طوّر علماء أداة حاسوبية متقدمة تسمى “مو بيب جين” (moPepGen) تساعد في تحديد الطفرات الجينية التي كانت غير مرئية سابقا في البروتينات، مما يفتح آفاقا جديدة في أبحاث السرطان وعلاجاته.
وطور الأداة باحثون من جامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس في الولايات المتحدة وجامعة تورنتو الكندية، ونشرت نتائجهم في مجلة “نيتشر بيوتكنولوجي” (Nature Biotechnology) يوم 16 يونيو/حزيران الجاري، وكتب عنها موقع يوريك أليرت.
تطلق الخوارزمية الإمكانات الكاملة لعلم البروتوجينوميكس من خلال التغلب على تحدّ رئيسي في ربط الطفرات الجينية بالتغيرات على مستوى البروتين.
يجمع علم البروتوجينوميكس (Proteogenomics) بين دراسة الجينوميات والبروتيوميات، وعلم البروتيوميات هو دراسة التفاعلات والوظائف والتركيب والبنية الخاصة بالبروتينات وأنشطتها الخلوية لتوفير صورة جزيئية شاملة للأمراض.
ستساعد هذه الأداة على فهم كيفية تأثير التغيرات في حمضنا النووي على البروتينات، وكيف تسهم في نهاية المطاف في الإصابة بالسرطان، والأمراض العصبية التنكسية وغيرها من الحالات. كما توفر طريقة جديدة لإنشاء اختبارات تشخيصية، وإيجاد أهداف علاجية لم تكن واضحة للباحثين سابقا.
كان التحدي الرئيسي يتمثل في عدم القدرة على الكشف الدقيق عن الببتيدات المتغيرة، مما يحد من القدرة على تحديد الطفرات الجينية على مستوى البروتين. غالبا ما تفشل أدوات البروتيوميات الحالية في التقاط التنوع الكامل لتغيرات البروتين. للتغلب على هذا التحدي، طور الباحثون برنامج مو بيب جين، الذي يمكّن من تحديد التغيرات البروتينية بدقة أكبر.
صرح الدكتور تشنغهاو تشو، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم علم الوراثة البشرية بجامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس والمؤلف المشارك في الدراسة، “طورنا برنامج مو بيب جين لمساعدة الباحثين على تحديد المتغيرات الجينية التي يتم التعبير عنها فعليا على مستوى البروتين، مما يعالج تحديا طويل الأمد في مجال علم البروتينات الجينية”.
وأضاف “تحسّن أداتنا بشكل كبير من اكتشاف التغيرات البروتينية الخفية باستخدام نهج قائم على الرسوم البيانية لمعالجة جميع أنواع التغيرات الجينية بكفاءة، يوفر هذا رؤية أشمل لتنوع البروتين، ويمنح الباحثين صورة أدق بكثير عن كيفية تأثير الطفرات على المرض”.
يعد هذا المستوى من الدقة بالغ الأهمية لأن البروتينات تلعب دورا أساسيا في كل وظيفة بيولوجية تقريبا، ويمكن أن تشير التغيرات في بنيتها إلى تطور المرض، وخاصة في السرطان، ولا يزال تحليل البروتينات للكشف عن هذه التغيرات يمثل تحديا حسابيا هائلا.
قدرة هائلة على تحليل بيانات معقدة
بخلاف الطرق الحالية التي تكتشف في المقام الأول التغيرات الجينية البسيطة مثل استبدال الأحماض الأمينية المفردة، صممت أداة مو بيب جين لتحديد مجموعة واسعة من الاختلافات البروتينية الناتجة من التعديلات الجينية المعقدة.
وتعمل الأداة على نمذجة منهجية لكيفية التعبير عن الجينات وترجمتها إلى بروتينات، مما يوسّع بشكل كبير القدرة على اكتشاف الطفرات المرتبطة بالأمراض.
قال تشو “حتى الآن لم تكن هناك طريقة عملية للتعامل مع التعقيد الهائل للاختلاف الجيني والنسخي. تعمل الخوارزمية بسرعة، حتى عند تحليل كميات هائلة من البيانات، وهي مصممة للعمل عبر تقنيات وأنواع متعددة”.
لإثبات فعاليتها، استخدم الفريق أداة مو بيب جين لتحليل البيانات البروتينية الجينومية من خمسة أورام في البروستات، وثمانية أورام في الكلى، و376 سلالة خلوية.
ووجدوا أنها نجحت في تحديد اختلافات بروتينية لم يكن من الممكن اكتشافها سابقا مرتبطة بالطفرات الجينية، واندماج الجينات، والتغيرات الجزيئية الأخرى. كما أثبت أنه أكثر حساسية وشمولا من الطرق السابقة، حيث اكتشف متغيرات بروتينية فريدة أكثر بأربع مرات من الطرق القديمة.
ولاحظ الباحثون أن أحد أكثر تطبيقات مو بيب جين إثارة للاهتمام هو العلاج المناعي، إذ يمكنه تحديد الببتيدات المتغيرة الخاصة بالسرطان التي قد تستخدم كمرشحات لمستضدات جديدة، وهو أمر أساسي لتطوير لقاحات سرطانية وعلاجات خلوية مخصصة.
وصرح الدكتور بول بيتر، أستاذ جراحة المسالك البولية وعلم الوراثة البشرية في كلية ديفيد جيفن للطب بجامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس ومدير علوم بيانات السرطان في مركز جونسون الشامل للسرطان التابع لجامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس والمؤلف المشارك في الدراسة، “من خلال تسهيل تحليل المتغيرات البروتينية المعقدة، يمتلك مو بيب جين القدرة على تطوير الأبحاث في مجال السرطان والأمراض التنكسية العصبية وغيرها من المجالات التي يعد فيها فهم تنوع البروتينات أمرا بالغ الأهمية”.
وأضاف “إنه يسد الفجوة بين البيانات الجينية والتعبير البروتيني في العالم الحقيقي، مما يفتح آفاقا جديدة في الطب الدقيق وما بعده”.
الأداة متاحة مجانا للباحثين ويمكن دمجها مع سير عمل تحليل البروتينات الحالية، مما يجعلها متاحة للمختبرات في جميع أنحاء العالم، وفقا للباحثين.