來自俄羅斯，美國(guó)，加拿大和德國(guó)的一組科學(xué)家開發(fā)了一種簡(jiǎn)單有效的名為Genes And Metabolites(GAM)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以幫助研究人員研究細(xì)胞中復(fù)雜的生物過程。該計(jì)劃確定了新陳代謝和基因變化之間的聯(lián)系，從而更好地了解癌癥或免疫系統(tǒng)細(xì)胞的工作方式。代謝調(diào)節(jié)在這些生物學(xué)對(duì)象中起主要作用。來自該服務(wù)的新見解可用于開發(fā)自身免疫疾病和癌癥的治療方法。該研究發(fā)表在Nucleic Acids Research上。

華盛頓大學(xué)圣路易斯分校助理教授Maxim Artyomov對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了監(jiān)督：“我們的服務(wù)是許多生物學(xué)家和免疫學(xué)家的幫助，他們研究新陳代謝對(duì)臨床變化的影響。在之前的研究中，我們通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了我們的算法有多好大量的研究小組求助于我們，來自俄羅斯圣彼得堡ITMO大學(xué)的Alexey Sergushichev創(chuàng)建了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以便來自世界各地的科學(xué)家可以輕松訪問這種方法。“

在此之前，沒有簡(jiǎn)單，有效的免費(fèi)軟件產(chǎn)品可以同時(shí)分析基因和代謝物，這些簡(jiǎn)單的低分子物質(zhì)參與生物過程。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中沒有良好的生物過程模型，因?yàn)樵趩蝹€(gè)細(xì)胞中每時(shí)每刻都會(huì)出現(xiàn)大約相關(guān)的反應(yīng) - 大約1,500個(gè)。

因此，該小組開發(fā)的解決方案已經(jīng)可以幫助生物學(xué)家和藥理學(xué)家開展工作。例如，Web服務(wù)可用于研究癌細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的過程。利用該服務(wù)，研究人員可以分析這些細(xì)胞中代謝途徑的整個(gè)圖譜，并揭示腫瘤生長(zhǎng)的機(jī)制。沒有這些基礎(chǔ)知識(shí)來對(duì)抗癌癥是有問題的。

在之前的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家們使用這種算法并證明抑制癌細(xì)胞中的某些代謝過程可以延緩腫瘤的生長(zhǎng)。現(xiàn)在每個(gè)人都可以使用該程序。該服務(wù)已經(jīng)在數(shù)十家生物實(shí)驗(yàn)室和制藥公司中部署。因?yàn)樾玛惔x在免疫系統(tǒng)的運(yùn)作中起著重要作用，GAM也可以應(yīng)用于自身免疫病的研究，在大多數(shù)情況下，免疫系統(tǒng)開始攻擊健康組織。這些疾病通常是慢性的，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

除了代謝，免疫系統(tǒng)的平衡受到基因表達(dá)的顯著影響。“代謝途徑包含催化化學(xué)反應(yīng)的酶。這些酶由特定基因編碼。使用我們的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，人們不僅可以分析代謝物濃度的變化，還可以分析基因表達(dá)的變化。因此，我們可以了解細(xì)胞過程的機(jī)制和確定各種自身免疫性疾病過程中的關(guān)鍵反應(yīng)。未來，它將有助于免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)劑的發(fā)展 - 例如，免疫抑制劑，用于有效治療I型糖尿病或慢性乙型肝炎等病癥免疫系統(tǒng)疾病，“Alexey Sergushichev說。

該程序?qū)⒋x物濃度和基因表達(dá)的原始數(shù)據(jù)與KEGG數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，其中生物過程以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)描述。然后建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其中節(jié)點(diǎn)代表顯著變化的物質(zhì)，邊緣是它們?cè)诨瘜W(xué)反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化的途徑。對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)，程序定義權(quán)重 - 整個(gè)過程中代謝物重要性的指標(biāo); 指標(biāo)取決于濃度與標(biāo)準(zhǔn)的偏差。

因此，可以通過分析兩種狀態(tài)來識(shí)別細(xì)胞過程：參考(正常)狀態(tài)和受外部因素影響的狀態(tài)。例如，之前，科學(xué)家已經(jīng)觀察到當(dāng)病原體出現(xiàn)時(shí)巨噬細(xì)胞如何激活和重組。

該網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是免費(fèi)的，用戶友好，高效，無需安裝。研究人員無需訪問特殊軟件或KEGG數(shù)據(jù)庫即可使用它。

當(dāng)科學(xué)家不知道他們正在尋找哪種模式時(shí)，該方法非常適用于反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的非靶向分析。它還有助于檢測(cè)信號(hào)物質(zhì)，免疫系統(tǒng)從中接收有關(guān)代謝變化的信息，并研究它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)過程中的作用。同時(shí)分析基因表達(dá)和代謝物濃度縮小了搜索范圍，使研究人員能夠直觀，可讀地找到復(fù)雜的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。