רפואה מדויקת. יותר.

כתב העת Nature Methods מדווח על אלגוריתם מהפכני המאפשר השוואה כמותית של תהליכים ביולוגיים. את האלגוריתם פיתח פרופ'-משנה שי שן-אור מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון, שמעריך שהשפעותיו היישומיות יהיו רחבות ומשמעותיות

 

פרופ'-משנה שן-אור

פרופ'-משנה שן-אור

מאמר שהתפרסם אתמול בכתב העת Nature Methods מציג גישה חדשנית להשוואת תהליכים ביולוגיים מורכבים. את הגישה פיתחה קבוצת מחקר בראשות פרופ'-משנה שי שן-אור, הדוקטורנטית איילת אלפרט, לינדזי מור וטניה דובוביק מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט.

בשנים האחרונות חלה קפיצת מדרגה בפיתוחן של טכנולוגיות חדשניות האוספות מידע רב (big data) על תאים בודדים, למשל ריצוף RNA וציטומטריית מסות (mass cytometry). שיטות אלה שימשו לתיאור תהליכים התפתחותיים באופן מפורט וברזולוציה חסרת תקדים. עם זאת, עדיין לא נמצאה שום מסגרת כמותית מתאימה להשוואה בין שני תהליכים שתוארו באופן כזה.

האלגוריתם החדשני, הנקרא cellAlign, מאפשר לנצל את הנתונים הרבים המתקבלים בשיטות אלה ולהשוות בין תהליכים באופן מערכתי תוך שימור רזולוציה גבוהה הן ברמת הזמן והן ברמת הגן הבודד. לדברי פרופ'-משנה שן-אור, "האלגוריתם מסוגל לזהות קווי דמיון ושוני בין דפוסי ביטוי של סמנים (mRNA או חלבונים), וזאת ברזולוציה הגבוהה ביותר. כך הוא מאפשר לכמת את רמת הדמיון בין הדינמיקה של מסלולים גנטיים בתהליכים שונים או באורגניזמים שונים ולזהות את הדינמיקות השמורות-אבולוציונית."

לדברי פרופ'-משנה שן-אור, "ההתפתחויות במחקר הביולוגי נשענות במידה רבה על השוואות, ולידיעתנו אין שום שיטה מתחרה להשוואה של דינמיקות ביטוי ברזולוציה כזו על סמך התא הבודד. ראוי לציין שהאלגוריתם רלוונטי למגוון רחב של יישומים בתחומים מגוונים ובהם אימונולוגיה, ביולוגיה התפתחותית ומערכתית והנדסה ביו-רפואית."

 

הדוקטורנטית איילת אלפרט

הדוקטורנטית איילת אלפרט

קבוצת המחקר יישמה את האלגוריתם החדשני לצורך השוואה של מסלולי הביטוי הגנטי של גנים בשלבים העובריים המוקדמים באדם ובעכבר, חיה שמשמשת במקרים רבים כמודל לאדם. באמצעות האלגוריתם הצליחו החוקרים לבצע ניתוח השוואתי של מסלולים גנטיים על ציר הזמן ההתפתחותי ולקבוע את סדר ההפעלה (אקטיבציה) של גנים שונים בתהליך, וכך לשפוך אור על דמיון ושוני בין מסלולים גנטיים בין המינים.

באמצעות cellAlign הצליחה קבוצת המחקר בטכניון לזהות בהתפתחות העוברית של אדם ועכבר קבוצות גנים שהדינמיקה שלהם שמורה אבולוציונית. זאת לעומת קבוצות גנים אחרות המאופיינות בעיכוב במין אחד לעומת השני וכאלה בעלות דינמיקה שונה לחלוטין בין המינים. מאחר שדינמיקה של גנים בתהליך מוקדם זה קריטית להתפתחות האורגניזם, הבדלים אלה מייצגים שינויים פיזיולוגיים בין המינים וחייבים להילקח בחשבון בעת הסקת מסקנות ביולוגיות מהעכבר לאדם.

המאמר הנוכחי מהווה פריצת דרך במהפכת האימונולוגיה המערכתית (Systems Immunology) ובאפשרויות החדשות שהיא פותחת בעולם הרפואה המדויקת. לדברי פרופ'-משנה שן-אור, "אימונולוגיה מערכתית מאפשרת לנו לאבחן את תפקוד מערכת החיסון על סמך סמנים ביולוגיים. באמצעות שילוב בין ידע רפואי ומערכות מחשב נוכל בעתיד הקרוב להבין מה קורה בגוף, מהו הזמן הנכון לתת למטופל הספציפי תרופה מסוימת וכיצד היא תשפיע על מערכת החיסון שלו. הפרדיגמה הזאת תפתח עבורנו את הקופסה השחורה שנקראת מערכת החיסון האנושית."

למאמר בכתב העת Nature Methods לחצו כאן