Recon 2 – новая версия интерактивной карты метаболизма человека
На основании результатов, ранее полученных исследователями университета Калифорнии в Сан-Диего, международный консорциум университетских ученых составил наиболее подробную на сегодняшний день виртуальную реконструкцию метаболизма человека. Эту модель, получившую название Recon 2, можно использовать для идентификации причин и разработки новых методов лечения таких заболеваний, как рак, диабет и даже психиатрические и нейродегенеративные болезни.
Метаболизм, или обмен веществ, каждого человека, заключающийся в конвертации поступающих с пищей продуктов в энергию и ткани, определяется генетическими факторами, воздействием внешней среды и качеством питания. На протяжении длительного времени врачи признавали исключительную важность нарушений метаболизма в развитии заболеваний. А данные, в последние годы получаемые исследователями, в том числе работающими над так называемым «Проектом человеческого генома» и в области системной биологии, все больше подкрепляют это убеждение.
Разработчики сравнивают Recon 2 с картами, создаваемыми Google, так как они позволяют объединять множество мелких деталей в единую интерактивную карту. Например, специалисты, изучающие роль метаболизма в формировании условий, благоприятных для опухолевого роста, могут «приблизить» определенный фрагмент карты для получения детализированных изображений отдельных метаболических реакций, или отдалить его для того, чтобы разобраться во взаимосвязях между разными сигнальными механизмами и фрагментами метаболизма.
Исследователи уже продемонстрировали практичность и функциональность подобных многоуровневых моделей метаболизма простых организмов, таких как дрожжи и кишечная палочка (E.coli). Эти модели позволили создать штаммы микроорганизмов, способные синтезировать большие количества различных соединений, таких как этанол, а также прогнозировать развитие у бактерий устойчивости к лекарственным препаратам.
Одним из наиболее перспективных направлений применения Recon 2 является определение уровней экспрессии тех или иных генов, а также метаболических путей, в которые вовлечены их белковые продукты, для последующей разработки методов прицельной доставки лекарств. В настоящее время уже существуют крупные базы данных, содержащие информацию об экспрессии генов в человеческих клетках, подвергшихся воздействию активных ингредиентов применяющихся в клинической практике и экспериментальных препаратов. Recon 2 позволяет специалистам использовать эти имеющиеся в наличии данные для того, чтобы выяснить, каким образом определенные препараты могут повлиять на те или иные метаболические механизмы, например, благоприятствующие росту злокачественных опухолей. Они получают возможность проводить виртуальные эксперименты, демонстрирующие способность препаратов восстанавливать метаболические нарушения, лежащие в основе развития заболеваний.
Recon 1 – прототип Recon 2 – был создан в 2007 году шестью учеными калифорнийского университета, работающими под руководством профессора Бернарда Палссона (Bernhard Palsson). Он включал в себя более чем 3 300 известных метаболических реакций, информация о которых была накоплена на протяжении предшествующих 50 лет. При создании Recon 2 это количество «нанесенных на карту» метаболических реакций увеличилось до более чем 7 400. Recon 2 находится в открытом доступе на сайте Recon x.
По словам возглавившей консорциум Инес Тиле (Ines Thiele), бывшей выпускницы университета Калифорнии, в настоящее время работающей в университете Исландии, Recon 2 уже доказал свою функциональность. С его помощью были успешно определены нарушения метаболизма, на сегодняшний день используемые для диагностики наследственных заболеваний обмена веществ.
Профессор Тиле считает, что этот фундаментальный ресурс, вне всякого сомнения, позволит сделать множество ценных прогнозов, которые ускорят переход результатов научных экспериментов в клиническую практику. По ее словам, конечной целью создания Recon 2 является его использование для персонализации диагностики и лечения. В будущем врачи смогут создавать на его основе индивидуальные схемы метаболизма своих пациентов и подбирать оптимальные для них терапевтические подходы к лечению различных заболеваний, в том числе диабета, рака и нейродегенеративных болезней.
Создатели Recon 2 признают, что впереди еще очень много работы, так как, несмотря на значительное усовершенствование по сравнению с Recon 1, он содержит информацию всего о 1 800 из примерно 20 000 кодирующих белки генов человеческого генома.
Вверху – центральная часть карты, внизу – ее сегодняшний вариант, Recon 2.
Как будет выглядеть полная карта всех метаболических путей человеческого организма, представьте сами.
Статья Ines Thiele et al. A community-driven global reconstruction of human metabolism опубликована в журнале Nature Biotechnology.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам UC San Diego:
International consortium builds 'Google Map' of human metabolism.
05.03.2013