تتيح الخوارزمية المبتكرة إجراء مقارنة كمية للعمليات البيولوجية

جريدة طرق الطبيعة تقارير عن خوارزمية مبتكرة تمكن من المقارنة الكمية للعمليات البيولوجية. تم تطوير الخوارزمية من قبل البروفيسور المشارك شاي شين أور من كلية الطب رابابورت في التخنيون، والذي يقدر أن آثارها التطبيقية ستكون واسعة النطاق وهامة

يقدم مقال نشر في مجلة Nature Methods طريقة مبتكرة لمقارنة العمليات البيولوجية المعقدة. تم تطوير هذا النهج من قبل مجموعة بحثية بقيادة البروفيسور المشارك شاي شين أور، وطالبة الدكتوراه آيليت ألبرت، وليندساي مور، وتانيا دوبوفيتش من كلية الطب في رابابورت.

في السنوات الأخيرة، حدثت قفزة إلى الأمام في تطوير التقنيات المبتكرة التي تجمع الكثير من المعلومات (البيانات الضخمة) حول الخلايا الفردية، على سبيل المثال تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA) وقياس الكتلة الخلوية. تم استخدام هذه الأساليب لوصف العمليات التنموية بطريقة مفصلة وبدقة غير مسبوقة. ومع ذلك، لم يتم العثور حتى الآن على إطار كمي مناسب لمقارنة عمليتين موصوفتين بهذه الطريقة.

تتيح الخوارزمية المبتكرة، المسماة cellAlign، الاستفادة من الكمية الكبيرة من البيانات التي تم الحصول عليها بهذه الطرق ومقارنة العمليات بطريقة منهجية مع الحفاظ على دقة عالية سواء على مستوى الوقت أو على مستوى الجين الفردي. وفقًا للبروفيسور ميشنا شين أور، "الخوارزمية قادرة على تحديد أوجه التشابه والاختلاف بين أنماط التعبير عن العلامات (mRNA أو البروتينات)، وهذا بأعلى دقة. وبالتالي، فإنه يجعل من الممكن قياس مستوى التشابه بين ديناميكيات المسارات الجينية في العمليات المختلفة أو في الكائنات الحية المختلفة وتحديد الديناميكيات المحفوظة تطوريًا.

وفقًا للبروفيسور ميشنا شين أور، "تعتمد التطورات في الأبحاث البيولوجية إلى حد كبير على المقارنات، وعلى حد علمنا لا توجد طريقة منافسة لمقارنة ديناميكيات التعبير بمثل هذا الدقة استنادًا إلى الخلية المفردة. ومن الجدير بالذكر أن الخوارزمية ذات صلة بمجموعة واسعة من التطبيقات في مجالات متنوعة، بما في ذلك علم المناعة، وعلم الأحياء التنموي وبيولوجيا النظم، والهندسة الطبية الحيوية.

وطبقت المجموعة البحثية الخوارزمية المبتكرة لغرض مقارنة مسارات التعبير الجيني للجينات في المراحل الجنينية المبكرة لدى الإنسان والفئران، وهو الحيوان الذي غالبا ما يستخدم كنموذج للإنسان. وباستخدام الخوارزمية، تمكن الباحثون من إجراء تحليل مقارن للمسارات الجينية على الجدول الزمني للنمو وتحديد ترتيب تنشيط الجينات المختلفة في العملية، وبالتالي تسليط الضوء على أوجه التشابه والاختلاف بين المسارات الجينية بين الأنواع.

باستخدام cellAlign، تمكنت مجموعة البحث في التخنيون من التعرف على مجموعات جينات التطور الجنيني لدى الإنسان والفأر والتي يتم الحفاظ على ديناميكياتها تطوريًا. وهذا على النقيض من مجموعات الجينات الأخرى التي تتميز بالتثبيط في أحد الأنواع مقارنة بالآخر وتلك التي لها ديناميكيات مختلفة تمامًا بين الأنواع. وبما أن ديناميكيات الجينات في هذه العملية المبكرة تعتبر حاسمة لتطور الكائن الحي، فإن هذه الاختلافات تمثل التغيرات الفسيولوجية بين الأنواع ويجب أخذها في الاعتبار عند استخلاص الاستنتاجات البيولوجية من الفأر إلى الإنسان.

يعد المقال الحالي طفرة في ثورة علم المناعة النظمي والإمكانيات الجديدة التي تفتحها في عالم الطب الدقيق. وفقًا للأستاذ المشارك شين أور، "يسمح لنا علم المناعة الجهازي بتشخيص وظيفة الجهاز المناعي بناءً على العلامات البيولوجية. من خلال مزيج من المعرفة الطبية وأنظمة الكمبيوتر، سنكون قادرين في المستقبل القريب على فهم ما يحدث في الجسم، ومتى هو الوقت المناسب لإعطاء مريض معين دواء معين وكيف سيؤثر ذلك على جهازه المناعي. وهذا النموذج سيفتح لنا الصندوق الأسود المسمى جهاز المناعة البشري".

لمقالة في مجلة طرق الطبيعة