Ученые из Йельского университета* разработали компьютерный инструмент, который способен с невероятной точностью проследить, как именно гены «включаются» и «выключаются» в процессе развития мозга.
Это открытие, о котором сообщается в журнале Nature Communications, может в корне изменить подход к генной терапии, позволяя врачам выбирать идеальное время для лечения.
Новый инструмент получил название chronODE. Оно не случайно и сочетает две составляющие
- «Хронос» (древнегреческий бог времени);
- ОДУ (обыкновенные дифференциальные уравнения).
ChronODE использует математические методы в сочетании с машинным обучением, чтобы заранее увидеть сценарий того, как меняется активность генов и структура хроматина (сложного материала, состоящего из ДНК и белков, который упаковывает нашу генетическую информацию внутри клетки) в развивающихся тканях.
Понимание точного момента активации генов критически важно, поскольку это влияет на ключевые этапы развития организма или протекания болезней. Как объясняет Мор Франк, один из соавторов исследования, ученые, по сути, создали «уравнение, которое может определить точный момент активации гена, что, в свою очередь, может влиять на важные этапы, такие как переход от одной стадии развития заболевания к другой». Для медицинских работников это означает возможность определить «критические точки» для терапевтического вмешательства.
Во время своей работы исследователи хотели понять не просто, какие гены активны, а как их активность изменяется с течением времени. Предыдущие методы давали лишь моментальные данные генной активности, тогда как chronODE позволяет увидеть весь будущий сценарий развития.
Используя этот подход на развивающемся мозге мышей, ученые обнаружили, что большинство генов активируются простым и постепенным образом. Более того, они смогли разделить гены на три основные категории в зависимости от их поведения:
- ускорители — активируются быстрее на поздних стадиях развития;
- переключатели — сначала быстро активируются, а затем замедляются;
- замедлители — просто замедляются в своей активации.
Затем исследователи разработали модель искусственного интеллекта, способную предсказывать активность генов на основе изменений в окружающем их хроматине. Эта ИИ-модель показала очень высокую точность, особенно для генов со сложной регуляцией, и стала основой для создания самого chronODE.
Соавтор исследования Беатрис Борсари подчеркивает практическую значимость: «В ситуации, когда вы лечите генетическое заболевание, вам нужно “отключить” ген до того, как он полностью разовьется, иначе будет слишком поздно». Ее коллега Марк Герштейн добавляет: «Наша модель точно укажет вам точку переключения — или точку невозврата, после которой препарат не будет оказывать такого же воздействия на экспрессию гена».
Потенциал применения chronODE в фармакокинетике огромен. Это новый мощный инструмент для фундаментальных генетических исследований, моделирования болезней и, в перспективе, для разработки более эффективных и точно нацеленных методов генной терапии.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые создали более точный способ оценки биологического возраста человека, и для этого не требуется полный анализ генома.
*Йельский университет признан в России нежелательной организацией
