Поиск ключей к загадкам наших генетических сетей

В человеческом теле около 27 000 генов, почти все они связаны сложной и запутанной сетью, которая играет ключевую роль в формировании нашей физиологической структуры и функций.

Сложность заключается в разнообразных функциях и взаимодействии самих генов. Некоторые гены — активаторы. Они запускают действия других генов. Некоторые — ингибиторы. Они останавливают активность других генов тем или иным способом. Некоторые гены могут быть и активаторами, и ингибиторами, выполняя разные функции в разных условиях.

Действие одного гена может запустить цепную реакцию, которая распространяется по частям генетической сети и влияет на общее генетическое и клеточное функционирование. Биомедицинский инженер Университета штата Аризона Сяо Ван возглавляет исследование, направленное на понимание фундаментальной природы генетических сетей.

Его цель — создать систематическую и количественную картину, объясняющую, как и почему эти сети ведут себя определённым образом, и определить, что направляет их «принятие решений» на клеточном уровне.

Это включает выявление мотивов (паттернов) генетических сетей в их характеристиках и поведении — раскрытие как самостоятельного функционирования генов, так и их роли во взаимосвязанных конфигурациях.

Новые методы, которые исследовательская группа Вана применит в поисках новых знаний о генетических сетях, помогли получить грант в размере более 1,5 миллиона долларов от Национального института общих медицинских наук (NIGMS), одного из Национальных институтов здравоохранения (NIH).

«Мы разработали передовые экспериментальные и вычислительные инструменты для построения и изучения генетических сетей. Мы собираемся объединить эти инструменты с новой платформой микрофлюидики, чтобы лучше понять роль конфигураций генетических сетей в принятии клеточных решений».

Экспертизу в области микрофлюидики обеспечит главный партнёр по проекту — Джефф Хасти, профессор микробиологии и биоинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Исследование будет проводиться на моделях дрожжей и бактерий E. coli, которые обеспечивают среды для относительно быстрого роста сетей и лёгкого наблюдения за экспрессией генов.

Цель наблюдений — получить новые знания об основных механизмах, лежащих в основе формирования мотивов генетических сетей, которые определяют функционирование (и сбои) клеток организма.

Такие открытия могут расширить наши возможности для:

• более точной доставки терапевтических препаратов в части тела,
• перепрограммирования поведения клеток для повышения эффективности методов регенеративной медицины,
• создания синтетических биологических систем для остановки развития болезней.

Результатом может стать источник знаний, который также станет трамплином для прогресса в разработке вакцин, лечении рака, профилактике инфекционных заболеваний и молекулярном протезировании.