Использование больших данных для понимания иммунных реакций
Фермент, обнаруженный во многих бактериях, включая бактерию, вызывающую стрептококковую ангину, дал человечеству дешёвый и эффективный инструмент для редактирования собственных генов. Эта технология, называемая CRISPR, также используется для понимания того, как иммунная система реагирует на вирусную атаку.
Её называют крупнейшим биотехнологическим прорывом столетия. Технология CRISPR — это дешёвый, эффективный и доступный метод модификации генов всех живых организмов. Этот инструмент редактирования генома можно использовать, например, в комарах для остановки распространения малярии или для борьбы с раком. Этические соображения — единственное, что ограничивает её применение.
В 2012 и 2013 годах прорыв Дженнифер Даудны и Фэна Чжана с ферментом Cas9 (CRISPR associated protein 9) дал старт активному развитию технологии. Этот фермент происходит из бактерии Streptococcus pyogenes. Исследователи обнаружили, что могут скопировать механизм бактерии, в котором небольшая молекула РНК направляет белки Cas9 к целевой молекуле ДНК, которую нужно разрезать. Журнал Science назвал CRISPR прорывом года в 2015 году.
Защита организма поминутно
Многочисленные исследователи по всему миру начали использовать CRISPR. Один из них — доцент Ричард Кандасами из Центра исследований молекулярного воспаления (CEMIR) Норвежского университета естественных и технических наук (NTNU). Он изучает воспалительные реакции, возникающие при многих заболеваниях.
С помощью больших данных его исследование раскрывает, что происходит поминутно, когда иммунная система реагирует на вирус. Результаты работы его команды недавно были опубликованы в авторитетном онлайн-журнале Systems Biology and Applications.
Когда грипп или другой вирус атакует организм, реакция должна быть мгновенной. Внутри защитных клеток происходит комплексная пошаговая реакция: сигналы отправляются в ядро для запуска производства новых белков, которые участвуют в воспалительной реакции и уничтожают вирус. Даже крошечная химическая модификация белков в клетке позволяет ей начать реагировать очень быстро.
Кандасами и его команда могут детально картировать эти реакции с момента заражения клетки вирусом. Многократно повторяя процесс картирования в часы после заражения, они создают подробную карту реакций клетки.
Большинство учёных, работающих с CRISPR, анализируют либо один ген за раз, либо более 20 000 генов одновременно. Кандасами использует оба подхода, а также большие вычислительные системы для анализа этих сложных данных. Такой комбинированный подход с поминутным картированием реакций является уникальным для понимания процессов в клетке.
Кандасами пришёл в NTNU через программу стипендий Онсагера, предназначенную для привлечения самых талантливых молодых исследователей со всего мира. Незадолго до Рождества он получил крупный грант на независимые исследования от программы FRIPRO Исследовательского совета Норвегии для перспективных молодых учёных.