KI entdeckt Geruchsgene, die mit Krebsergebnissen in Zusammenhang stehen

Ein Forscherteam der Universität Oxford hat kürzlich mithilfe von KI einen möglichen Zusammenhang zwischen Darmkrebs und der Expression spezifischer geruchsempfindlicher Gene entdeckt. Wie Phys.org berichtets, Forscher der Universität Oxford und der Universität Zürich haben kürzlich mithilfe eines KI-Modells herausgefunden, dass die Expression spezifischer Geruchsgene in den Darmkrebszellen auf eine höhere Wahrscheinlichkeit schlechterer Ergebnisse hinweist.

Gene werden exprimiert, wenn die in unserer DNA enthaltenen Informationen zur Herstellung von Molekülen wie Proteinen verwendet werden. Die Genexpression steuert oft, wie viele Proteine ​​hergestellt werden und wann sie hergestellt werden, indem sie Ein-/Ausschalter betätigt. Der Mensch verfügt über etwa 400 Gene, die für unseren Geruchssinn verantwortlich sind. Entscheidend für die Studie ist jedoch, dass diese Gene neben der Nase auch in anderen Teilen des Körpers exprimiert werden. Wenn diese Geruchsgene exprimiert werden, bedeutet dies, dass die Anweisungen für diese Gene gelesen und ausgeführt werden. Durch Veränderungen an den Zellen können Wissenschaftler das Ausmaß manipulieren, in dem Gene exprimiert und genutzt werden.

Die kürzlich in Molecular Systems Biology veröffentlichte Studie wurde von Dr. Heba Sailem vom Institute of Biomedical Engineering der Universität Oxford geleitet. Sailem und seine Kollegen untersuchten, wie Zellen im Körper organisiert sind, um zu untersuchen, wie Krebs zum Verlust der Gewebestruktur im Körper führt. Um wirksame Therapien zu entwickeln, müssen Wissenschaftler verstehen, welche Gene bei der Gewebeveränderung eine Rolle spielen. Das Forschungsteam nutzte Computer-Vision-Algorithmen, um Veränderungen in der Organisation von Zellproben zu erkennen. Dem KI-Modell wurden mittels Robotermikroskopie gesammelte Bilddaten bereitgestellt, die Millionen Bilder von Darmkrebszellen enthalten.

Das Forschungsteam experimentierte dann, indem es die Expression jedes Gens in den einzelnen Darmkrebszellen reduzierte. Nachdem Störungen an den Genen vorgenommen wurden und ihre Expression abnahm, fanden die Forscher heraus, dass geruchsempfindliche Gene offenbar stark mit der Ausrichtung und Ausbreitung von Zellen korrelieren. Es schien, dass eine Verringerung der Expression von Geruchsgenen möglicherweise die Ausbreitung von Zellen kontrollieren könnte, indem ihre Bewegungsfähigkeit verringert wird. Andererseits könnte die Zellmotilität durch eine höhere Expression der betreffenden Geruchsgene gesteigert werden.

Sailem erklärte, dass die Geruchsgene wie ein „sechster Sinn“ seien, mit dem die Krebszellen ihren Weg aus der toxischen Tumorumgebung finden und sich in andere Körperregionen des Patienten ausbreiten könnten. Sailem erklärte weiter, wie wichtig KI für diese Entdeckung war. Das von den Forschern verwendete KI-Modell konnte die Geschwindigkeit, mit der die Forschung durchgeführt wurde, deutlich steigern. Nachdem das KI-Modell auf einer großen Datenbank mit Genfunktionen und -erscheinungen trainiert wurde, ist es in der Lage, die Aufgabe der Identifizierung bestimmter Zelltypen in Bildern zu automatisieren. Sailem erklärte:

„Mit dem entwickelten KI-System können wir nun viel mehr aus diesen Experimenten lernen und die Identifizierung von Genen beschleunigen, die die Gewebestruktur bei Krebs verändern.“

CRIPSR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), die Gen-Editing-Technologie, ist die primäre Methode, mit der die Genexpressionsniveaus für die etwa 20,000 Gene in der Zelle reduziert werden, um zu untersuchen, wie sich die Genexpression auf Krebszellen auswirkt. In Kombination mit Fortschritten in der Gen-Editing-Technologie könnte die von Sailem und Kollegen durchgeführte Forschung neue Methoden zur Identifizierung der Rolle verschiedener Gene bei verschiedenen Krebsarten ermöglichen, was neue Arten von Therapien ermöglichen könnte.