Ученые изобрели быстрый и надежный метод выявления изменений в хромосомах, возникающих при злокачественных новообразованиях, что является стимулом для исследований рака. Этот метод помогает показать, как клетки изменяют свой собственный генетический состав, и может позволить более точно подобрать лечение рака у конкретного пациента.
Среди биологов раковые клетки известны своей удивительной способностью выводить из строя одни гены и чрезмерно использовать другие, позволяя им беспрепятственно вырастать в опухоли. Наиболее агрессивные из этих искажений возникают, когда клетки удаляют или умножают части собственной хромосомы (внутрихромосомные мутации). Клетки могут просто отрезать части генов из хромосомы, или сделать много дополнительных копий отдельного участка и снова вставить ее в хромосому.
До сих пор у ученых не было стандартного способа обнаружить эти изменения, за исключением очень крупных удалений или добавлений. Поиск небольших, но критических добавок или делеций в хромосомах требовал кропотливого генетического поиска. Объединив информатику и биологию, ученые изобрели метод быстрого анализа всего генома - всех генов, содержащихся в клетке - и получения надежного списка удаленных или добавленных хромосомных участков.
"Проблема подобна обнаружению опечаток в очень большой книге, написанной на непонятном вам языке, - говорят ученые. "Все, что вы знаете, это некоторые общие правила грамматики и синтаксиса. Чтобы сделать это вручную, уйдут долгие годы, и даже с компьютером это будет очень сложно".
Ученые начали с данных геномики, которые идентифицируют тысячи генов сразу и показывают, насколько активно они используются. Они использовали передовые статистические методы для анализа этих данных и точного обнаружения делеций и дополнений - некоторые размером от четырех до пяти генов - среди десятков тысяч генов.
По словам ученых, эти достижения свидетельствуют о ценности междисциплинарной среды. "Для решения такого рода проблем нужны люди, разбирающиеся в информатике, статистике и биологии", - сказала она. "Ни одна из сторон не может сделать это в одиночку".
Исследователи применили свою методику к дрожжевым клеткам, а также раковым клеткам молочной железы человека и обнаружили множество ранее неизвестных добавочных участков и делеций. Результаты подтверждают предположение некоторых биологов о том, что добавления и удаления хромосом встречаются чаще, чем считалось ранее.
"Если клетка действительно хочет радикально изменить свое поведение, если это раковая клетка или клетка, патологически измененная под влиянием окружающей среды, то лучший способ - просто усилить или удалить кусок хромосомы", - говорят ученые. "Нам нужен был способ, чтобы очень точно идентифицировать эти удаления и усиления".
Новый метод может быть особенно важен для исследования рака, поскольку он дает ученым более четкое представление о том, что на самом деле происходит с опухолями, и, таким образом, указывает на возможное лечение.
Исследователи уже использовали свою систему для идентификации ранее неизвестных генов иммунной системы, предлагая возможные способы, с помощью которых эти клетки могут избежать обнаружения и разрушения естественной защитной системой организма.
По словам ученых, в некоторых случаях гены, которые, по мнению биологов, "включались" или "выключались" обычными регуляторными химикатами в клетках, действительно могли добавлять или удалять участки в них. Когда кажется, что группа генов включается или выключается вместе, биологи часто ищут главный регулятор, который контролирует их все сразу.
Эта работа может также помочь ученым понять молекулярную основу эволюции. Добавления и удаления в хромосомах - это смелый метод, который клетки используют для изменения своего поведения под давлением изменяющейся среды, например, морских организмов, чьи воды становятся солеными, или бактериальных патогенов, пытающихся пережить атаки антибиотиков.
Ученые продолжают работу по изучению добавления и удаления участков хромосом, сотрудничая с исследователями рака для уточнения поиска изменений, связанных с опухолевым ростом.
