A inteligência artificial revela o papel do “criador de chaves genéticos” em suas ciências do corpo

Os cientistas sempre confundiram o mistério da transformação de uma célula em bilhões de células especializadas que compõem os corpos de muitos organismos vivos, desde células sanguíneas que transportam oxigênio a células cardíacas puxadas desde o início da vida até o fim e até células neuromusculares complexas e altamente sensíveis. Esta é a essência do que é biologicamente conhecido como “diferenciação celular”.

Embora cada célula viva contenha os mesmos genes, cada um deles é diferente de maneira diferente durante o crescimento e o feto é através de um tipo distinto de células chamadas células -tronco, que possui uma incrível elasticidade da diferenciação.

O problema da diferenciação celular é que os “fatores de cópia” – que são proteínas que fazem chaves para operar e inibir genes – são frequentemente encontradas em níveis entrelaçados em células -tronco, o que dificulta a compreensão de como cada célula adquire sua identidade precisa.

No contexto deste complexo quebra -cabeça, ela se concentrou Um estudo recentePublicado na revista The Seal sobre mecanismos biológicos emocionantes e inesperados que controlam esse processo.

“O estudo é um modelo avançado para vincular experimentação generalizada e modelagem preditiva e abre caminho para possíveis aplicações em terapia genética e engenharia celular”, Mai Mabrouk, professor de informática médica biomédica na Universidade Nilo egípcia e não participação no estudo, disse em Sulivimentos exclusivos para todos

“Este estudo é o primeiro do gênero em fornecer uma análise funcional abrangente das reações entre 38 cópias das primeiras células -tronco sangrentas, e isso lhe confere um peso pioneiro nesse campo”.

O “criador -chave genético”

Para ignorar as complicações naturais do genoma, os pesquisadores adotaram uma abordagem única. Em vez de estudar genes como eles são de natureza, eles projetaram e construíram 64.400 sequências de DNA artificiais, contendo locais de correlação específicos para 38 cópias principais.

Esse ambiente genético controlado permitiu o controle total de cada variável, como o número de sites, sua força e a distância entre eles.

Para simplificá -lo, imagine o genoma humano como se fosse a receita de comida completa no livro de culinária. Ele contém todas as instruções necessárias para cozinhar um prato específico. Quanto ao catalisador, é o título da receita do livro de culinária. Este endereço informa sobre o início da leitura da receita (gene) e como encontrá -lo. É a parte que o chef (fator de cópia) reconhece para começar a implementar a receita.

O fator de cópia é o chef que lê a receita (gene) e começa a cozinhá -la. O chef conhece o título da receita (catalisador) e segue as instruções para produzir o prato (proteína). Existem diferentes tipos de chefs (fatores de cópia) especializados em certos tipos de receitas ou que podem acelerar ou desacelerar o processo de cozimento.

“O estudo baseou -se em uma metodologia inovadora baseada no uso de sequências de ácidos artificiais cuidadosamente projetados para conter locais de vincular cópias selecionadas em origens aleatórias, permitindo o isolamento do efeito desses fatores das complicações genômicas naturais”.

“Para medir a atividade desses incentivos, os pesquisadores usaram a técnica de teste amplamente paralela para o correspondente, uma tecnologia que permite a avaliação de milhares de sequências ao mesmo tempo, vinculando cada estímulo a um código de código de barras exclusivo que pode ser rastreado pela sequência”.

Essa tecnologia é uma ferramenta ideal para determinar as regras regulatórias do processo de diferenciação, que é difícil de descobrir o uso apenas de seriados genômicos naturais. Experimentos nas células sanguíneas -tronco e os primeiros ratos de camundongos, que foram diferenciados no laboratório em 7 casos celulares diferentes, têm imitado com precisão o processo de diferenciação natural no corpo.

Essas células são um tipo de célula -tronco de capacidade múltipla e são encontradas principalmente na medula óssea e têm uma capacidade única de renovar e produzir todos os diferentes tipos de células sanguíneas no corpo, incluindo glóbulos vermelhos, linfócitos, células espermáticas e outras.

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As três duplicação

Após coletar dados de experimentos, os pesquisadores usaram ferramentas de inteligência artificial para criar modelos que podem prever como diferentes estímulos genéticos se comportam sob certas circunstâncias ou em células específicas. Esses modelos ajudam a entender as regras regulatórias complexas que governam a expressão genética.

