Įsivaizduokite, kad gydytojas paskambina jums aptarti genetinio tyrimų rezultatus. Jie sako, kad jūsų rezultatai rodo, kad jums labai tikėtina, kad išsivystysite Alzheimerio liga. Nesijaudinkite, nes jie jį pagavo anksti, galite iškart pradėti suasmenintą gydymo kursą, pritaikytą jūsų unikaliam genetiniam makiažui.
Kaip keista, kaip atrodo, mokslininkai mano, kad ši ateitis gali būti pasiekiama. Epistazės tyrimas – genų sąveika, daranti įtaką mūsų fiziniams bruožams, yra raktas į naujų medicinos galimybių atrakinimo raktą.
Epistazės studijos galėtų paaiškinti, kodėl kai kurios sudėtingos ligos dažnai daro įtaką žmonėms atsitiktinai ir nenuspėjamais būdais. Tai taip pat gali sukelti veiksmingesnį įprastų sudėtingų ligų gydymą.
Mūsų Australijos e-sveikatos tyrimų centro (AEHRC) tyrėjai tobulina mūsų supratimą apie epistazę ir jo vaidmenį sudėtingose ligose.
Todėl epistazė tapo karšta genetikų tema.
Geno išraiška 101
Norėdami suprasti epistazę, tai padeda žinoti, kaip veikia genai.
Genai yra visų gyvų dalykų brėžiniai. Jie yra sudaryti iš DNR, perduodami iš tėvų vaikui. Šioje DNR yra instrukcijos, kaip organizmas turėtų augti ir veikti.
Žmonės turi apie 20 000 genų, atsakingų už mūsų fizinių ir biologinių bruožų sprendimą.
Kiekvienas genas turi konkrečios funkcijos ar bruožo, pavyzdžiui, akių spalvos ar kraujo tipo, kodą. Nors genai lemia šių bruožų galimybes, būtent aleliai lemia specifinę tų bruožų išraišką.
Nors terminai genas ir alelis dažnai vartojami pakaitomis, yra skirtumas. Aleliai yra to paties geno subvariantai. Kiekvienas asmuo paprastai gauna du alelius už kiekvieną geną – vieną iš savo motinos alelio ir vieną iš savo tėvo.
Šie aleliai veikia kartu, kad nustatytų susidarantį fizinį bruožą. Pvz., Galite paveldėti alelį rudoms akims iš savo motinos, o vieną – mėlynoms akims iš tėvo. Šie aleliai sąveikauja tarpusavyje, kad paveiktų kokias spalvotas akis turėsite – šiuo atveju rudos, nes rudos akys yra dominuojantis bruožas.
Tokios dominuojančių, nedominuojančių ir recesyvių alelių (žinomų kaip ne epistatinės genų sąveikos) sąveikos yra gerai ištirtos ir suprantamos.
Kita vertus, epistatinė sąveika yra mažiau suprantama.
Epistazė: slaptas genų gyvenimas
Epistatinėje sąveikoje vieno ar kelių genų poveikis yra slopinamas arba modifikuotas.
Šie genų išreiškimo pokyčiai gali paveikti organizmo fizinius bruožus.
Pvz., Visi labradoro retriveriai paveldi genus, kurie jiems suteikia rudą arba juodą sluoksnį, tačiau dažna epistatinė sąveika, neleidžianti jų kailio spalvų genams ekspresuoti, suteikia kai kuriuos labradoro retriverius auksinius sluoksnius.
Tačiau ne visa epistatinė sąveika pasirodo tokia žavinga.
Epistatinė sąveika taip pat buvo susijusi su žmonių ligomis, tokiomis kaip Alzheimerio liga ir širdies ir kraujagyslių ligos, diabetas ir vėžys.
Tyrėjai mano, kad tyrinėję daugiau epistatinės sąveikos padės jiems galutinai paaiškinti, kodėl kai kuriems žmonėms išsivysto ligos, o kiti, kurie yra genetiškai panašūs, to nedaro.
Ši paslaptis, žinoma kaip trūkstama paveldimumo problema, dešimtmečius kankino genetikus.
