פותחה שיטה חישובית חדשה לזיהוי מנגנוני הבקרה בתא

המחקר פרי שיתוף פעולה של חוקרים מהאוניברסיטה העברית, סטנפורד ואוניברסיטת תל-אביב פורסם ב-11 במאי בכתב העת היוקרתי Nature Genetics

אבי בליזובסקי

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/huji230503.html

חוקרים בבתי-ספר להנדסה ולמדעי המחשב ע”ש רחל וסלים בנין באוניברסיטה העברית יפרסמו היום בערב תוצאות מחקר חדשני אודות זיהוי שיטתי של מנגנוני בקרה של תהליכים תוך תאיים. המחקר, המתפרסם בכתב העת היוקרתי Nature Genetics, התבצע ע”י קבוצת הביולוגיה החישובית של דר' ניר פרידמן מהאוניברסיטה העברית, בשיתוף פעולה הדוק עם ביולוגים ומדעני מחשב מאוניברסיטת סטנפורד ואוניברסיטת תל-אביב.

לדברי דר' ניר פרידמן ממארגני תכנית הלימודים בביולוגיה חישובית, “מחקר זה מהווה צעד משמעותי לקראת זיהוי אוטומאטי של מנגנוני הבקרה בתא בעזרת כלים חישוביים. אני מקווה כי מחקר זה יוביל לתגליות שיזרזו פיתוח תרופות למחלות הנגרמות מפגיעה בתהליכי הבקרה של התא, כגון מחלת הסרטן, המתאפיינת בחלוקה בלתי מבוקרת של תאים”.

תוצאות המחקר הן קפיצת מדרגה בניתוח נתונים ברמת הגנום השלם. דר' ניר פרידמן אשר משתף פעולה עם ביולוגים בחקר סרטן הריאות וטרשת נפוצה אומר כי בזכות השיטה החישובית החדשה ניתן יהיה לזהות את מנגנוני הבקרה שהתקלקלו במחלות אלו. הבנה זו חשובה למחקר אשר מנסה לגלות כיצד למנוע מחלות אלו.

דר' פרידמן מסביר כי “מחקר זה מתבסס על תחום חדש יחסית – ביולוגיה חישובית, או ביואינפורמטיקה. תחום זה משלב את המדעים החישוביים, כגון מתימטיקה, סטטיסטיקה ומחשבים, עם מדעי החיים כדי לפתור בעיות ביולוגיות הדורשות פיתוח טכניקות חישוביות מתקדמות. פרוייקט הגנום האנושי שהושלם לאחרונה הוא דוגמא לאוסף עצום של נתונים שעבורו נדרש היה לפתח טכניקות כאלו. תחום חדשני זה קיבל תאוצה בעשור האחרון עקב פיתוחן של מספר טכנולוגיות למחקר ביולוגי המבצעות מדידות ניסוייות בקנה מידה גדול, ושאת מסת הנתונים שהן מספקות יש לנתח במחשב. יש להבהיר כי ניתוח ידני אינו יכול להתמודד עם מסת נתונים אדירה ולכן יש צורך בכלי חישובי מתקדם ומורכב”.

המחקר הנוכחי מנתח מידע מטכנולוגיה הקיימת כיום של מתקנים זעירים המאפשרים מעין צילום תמונת מצב של הגנים בתא. בכל מצב נתון משתמש התא החי רק בחלק קטן מאלפי הגנים הקיימים בו. הטכנולוגיה הקיימת מספקת בניסוי אחד מדידות של רמת השימוש של כל אחד ואחד מהגנים. על ידי ביצוע ניסויים בתאי שמרים, הנמצאים במצבים שונים, ניתן למדוד רמות שימוש אופייניות למצבים אלו.

הבנת החיים ברמה הבסיסית ביותר משמעה אפיון של הדרך בה התא מארגן את התהליכים המתרחשים בו, כגון: זיהוי היחידות התפקודיות המרכיבות את המערכת התאית, מציאת הגנים המבקרים הפעלה וריסון של כל יחידה תפקודית והתנאים בהם בקרה זו מתרחשת. עד היום אפיון תהליכי הבקרה בתא מתוך הטכנולוגיה הקיימת נחשב לבעיה בלתי-פתורה.

הגישה החדשנית שפותחה ע”י דר' פרידמן ועמיתיו משתמשת בפיתוחים מתחום הלמידה החישובית, אשר מתמקדת בהבנת חוקיות וסיבתיות מתוך מאגרי מידע. החוקרים בנו מערכת חישובית המעבדת מידע מהטכנולוגיה הקיימת כיום ומסיקה מתוכנו חוקים לגבי איזה גן אחראי על תהליך בקרה מסוים בתא? מהו תהליך הבקרה המתרחש בתא? ומתי מתרחש תהליך הבקרה בתא? כך המחשב מתייג באופן אוטומטי את תפקודו של כל גן בקרה, הן מבחינת התהליכים להם הוא אחראי והן מבחינת התנאים בהם הוא פועל.

הגישה החישובית הייחודית אפשרה לחוקרים לנסח מספר גדול של תחזיות ביולוגיות לגבי תוצאות של ניסויים עתידיים ולגבי גנים שתפקודם לא היה ידוע. התחזיות אומתו במספר ניסויים שאישרו את התיוג התפקודי של גנים שפעולתם לא הייתה ידועה עד כה. תוצאות אלו מאוששות את הגישה החישובית, ומאפשרות הסתמכות עליה כדי לזהות מנגנוני בקרה תוך תאית מתוך נתוני שימוש גנים.

ריכוז ידעני מדעי החיים והרפואה

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~531663759~~~25&SiteName=hayadan