來自俄羅斯，美國，加拿大和德國的一組科學(xué)家開發(fā)了一種簡單有效的名為Genes And Metabolites(GAM)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以幫助研究人員研究細胞中復(fù)雜的生物過程。該計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)細胞的工作方式。代謝調(diào)節(jié)在這些生物學(xué)對象中起主要作用。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對該項目進行了監(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臨床變化的影響。在之前的研究中，我們通過實驗證實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，沒有簡單，有效的免費軟件產(chǎn)品可以同時分析基因和代謝物，這些簡單的低分子物質(zhì)參與生物過程。在哺乳動物細胞中沒有良好的生物過程模型，因為在單個細胞中每時每刻都會出現(xiàn)大約相關(guān)的反應(yīng) - 大約1,500個。

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胞中代謝途徑的整個圖譜，并揭示腫瘤生長的機制。沒有這些基礎(chǔ)知識來對抗癌癥是有問題的。

在之前的一項研究中，科學(xué)家們使用這種算法并證明抑制癌細胞中的某些代謝過程可以延緩腫瘤的生長。現(xiàn)在每個人都可以使用該程序。該服務(wù)已經(jīng)在數(shù)十家生物實驗室和制藥公司中部署。因為新陳代謝在免疫系統(tǒng)的運作中起著重要作用，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的變化。因此，我們可以了解細胞過程的機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物濃度和基因表達的原始數(shù)據(jù)與KEGG數(shù)據(jù)庫進行比較，其中生物過程以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)描述。然后建立一個網(wǎng)絡(luò)，其中節(jié)點代表顯著變化的物質(zhì)，邊緣是它們在化學(xué)反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化的途徑。對于每個節(jié)點，程序定義權(quán)重 - 整個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)來識別細胞過程：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)時巨噬細胞如何激活和重組。

該網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是免費的，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，該方法非常適用于反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的非靶向分析。它還有助于檢測信號物質(zhì)，免疫系統(tǒng)從中接收有關(guān)代謝變化的信息，并研究它們在細胞內(nèi)過程中的作用。同時分析基因表達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)。