AI odkrywa geny odpowiedzialne za powonienie, związane z wynikami raka

Zespół badaczy z Uniwersytetu Oksfordzkiego niedawno wykorzystał sztuczną inteligencję do odkrycia potencjalnego związku między rakiem jelita grubego a ekspresją konkretnych genów odpowiedzialnych za powonienie. Jak donosi Phys.org, badacze z Uniwersytetu Oksfordzkiego i Uniwersytetu Zuryskiego, przy pomocy modelu sztucznej inteligencji, odkryli, że ekspresja konkretnych genów odpowiedzialnych za powonienie w komórkach raka jelita grubego wskazuje na wyższe prawdopodobieństwo gorszych wyników.

Geny są ekspresowane, gdy informacje zawarte w naszym DNA są wykorzystywane do tworzenia cząsteczek, takich jak białka. Ekspresja genów często kontroluje, ile białek jest wytwarzanych i kiedy są one wytwarzane, działając jak przełączniki on/off. Ludzie mają około 400 genów odpowiedzialnych za nasz zmysł powonienia, ale co istotne w tym badaniu, geny te są również ekspresowane w innych częściach ciała, poza nosem. Jeśli te geny powonienia są ekspresowane, oznacza to, że instrukcje dla tych genów są odczytywane i wykonywane. Poprzez wprowadzanie zmian w komórkach, naukowcy mogą manipulować poziomem, w jakim geny są ekspresowane i wykorzystywane.

Badanie, które zostało niedawno opublikowane w Molecular Systems Biology, zostało poprowadzone przez dr Heba Sailem z Instytutu Inżynierii Biomedycznej i Uniwersytetu Oksfordzkiego. Sailem i współpracownicy badali, jak komórki w organizmie są zorganizowane, aby zbadać, jak rak prowadzi do utraty struktury tkanek w organizmie. Aby opracować skuteczne terapie, naukowcy muszą zrozumieć, które geny odgrywają rolę w zmianie tkanek. Zespół badawczy wykorzystał algorytmy widzenia komputerowego do wykrywania zmian w organizacji próbek komórkowych. Model sztucznej inteligencji otrzymał dane obrazowe zebrane przez mikroskopię robotyczną, które zawierają miliony obrazów komórek raka jelita grubego.

Następnie zespół badawczy eksperymentował, redukując ekspresję każdego genu w poszczególnych komórkach raka jelita grubego. Po zastosowaniu perturbacji i zmniejszeniu ekspresji genów, badacze stwierdzili, że geny powonienia wydają się być silnie skorelowane z tym, jak komórki są ułożone i rozprzestrzeniają się. Wydaje się, że redukcja ekspresji genów powonienia może potencjalnie kontrolować rozprzestrzenianie się komórek przez zmniejszenie ich zdolności do ruchu. Z drugiej strony, ruchliwość komórek może być zwiększona przez wyższy poziom ekspresji genów powonienia.

Sailem wyjaśnił, że geny powonienia są jak „szósty zmysł”, który komórki raka mogą wykorzystywać do znalezienia drogi na zewnątrz środowiska guza, które jest toksyczne, i rozprzestrzeniania się do innych części ciała pacjenta. Sailem dodał, jak ważna była sztuczna inteligencja w dokonaniu tego odkrycia. Model sztucznej inteligencji wykorzystany przez badaczy był w stanie znacznie zwiększyć prędkość, z jaką prowadzono badania. Po przeszkoleniu modelu na dużej bazie danych funkcji i wyglądu genów, model jest w stanie zautomatyzować zadanie identyfikacji określonych typów komórek na obrazach. Sailem wyjaśnił:

„Korzystając z opracowanego systemu sztucznej inteligencji, możemy teraz dowiedzieć się o wiele więcej z tych eksperymentów i przyspieszyć identyfikację genów, które zmieniają strukturę tkanek w rakach.

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), technologia edycji genów, jest głównym sposobem, w jaki poziomy ekspresji genów dla około 20 000 genów w komórce są redukowane, aby zbadać, jak ekspresja genów wpływa na komórki raka. Po połączeniu z postępami w technologiach edycji genów, badania przeprowadzone przez Sailem i współpracowników mogą umożliwić nowe metody identyfikacji ról, które różne geny odgrywają w różnych typach raka, co mogłoby umożliwić nowe rodzaje terapii.