Ученым известно, что разные нормальные и больные ткани ведут себя по-разному. Но метод, который подскажет им, как они это делают, может однажды дать медицинской науке новый способ борьбы с ожирением, гипертонией, диабетом и другими опасными нарушениями обмена веществ.
До сих пор ученым приходилось полагаться на базовые наблюдения на клеточном уровне, так как им не хватало информации о метаболических процессах отдельных органов, таких как печень, сердце и мозг.
Но новый вычислительный подход, разработанный учеными-компьютерщиками Томером Шломи, Мораном Кабили и проф. Эйтан Руппин из Школы компьютерных наук имени Блаватника в Тель-Авивском университете может помочь науке получить более четкую общую картину метаболических процессов в различных тканях. Их модель потенциально может быть использована в будущем для уточнения диагноза различных нарушений, связанных с обменом веществ, помощи в лечении и разработки новых лекарств. Результаты их исследования были недавно опубликованы в журнале Nature Biotechnology.
Разгадка лежит между здоровыми и больными тканями
Модель объединяет тканеспецифическую информацию от здоровых или больных органов и сопоставляет ее с существующей моделью глобальной метаболической сети человека для прогнозирования метаболического поведения тканей. Их результаты, которыми поделились с Маркусом Херргардом и Бернхардом Палссоном из Университета Сан-Диего, «установили вычислительную основу для полногеномного исследования нормального и аномального метаболизма человека в тканеспецифической манере», - говорит профессор Руппин.
Вычислительная модель описывает метаболизм в десяти различных тканях человека, показывая функции в организме, ответственные за метаболизм - набор химических реакций, происходящих в живых организмах, которые позволяют тканям расти, сохранять свою структуру, функционировать и реагировать на другие телесные сигналы. И хотя опубликованное исследование сосредоточено на десяти конкретных тканях, этот инструмент можно расширить и применить к другим тканям, а затем, возможно, и к целым органам.
«Предыдущая модель человеческого метаболизма была общей, которая не описывала, как работает метаболизм различных тканей», - говорит Шломи. «Теперь мы можем предоставить крупномасштабные описания того, как ткани метаболизируют различные соединения и как метаболизм на самом деле работает в отдельных органах, таких как сердце, печень, мозг или поджелудочная железа»..
На пути к компьютерной диагностике заболеваний
Опираясь на эти результаты, команда Тель-Авивского университета в настоящее время работает над разработкой инструментов для обнаружения биомаркеров (метаболитов, которые можно измерить в крови и моче), связанных с различными заболеваниями. Команда разрабатывает вычислительные методы для выявления новых метаболических биомаркеров, которые можно использовать для диагностики множества генетических нарушений обмена веществ (включая такие нарушения, с относительно высокой частотой встречаемости в еврейском населении, как G6PD и Tay-Sachs).
В целом, это фундаментальное исследование дает ученым важные знания о метаболизме различных тканей и органов тела. Последствия этого стремления и его основная мотивация - помочь разработчикам лекарств, когда они изучают новые мишени для лекарств. Текущие исследования находятся на уровне фундаментальной науки, но такие исследования могут привести к непредвиденным приложениям.
Сегодняшние препараты для борьбы с раком, например, убивают как раковые, так и здоровые клетки. По словам профессора Руппина, когда станет известно больше о метаболизме рака в различных тканях посредством комбинации экспериментальных и вычислительных исследований, подобных описанным в исследовании, тогда, мы надеемся, можно будет создать более эффективные и целенаправленные лекарства.