Superszybkie komputery analizują RNA komórek nowotworowych
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.”
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.
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.
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.
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”
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.
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.
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.
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.
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.
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