie 6 na 10 pacjentów przeżywa pierwsze 5 lat. Rak prostaty dotyka 5000 Norwegów co roku, z czego 9 na 10 pacjentów przeżywa pierwsze 5 lat. 

Porównanie zdrowych i chorych komórek.

     W celu zidentyfikowania genów prowadzących do rozwoju nowotworu, naukowcy porównali materiał genetyczny raka i materiał genetyczny pobrany z zdrowych komórek. Nasz materiał genetyczny składa się z ponad 20 000 genów. Każdy z tych genów zawiera tysiące par zasad (z adeniny, tyminy, cytozyny,  guaniny), które tworzą unikalną sekwencję. Całe nasze DNA składa się z blisko 6 bilionów par zasad. 

     Łańcuch DNA zawiera molekularną instrukcję, dla różnych aktywności zachodzących w komórce. Innymi słowy – DNA zawiera przepis dla białek, które pełnią różne zadania w komórkach. Jednak samo DNA nie produkuje białek. Najpierw potrzebna jest kopia DNA w postaci RNA, na podstawie której odczytywana jest instrukcja potrzebna do produkcji białka.
     RNA jest tylko małą cząsteczka DNA, złożoną z aktywnych elementów. Większość DNA jest nieaktywne. Zaledwie 1-2% naszego DNA jest aktywne. 

    W komórkach nowotworowych coś jest „nie tak” z transkrypcją RNA. Występuje tam także za dużo RNA, co oznacza że zbyt wiele jest tworzonych białek w komórce, lub kompozycja par zasad w RNA jest nieprawidłowa. Właśnie to jest obszarem badań naukowców z Oslo.


Nieprawidłowa kombinacja.

   Wszystkie geny możemy podzielić na aktywne i nieaktywne części. Pojedynczy gen składa się z ciągu aktywnych odcinków - eksonów. RNA jest kopią specyficznej kombinacji eksonów tworzących gen w DNA. Istnieje wiele możliwych kombinacji – i właśnie poszukiwanie wszystkich możliwych kombinacji jest przedmiotem najnowszych badan nad nowotworami. 

    W różnych komórkach nukleotydy mogą łączyć się w pojedynczym genie w różny sposób. Komórki nowotworowe mogą tworzyć kombinacje, które nie mogą występować w zdrowych komórkach. Jeśli wszystko nie skomplikuje się wystarczająco – czasem RNA może być tworzone z odcinków nukleotydów pochodzących z różnych genów. Takie kompleksy genów nazywamy genami fuzyjnymi. Naukowcy muszą więc poszukiwać różnic, jakie występują wewnątrz genów, jak i pomiędzy genami. 

„Geny fuzyjne występują przede wszystkim w komórkach nowotworowych, jednak czasem możemy je odnaleźć także w zdrowych komórkach.”

   U pacjentów z rakiem prostaty zidentyfikowano kilka fuzyjnych genów, które występują tylko u chorych. Takie geny mogą zostać wykorzystane jako ważny punkt w diagnostyce i walki z nowotworami. Odkryto także geny fuzyjne u pacjentów z nowotworami jąder, jednak w tym wypadku nie były one nowotworowo specyficzne. 

Usprawnione leczenie?

    Różne błędy w DNA występują w różnych typach nowotworów. Dlatego naukowcy muszą przeanalizować RNA w każdym nowotworze. Obecnie naukowcy porównują RNA z chorych i zdrowych tkanek u 550 pacjentów z rakiem prostaty. Co prawda pacjenci, na których prowadzono badania nie otrzymali bezpośrednich korzyści płynących z wyników badań, jednak dane te mogą pomóc pacjentom w przyszłości. 

    Naukowcy chcą znaleźć typowe defekty powiązane z rakiem prostaty. Może to pomóc w zrozumieniu mechanizmów, jakie prowadzą do rozwoju nowotworów. Odkryto już specyficzne nowotworowo molekuły, które mogą być używane jako biomarkery. W niektórych przypadkach biomarkery te mogą być użyteczne w diagnozowaniu nowotworów, określaniu stopnia zaawansowania choroby, ryzyka przerzutów, czy potrzeby zastosowania bardziej agresywnej terapii. 

„.. Jeśli zidentyfikujemy fuzyjne geny w komórkach nowotworowych, odkrycie to może być istotne, jeśli naukowcy z całego świata będą gotowi natychmiast podjąć dalszą pracę nad nimi. Jeśli uda się zapobiec powstawaniu fuzyjnym genom, odkrycie to może mieć ogromne znaczenie w terapii nowotworowej”

   Żmudna praca.

   Odtworzenie RNA to bardzo żmudna praca. Zbiór molekuł RNA zawiera około 100 milionów zasad – po kilka tysięcy zasad w jednym genie. Maszyny w laboratoryjne czytają miliony małych nukleotydów. Każdy z nich jest długi na zaledwie 100 par zasad. Aby ustawić je w odpowiedniej lokalizacji – naukowcy muszą przeanalizować ogromne analizy statystyczne. Analiza RNA dla jednego pacjenta może zająć kilka dni. 

   Wszystkie nukleotydy muszą zostać przyporządkowane do łańcucha DNA. Niestety naukowcy nie posiadają DNA od każdego pacjenta. W celu odnalezienia miejsc, gdzie pary zasad występowały w DNA, należy użyć jako źródła genomu ludzkiego gatunku. Odniesienie to nie jest idealne, ponieważ występują różnice osobnicze. 

Superkomputer - Super-obliczenia.

     Nie ma takiej możliwości, aby naukowcy przeprowadzili tego typu badania przy użyciu kartki papieru i długopisu. Potrzeba naprawdę dobrych komputerów, które pomieszczą i przetworzą ogromną ilość surowych danych. Nawet przy spędzeniu całego życia na tym zadaniu, można nie być zdolnym do odnalezienia miejsca jakiegoś pojedynczego nukleotydu. Miliony nukleotydów muszą być zmapowane dokładnie w systemie współrzędnych materiału genetycznego.  Praca ta wymaga zaawansowanych statystycznych analiz oraz super-obliczeń.

    Naukowcy musieli użyć Uniwersyteckiego superkomputera – jednego z najszybszych na świecie. Jest on mniej więcej 10000 razy szybszy od przeciętnego komputera. Wraz z zdolnością do rozpoczęcia analiz na tak ogromnej liczbie danych, naukowcy z Oslo zyskali ogromną przewagę nad innymi naukowcami badającymi nowotwory. Próbki z RNA pobierane są od pacjentów tylko raz. Analizy są ograniczone tylko przez imigracje. 

      Teraz przed naukowcami trudne zadanie. Mają do zinterpretowania ogromną ilość danych, a można to zrobić na wiele sposobów. To dopiero początki badań. Gdy badania naukowe przynoszą możliwą odpowiedź, trzeba określić czy ta odpowiedź jest szansą, czy prawdziwym wynikiem. Rozwiązaniem jest dowiedzieć się, czy te same odpowiedzi uzyskali badacze z niezależnych badań, z innych części świata.

źródło: http://www.sciencedaily.com/releases/2015/02/150202080734.htm