В работе, опубликованной в текущем выпуске журнала Cell, участвуют сотрудники, состоящие из вычислительных и эволюционных биологов, а также ведущих экспертов по малярии из Бейлора, Медицинского центра Колумбийского университета, Принстонского университета, Государственного университета Пенсильвании и Национального института аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID).«Сегодня быстро падающие затраты означают, что проекты высокопроизводительного секвенирования раскрывают полные последовательности генов все большего числа видов, но биологические функции большинства этих генов остаются неизвестными», — сказал доктор Оливье Лихтарж, профессор молекулярной генетики и генетики человека и директор.
Центра вычислительных и интегративных биомедицинских исследований в Бейлоре и старшего автора отчета. «Чтобы решить эту проблему, наша лаборатория разработала новые методы прогнозирования функций генов и белков».Доктор Андреас Мартин Лисевски, инструктор лаборатории Лихтарджа в Бейлоре, был ведущим автором отчета.
Исследователи придумали вычислительный метод, который позволяет биологической информации буквально перетекать от гена к гену через огромную сеть во многих геномах, известную как «супергеномная» сеть.«Сеть соединяет миллионы генов сотен видов на основе их взаимодействия в организме или на основании их родственных связей между разными видами», — сказал Лисевски. «Обычно вычисление потока функциональной информации было бы дорогостоящим и медленным, но мы разработали метод сжатия, который сокращает эту гигантскую сеть до гораздо меньшей и теперь вычислительно управляемой.
Удивительно, что эти биологические сети сжимаются во многом как цифровые данные в сегодняшних компьютерах ".Чтобы проверить свой метод, исследователи изучили функциональные прогнозы простейшего паразита, который, как известно, вызывает наиболее тяжелую форму малярии у людей — Plasmodium falciparum. Хотя прошло более 10 лет с тех пор, как геном этого паразита был полностью секвенирован, все еще слишком мало известно о функциях большинства его генов.
Ежегодно малярия поражает более 200 миллионов человек и является причиной почти 1 миллиона смертей во всем мире.
«Чтобы лучше понять это заболевание, нам необходимо определить больше функций генов паразита. Это понимание может в конечном итоге помочь нам остановить рост лекарственно-устойчивой малярии, такой как возникающая устойчивость к артемизининам», — сказал Лисевски.Артемизинины — это семейство препаратов, которые в настоящее время составляют основу лечения малярии, вызванной Plasmodium falciparum. Первоначально артемизинин был выделен в виде экстракта из традиционного китайского растительного лекарственного средства, и, хотя он по-прежнему очень эффективен против малярии у пациентов, механизм действия не ясен.
Утрата противомалярийной эффективности артемизинина из-за генетической устойчивости будет иметь разрушительные последствия для здоровья во всем мире.Исследователи отточили паразитный белок EXP1, который, как было известно, имеет важное значение для малярийных паразитов, но для которого не было никаких подробностей о его функции.
Используя сеть, они показали, что этот белок позволяет паразиту детоксифицировать основные побочные продукты метаболизма, которые он создает в красных кровяных тельцах. Они также продемонстрировали, что он играет непосредственную роль в действии лекарственного средства и в чувствительности к артесунату, важному члену семейства препаратов артемизинина."Благодаря этим многолетним совместным усилиям мы теперь лучше понимаем защитные молекулярные механизмы малярийного паразита и его лекарственную чувствительность к артесунату.
Поскольку мы наблюдаем рост устойчивости к артемизининам, эти результаты могут помочь найти новые пути к препараты-преемники ", — сказал Лихтардж.