Istraživački tim iz Sjedinjenih Država i Kanade razvio je i uspješno testirao novi kompjuterski softver koji utvrđuje da li uzorak ljudske DNK uključuje epigenetski dodatak povezan s rakom i drugim nepovoljnim zdravstvenim stanjima.
U izdanju časopisa Nature Methods od 20. februara, članovi tima sa Univerziteta Johns Hopkins, Instituta za istraživanje raka u Ontariju i Univerziteta u Torontu opisali su svoju obećavajuću novu metodu otkrivanja prisustva dodatne oznake na DNK nazvana metilacija citozina.
Citozin je jedan od četiri glavna genetska gradivna bloka, ili nukleotida, koji čine DNK. Metilacija se jednostavno odnosi na prisustvo biohemijske (metilne) grupe vezane za nukleotid, u ovom slučaju citozin. Ova izmijenjena verzija citozina može utjecati na način na koji se važni geni uključuju ili isključuju. Takve genetske greške mogu pokvariti zdravu aktivnost unutar ćelija.
Proučavanje ovih znakova važno je istraživačima koji pokušavaju utvrditi preciznu ulogu metilacije u raznim zdravstvenim problemima. Ali svaka od postojećih metoda mapiranja metilacije ima svoje tvrdoglave nedostatke, kao što je grubo rukovanje uzorkom DNK i potreba za korištenjem posebno velikih i prethodno obrađenih uzoraka tkiva.
Novi softver opisan u Nature Methods koristi se sa komercijalno dostupnim uređajem za sekvenciranje nanopora. Autori kažu da će ova tehnika direktno karakterizirati metilaciju DNK iz manjih uzoraka tkiva. "Pokazujemo da pažljivom analizom podataka sekvenciranja nanopora možemo izdvojiti ovaj dodatni sloj informacija", rekao je glavni autor Jared T. Simpson, glavni istraživač u programu informatike i bio-računarstva na Institutu za istraživanje raka u Ontariju i docent informatike na Univerzitetu u Torontu.
Softver međunarodnog tima je dizajniran za rad sa Oxford Nanopore Technologies MinION sekvencerom, otprilike veličine velikog USB fleš diska. Kada se koristi ova jedinica, DNK se provlači kroz 512 izuzetno malih rupa, dok kroz njih prolazi električna struja. Izrazite promjene struje kako se DNK kreće kroz rupu omogućavaju softveru da identifikuje sekvencu DNK, a sada i oznake metilacije na DNK.
U dokumentu Nature Methods, istraživači su rekli da su prvo koristili sintetički metiliranu DNK kako bi "uvježbali" svoj softver za razlikovanje između metiliranog citozina i citozina kojem nedostaje ključna biohemijska vezanost.
Članovi tima su zatim testirali softverski proces na uzorcima DNK dobijenim iz ljudskih ćelija raka dojke i uspješno otkrili promjene u metilaciji između raka i normalnih uzoraka.
"Ova tehnika može očitati dugačke dijelove DNK i vidjeti promjene u opsegu metilacije u uzorku," rekao je Winston Timp, docent biomedicinskog inženjerstva na Johns Hopkinsu koji je nadgledao istraživanje i bio stariji autor članak iz časopisa. "Dopušta nam da pogledamo kako se promjene u metilaciji pojavljuju na pojedinačnim molekulima dok prolaze kroz ovu poru."
Takve informacije su važne, kažu istraživači, jer se vjeruje da pogrešna metilacija igra ulogu u urođenim defektima i bolestima kao što je reumatoidni artritis, kao i rak. "Već znamo," rekao je Timp, "da se promjene metilacije pojavljuju rano u razvoju raka."
Rekao je da bi više informacija o metilaciji DNK moglo biti od pomoći u osmišljavanju novih načina za otkrivanje raka u ranijoj fazi i razvoju novih tretmana koji su preciznije usmjereni na genetski sastav pacijenta.
Da bi pomogli u unapređenju takvog istraživanja, članovi tima su svoj softver za sekvenciranje nanopora za otkrivanje DNK metilacije učinili dostupnim na besplatnoj bazi otvorenog koda na
"Uveli smo ovu liniju istraživanja kao kritičan korak dalje", rekao je Timp. "Nadam se da će drugi u ovoj oblasti odmah početi koristiti softver."
"Čestitam članovima tima sa Univerziteta Johns Hopkins, Instituta za istraživanje raka u Ontariju i Univerziteta u Torontu na njihovom novom softveru za sekvenciranje gena i nalazima", rekao je Reza Moridi, ministar istraživanja, inovacija i nauke Ontarija. "Ovi novi uvidi u metilaciju DNK mogli bi dovesti do novih i inovativnih načina za otkrivanje i liječenje raka."