“Este estudo destaca três mecanismos principais que controlam a peculiaridade dos estímulos genéticos, de acordo com a condição celular durante as células -tronco diferenciais”, MA

Os três primeiros princípios revelados pelo estudo são que alguns fatores de cópia têm duplicação funcional, pois atuam como estímulos ou como inibidores de acordo com o nível de posição no catalisador, no que é conhecido como “a dualidade da interação baseada na ocupação”.

Outra duplicação conhecida como “duplicação dependente da condição da célula” também foi revelada, onde a função do mesmo fator de cópia difere em vários casos celulares, como resultado da alteração do contexto organizacional ou ambiental.

O estudo forneceu um conceito sem precedentes de uma terceira duplicação conhecida como “dupla sintática”, onde uma mistura de fatores estimulantes pode levar à inibição da expressão genética, como resultado da sinergia negativa inibiu entre os fatores de cópia.

Mai Mabrouk explica a importância dessa descoberta, dizendo: “A descoberta de sinergia negativa é uma das surpresas mais importantes que o estudo saiu, pois mostra que a combinação de fatores de cópias básicas que podem liderar, em alguns contextos, para conter a atividade genética em vez de fortalecê -la”. “Essa descoberta desafia as hipóteses tradicionais que assumem que a integração dos locais de ativação leva ao acúmulo de um impacto estimulante”, acrescentou.

Esses Azages negativos estavam em vários casos relacionados às proporções especificadas entre os fatores das cópias, não apenas com sua identidade individual. Isso significa que os estímulos genéticos atuam como “sensores” capazes de ler o equilíbrio exato entre cópias, o que explica a capacidade das células -tronco de manter sua condição, apesar da presença de sinais de sinal motivador.

“Keys of Life” a pedido

Essas descobertas abrem as portas para novas possibilidades no projeto de estímulos genéticos como chaves de controle da vida com incríveis recursos regulatórios. Os pesquisadores foram capazes de projetar incentivos artificiais que alcançam padrões de atividade específicos em certas células, o que representa um salto qualitativo no campo da biologia sintética. Essa capacidade de “projetar” elementos regulatórios vitais de arranhões grandes promessas em várias áreas.

A orientação das células -tronco desempenhará com precisão as células específicas um papel importante na substituição de tecidos danificados e no desenvolvimento de tratamentos genéticos mais precisos que direcionam células doentes podem ter sucesso apenas, o que reduz os efeitos colaterais. O design de modelos celulares para doenças – para entender como o desequilíbrio na regulação genética leva a doenças complexas como o câncer – uma das aplicações futuras mais importantes de pesquisa.

Para entender o impacto desses princípios no contexto de doenças, os pesquisadores compararam o comportamento dos fatores de cópia nas células -tronco naturais com células “K562”, que é uma cepa de células de leucemia. Mai Mabrouk comentou sobre os resultados dizendo: “A comparação mostra as células -tronco primárias e as células cancerígenas K562 que têm diferenças fundamentais no comportamento dos estímulos, especialmente na capacidade de copiar fatores de alta”.

A perda de muitas cópias de sua capacidade de inibição nas células K562 significa que o “freio” genético que impede a expressão indesejada pode ser desativada em células cancerígenas.

“Esses resultados confirmam a generalização limitada dos dados K -562 ao tentar extrapolar seus resultados em contextos fisiológicos naturais e enfatiza a importância de usar modelos mais preliminares mais próximos da situação biológica real ao estudar organização genética e diferenciação”.

Os resultados revelam uma compreensão mais profunda de como as células são explicadas por diferenças quantitativas no expressando fatores de cópia e convertendo -as em decisões específicas e decisivas no destino da célula. “Ao mostrar que as taxas de expressão entre os fatores de cópia, e não apenas sua existência individual, são o determinante real da atividade de estímulos, o estudo re -formula nossas percepções sobre mecanismos que controlam a diferenciação celular”.

Este estudo não é apenas uma conquista científica, mas um passo crucial para decifrar um dos quebra -cabeças complexos e virtuosos em nossas células, pois abre uma porta larga para muitas pesquisas e dá à humanidade uma nova ferramenta que pode produzir milagres.