Tweet

Stofwisselingsmodel zal ziektes genezen /reageer

Onderzoekers van de University of California in San Diego hebben het eerste complete computermodel van de menselijke stofwisseling ontwikkeld. Het model, dat via internet te bekijken is, is een grote stap voorwaarts in de Systeembiologie. Het zal onderzoekers helpen bij het vinden van nieuwe medicijnen, en bij het begrijpen van kanker en andere ziektes op moleculair niveau.
Systeembiologie is de wetenschap die biologische systemen bestudeerd als een geheel.

Computermodel

Het metabolisme van het menselijk lichaam is het geheel aan chemische reacties die betrokken zijn bij het omzetten van voedingstoffen naar de bouwstenen van alles waar het menselijk lichaam uit bestaat, van hormonen als insuline tot de lipides (vetstoffen) waar celwanden uit bestaan. Het computermodel van het menselijk metabolisme, ontwikkeld door onderzoekers in het laboratorium van Bernhard Palsson, professor biotechnologie, koppelt alle bekende chemische reacties in het menselijk lichaam aan elk menselijk gen.

Vergelijkbare modellen van de metabolisme van microben zoals gist en E. coli stellen onderzoekers in staat om organismes te ontwikkelen die op efficiëntere wijze producten als ethanol en anti-malaria medicijnen kunnen produceren. “Maar”, zegt Aviv Regev, een bio-informaticus aan het Broad Institute in Cambridge, Massachusetts in Technology Review, “een uitgebreid model van het menselijk metabolisme was voorheen niet voor handen”.

Eiwitproduct

Het nieuwe model bevat alle bekende genen en elke metabolische reactie die Palsson’s groep kon achterhalen tijdens een uitgebreide studie van wetenschappelijke literatuur. Een bepaald gen in de database is gekoppeld aan het bijbehorende eiwitproduct, welke weer gekoppeld kan zijn aan bepaalde metabolische reacties, die op hun beurt weer gekoppeld zijn aan andere reacties die uiteindelijk ter herleiden zijn naar voedingstoffen zoals glucose of een product zoals melatonine. Palsson noemt het model ‘een wiskundige representatie van al deze gegevens’. De online database zal continu worden bijgewerkt.

Regev zegt dat één van de meest beloftevolle toepassingen van het model de mogelijkheid is het te gebruiken als raamwerk om gegevens uit genexpressie-onderzoeken op te projecteren.

Door gebruik te maken van microarrays (een plaat met tientallen kleine ‘testbuisjes’) is het nu mogelijk om verschillen in genexpressie te vinden tussen bijvoorbeeld normaal leverweefsel, kankerachtig leverweefsel en diabetisch leverweefsel. Dergelijke informatie heeft de potentie om zowel de moleculaire oorzaken van ziekte te onthullen alsmede mogelijke manieren om ziektes te genezen. “Het probleem met deze studies”, zegt Regev, “is echter dat verschillen in genexpressie zich over het hele genoom uitspreiden”.

Kanker

Door gebruik te maken van microarrays is het mogelijk om verschillen in genexpressie te vinden tussen normaal leverweefsel, kankerachtig leverweefsel en diabetisch leverweefsel

Met behulp van het model kunnen onderzoekers invoeren welke genexpressies in ziek weefsel aanwezig zijn, om als uitvoer de metabolische trajecten te krijgen waarbij de bijbehorende genen betrokken zijn, in plaats van het minutieus doorzoeken van wetenschappelijke literatuur voor informatie over één gen per keer.

In het geval van de lever bijvoorbeeld kan het model onderzoekers vertellen dat een genexpressie die buitensporig aanwezig is in kankerachtig leverweefsel betrokken is bij specifieke metabolische reacties waar specifieke producten uit voortkomen. Onderzoekers kunnen dan op zoek gaan naar een medicijn dat deze specifieke reacties of producten aanpakt.

James Collins, professor biomedische technologie aan de Boston University, is al begonnen met het onderzoeken van netwerkverbanden in de studie van kanker, en hij zegt dat Palsson’s model gebruikt zal worden in dat onderzoek. ‘Het stelt ons in staat om grote hoeveelheid complexe data te filteren om zo specifieke processen op te sporen die verantwoordelijk kunnen zijn voor bepaalde typen kanker’, zegt Collins.

Optimaliseren

Een ander toepassingsgebied van het model is dat het onderzoekers in staat stelt bestaande medicijnen beter te begrijpen en te optimaliseren. ‘Het is lastig om na te gaan welke genen indirect beïnvloed worden door een medicijn’, zegt Collins. ‘Het is belangrijk zo nauwkeurig mogelijk te zijn om betere chemie en sterker intellectueel eigendom te verkrijgen, en om bijwerkingen beter te kunnen begrijpen’. Palsson wijst erop dat omdat het model meerdere trajecten kan identificeren die tot hetzelfde resultaat leiden, dit de farmaceutische industrie kan helpen bij het vinden van stoffen die dezelfde uitwerking hebben als reeds bestaande stoffen, zonder dat daarbij patenten van concurrenten worden overtreden.