Dingusio paveldimumo paslaptis
Trūkstama paveldimumo problema apibūdina faktą, kad mokslininkai vis dar tiksliai nežino, kaip genai prisideda prie bruožų ir ligų.
Taip pat vis dar neaišku, kodėl kai kuriems žmonėms serga tokios ligos kaip Alzheimeris, o kiti, turintys panašius genus, to nedaro.
Norėdami pabandyti atsakyti į šį klausimą, mokslininkai atliko ir dvynių, ir genomo asociacijos tyrimus (GWAS).
GWAS apima didelės žmonių grupės genomo (viso DNR rinkinio) analizę, ieškančią konkrečių genų (vadinamų kandidatų genų). Paprastai tai yra genai, įtariami paveikdami ligą.
Šiais tyrimais siekiama rasti ryšį tarp žmonių, turinčių kandidatų genų ir žmonių, sergančių liga.
Tačiau laikui bėgant mokslininkai nustatė, kad genų kandidatų buvimas nėra patikimas požymis, kad kažkas susirgs liga.
Panašiai dvynių tyrimuose, analizuojančiuose artimai susijusių asmenų (pvz., Dvynių) DNR, mokslininkai negalėjo paaiškinti, kodėl vienas gali išsivystyti ligą, o kitas – ne.
Visa tai aiškiai rodo, kad mūsų polinkį į ligą lemia daugelio skirtingų genų ir jų sąveikos derinys.
Nuo tyrimų iki revoliucijos
„Epistazės tyrimai“ gali atrakinti neįtikėtinus medicinos proveržius.
Epistatinės sąveikos studijos galėtų padėti tyrėjams rasti patikimus genetinius žymenis, susijusius su įprastomis ligomis.
Šios žinios leistų sveikatos priežiūros specialistams suteikti pacientams tikslią priežiūrą (labai individualizuotą gydymą), pritaikytą jų unikaliems genetiniams duomenims.
Klinikams taip pat būtų lengviau anksti nustatyti pacientų polinkį į genetines ligas, galbūt dar prieš atsirandant simptomams. Tai padėtų žmonėms, kuriems diagnozuotas genetinės ligos, ankstyvas gydymas, intervencija ir parama.
Tačiau tyrėjai dar turi nueiti ilgą kelią.
Rasti naują epistatinę sąveiką yra nepaprastai sudėtinga dėl daugybės genų derinių skaičiaus ir statistinių galimybių, kurias turi atsižvelgti tyrėjai. Galų gale, žmonės turi 20 000 genų ir begalinius galimus epistatinės sąveikos derinius.
Tyrėjai seniai manė, kad neįmanoma atrasti epistatinės sąveikos, atsakingos už įprastas ligas. Tačiau tokios technologijos kaip dirbtinio intelekto (AI) ir mašinų mokymosi (ML) pažanga atnaujino savo viltis.
Aptikti epistazę su pažangiausiomis technologijomis
Mūsų „Genome Insights“ komanda naudoja naujausias technologijas, kad padidintų epistazės aptikimą ir priartintų mus prie trūkstamumo paveldimumo supratimo.
2021 m. Komanda panaudojo ML, norėdama sukurti novatorišką programinės įrangos įrankį, pavadintą „BITPI“, galinčią apdoroti didelius genomo duomenų kiekius, kad suskirstytų epistatinę sąveiką tarp iki keturių genų.
Iki šiol debesų pagrindu sukurta genomo analizės platforma „Bitepi“ ir „VariantSpark“ padėjo komandai nustatyti du naujus genetinius variantus, susijusius su Alzheimerio liga. Jie taip pat atskleidė 95 naują genų sąveiką, kuri galėtų turėti įtakos variantų poveikiui Alzheimerio liga.
Komanda suvienijo pasaulines epistazės ekspertus, kad įvertintų veiksmingiausius epistazės nustatymo metodus, kartu puoselėdama nemokamą žinių ir bendradarbiavimo mainus.
Nors epistazės tyrimai vis dar susiduria su daugybe iššūkių, mūsų tyrėjai pasiryžę rasti novatoriškų sprendimų. Atsiradus naujoms technologijoms, epistazės pažadas revoliucionizuoti ligos prognozę, prevenciją ir gydymą tik padidės.