בעבר, מחקרים על בקרת רשתות גנים בוצעו על בסיס תגובת גירוי יחידה של תאים. לאחרונה, הוצעו מחקרים לנתח במדויק רשתות גנים מורכבות כדי לזהות יעדי בקרה. צוות מחקר של KAIST הצליח לפתח טכנולוגיה אוניברסלית המזהה יעדים לבקרת גנים ברשתות גנים סלולריים משתנים ומחזיר אותם. הישג זה צפוי להיות מיושם באופן נרחב על טיפולים חדשים נגד סרטן כמו הפיכה בסרטן, פיתוח תרופות, רפואה מדויקת ותכנות מחדש לטיפול בתאים.
קייסט (הנשיא קוואנג היונג לי) הודיע ב- 28 באוגוסט כי צוות המחקר של פרופסור קוואנג-היון צ'ו, מהמחלקה להנדסת ביו ומוח פיתח טכנולוגיה כדי לזהות באופן שיטתי יעדים לבקרת גנים שיכולים להחזיר את דפוסי התגובה של גירוי של תאים לנורמלי באמצעות גישה אלגברית. הגישה האלגברית מבטאת רשתות גנים כמשוואות מתמטיות ומזהה יעדי בקרה באמצעות חישובים אלגבריים.
צוות המחקר ייצג את האינטראקציות המורכבות בין גנים בתוך תא כ"תרשים מעגלי לוגיקה "(רשת בוליאנית). בהתבסס על כך, הם דמיינו כיצד תא מגיב לגירויים חיצוניים כ"מפת נוף "(נוף פנוטיפ).
על ידי יישום שיטה מתמטית הנקראת "מוצר חצי טנטר", הם פיתחו דרך לחשב במהירות ובמדויק כיצד התגובה הסלולרית הכוללת הייתה משתנה אם היה מבוקר גן ספציפי.
עם זאת, מכיוון שגני המפתח שקובעים את התגובות הסלולריות בפועל מספר באלפים, החישובים מורכבים ביותר. כדי לטפל בכך, צוות המחקר יישם שיטת קירוב מספרית (קירוב טיילור) כדי לפשט את החישובים. במונחים פשוטים, הם הפכו בעיה מורכבת לנוסחה פשוטה יותר בעודם מניבים תוצאות כמעט זהות.
באמצעות זה הצוות הצליח לחשב איזה מצב יציב (מושך) תא יגיע ולחזות כיצד מצב התא ישתנה כאשר נשלט גן מסוים. כתוצאה מכך הם הצליחו לזהות יעדי בקרת גנים ליבה שיכולים להחזיר תגובות סלולריות לא תקינות למדינות הדומות ביותר לנורמלי.
הצוות של פרופסור צ'ו יישם את טכנולוגיית הבקרה המפותחת על רשתות גנים שונות ואימת כי היא יכולה לחזות במדויק את יעדי בקרת הגנים המשחזרים את דפוסי התגובה של גירוי גירוי בחזרה לשגרה.
בפרט, על ידי יישום זה על רשתות תאי סרטן שלפוחית השתן, הם זיהו יעדי בקרת גנים המסוגלים להחזיר את התגובות המשתנות לנורמלי. הם גם גילו יעדי בקרת גנים ברשתות גנים מעוותות בקנה מידה גדול במהלך בידול תאי חיסון המסוגלים לשחזר דפוסי תגובה גירויים תקינים. זה איפשר להם לפתור בעיות שדרשו בעבר רק חיפושים מקורבים באמצעות הדמיות מחשב ארוכות בצורה מהירה ושיטתית.
מחקר זה מוערך כטכנולוגיה מקורית ליבה לפיתוח מודל התאום של התא הדיגיטלי, המנתח ושולט בנוף הפנוטיפ של רשתות גנים שקובעות את גורל התא. בעתיד צפוי להיות ישים באופן נרחב על פני מדעי החיים והרפואה, כולל טיפולים חדשים נגד סרטן באמצעות הפיכה בסרטן, פיתוח תרופות, רפואה מדויקת ותכנות מחדש לטיפול בתאים. "
פרופסור קוואנג-היון צ'ו, קייסט
במחקר זה השתתפו סטודנט סטודנט לסטודנטים יונג יונג, סטודנט לתואר שלישי קורבין הופר, סטודנט לתואר שלישי סונג-הון ג'אנג וסטודנט דוקטורט היונסו יו. התוצאות פורסמו באופן מקוון ב- 22 באוגוסט ב- Science Advances, כתב עת בינלאומי שפורסם על ידי האיגוד האמריקני לקידום המדע (AAAS).
※ כותרת נייר: "שליטה הפוכה ברשתות ביולוגיות להשבת נופי פנוטיפ"
※ doi: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw3995
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית החוקרים באמצע הקריירה והתכנית המעבדתית הבסיסית של הקרן הלאומית לחקר הקוריאה, במימון משרד המדע והתקשוב.
