KI entdeckt Geruchsgene, die mit Krebsausgängen verknüpft sind

Ein Team von Forschern der Universität Oxford hat kürzlich KI verwendet, um einen potenziellen Zusammenhang zwischen Darmkrebs und der Expression spezifischer Geruchswahrnehmungsgene zu entdecken. Wie Phys.org berichtet, haben Forscher der Universität Oxford und der Universität Zürich, unterstützt von einem KI-Modell, kürzlich entdeckt, dass die Expression spezifischer Geruchswahrnehmungsgene in Darmkrebszellen auf eine höhere Wahrscheinlichkeit schlechterer Ausgänge hinweist.

Gene werden exprimiert, wenn die in unserer DNA enthaltenen Informationen verwendet werden, um Moleküle wie Proteine herzustellen. Die Genexpression kontrolliert oft, wie viele Proteine hergestellt werden und wann sie hergestellt werden, indem sie als Ein-/Ausschalter fungieren. Menschen haben etwa 400 Gene, die für unser Geruchsempfinden verantwortlich sind, aber für die Studie sind die Gene auch in anderen Körperregionen außer der Nase exprimiert. Wenn diese Geruchsgene exprimiert werden, bedeutet dies, dass die Anweisungen für diese Gene gelesen und ausgeführt werden. Durch Veränderungen an den Zellen können Wissenschaftler die Expression der Gene manipulieren.

Die Studie, die kürzlich im Journal Molecular Systems Biology veröffentlicht wurde, wurde von Dr. Heba Sailem des Instituts für Biomedizinische Ingenieurwissenschaften und der Universität Oxford geleitet. Sailem und ihre Kollegen untersuchten, wie Zellen im Körper organisiert sind, um zu erforschen, wie Krebs zu einer Veränderung der Gewebestruktur im Körper führt. Um wirksame Therapien zu entwickeln, müssen Wissenschaftler verstehen, welche Gene eine Rolle bei der Veränderung von Gewebe spielen. Das Forschungsteam verwendete Computer-Vision-Algorithmen, um Veränderungen in der Organisation von Zellproben zu erkennen. Das KI-Modell wurde mit Bilddaten gefüttert, die von robotischer Mikroskopie gesammelt wurden und Millionen von Bildern von Darmkrebszellen enthielten.

Das Forschungsteam führte dann ein Experiment durch, bei dem die Expression jedes Gens in den einzelnen Darmkrebszellen reduziert wurde. Nachdem die Veränderungen an den Genen und ihrer Expression vorgenommen worden waren, stellten die Forscher fest, dass die Geruchswahrnehmungsgene stark mit der Ausrichtung und Verbreitung der Zellen korreliert sind. Es schien, dass die Reduzierung der Expression von Geruchsgenen die Ausbreitung der Zellen durch Reduzierung ihrer Fähigkeit, sich zu bewegen, kontrollieren könnte. Andererseits könnte die Zellmotilität durch eine höhere Expression der betreffenden Geruchsgene erhöht werden.

Sailem erklärte, dass die Geruchsgene wie ein “sechster Sinn” für die Krebszellen sind, mit dem sie ihren Weg aus der tumorösen Umgebung, die giftig ist, finden und sich in andere Körperregionen des Patienten ausbreiten können. Sailem erklärte auch, wie wichtig KI bei dieser Entdeckung war. Das von den Forschern verwendete KI-Modell konnte die Geschwindigkeit, mit der die Forschung durchgeführt wurde, erheblich erhöhen. Das KI-Modell, das auf einer großen Datenbank von Genfunktionen und -erscheinungen trainiert wurde, kann die Aufgabe der Identifizierung bestimmter Zelltypen in Bildern automatisieren. Sailem erklärte:

“Mit dem entwickelten KI-System können wir jetzt viel mehr aus diesen Experimenten lernen und die Identifizierung von Genen, die die Struktur von Gewebe in Krebs verändern, beschleunigen.

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), die Gentechnologie, ist die primäre Methode, mit der die Genexpression für die etwa 20.000 Gene in der Zelle reduziert wird, um zu untersuchen, wie die Genexpression Krebszellen beeinflusst. Wenn diese mit Fortschritten in der Gentechnologie kombiniert wird, könnte die Forschung von Sailem und ihren Kollegen neue Methoden zur Identifizierung der Rollen, die verschiedene Gene in verschiedenen Arten von Krebs spielen, ermöglichen, was wiederum neue Arten von Therapien ermöglichen könnte.