Il sequenziamento del genoma ha rivoluzionato la genetica. Richiede anche nuovi strumenti matematici per aiutare gli scienziati a dare un senso a enormi quantità di dati. Applicare nuova matematica, Cristina Crona, un assistente universitario americano che ricerca nel campo della biologia matematica, e i suoi colleghi mostrano come classificare i mutanti dei patogeni può aiutare gli scienziati a capire come i mutanti si evolvono per resistere ai trattamenti farmacologici. Questa linea di ricerca potrebbe avere implicazioni per il trattamento di malattie che possono resistere ai trattamenti farmacologici, come HIV e malaria.
In un nuovo documento, pubblicato sulla rivista eLife , i ricercatori mostrano che l'ordine di rango è un modo per identificare interazioni genetiche complesse. I metodi convenzionali per identificare interazioni geniche complesse si basano su misurazioni precise dell'idoneità genetica dei mutanti. Però, le misure di fitness non sono facilmente applicabili, e non sempre sono affidabili. Al contrario, il metodo dell'ordine di rango funziona, anche se i dati sono incompleti.
Prima della pubblicazione in eLife , Crona ha presentato i risultati a un convegno accademico. Nessuno dei biologi tra il pubblico aveva sentito parlare dello strumento matematico che usa per analizzare gli ordini di rango. Alla fine del suo discorso, tutti hanno capito come utilizzare lo strumento per identificare interazioni geniche complesse. La nuova scorciatoia è stata accolta con entusiasmo. E la matematica è facile.
"È matematica all'asilo, "Spiega Crona.
Crona usa "parole di Dyck, " una formula che prende il nome dal matematico tedesco del XIX secolo Walther Franz Anton von Dyck, per abbinare il genotipo con le lettere. Le lettere "x" e "y" sono assegnate ai mutanti dell'agente patogeno. I mutanti singoli e tripli corrispondono a "x, " e immutato, mutanti doppie e quadruple corrispondono a "y". Il numero dispari di mutazioni produce "x" e i numeri pari producono "y". I mutanti nell'ordine sono classificati da fitness alto a basso.
"Da sinistra a destra, contiamo x e y. Se ci sono sempre più x, o lo stesso numero di mutanti è x, allora quello che ottieni è una parola di Dyck. Ciò significa che si può vedere che si ha a che fare con una complessa interazione genica, " disse Crona.
Le interazioni genetiche complesse coinvolgono tre o più mutazioni in un agente patogeno. È nelle interazioni genetiche complesse quando gli agenti patogeni hanno una maggiore idoneità ed evolvono pericolosamente, come un agente patogeno abbastanza forte da resistere agli antibiotici. I ricercatori hanno identificato una complessa interazione genica che coinvolge tre o più mutazioni per l'HIV; un parassita che causa la malaria; il tipo di fungo che causa la muffa nera su frutta e verdura; e una famiglia di mutazioni genetiche che contribuiscono alla resistenza agli antibiotici.
Crona ha iniziato a pensare ai ranghi mentre lavorava con la biologa Miriam Barlow sul problema del ciclo degli antibiotici, con cui i medici ospedalieri ruotano diversi antibiotici per contrastare le infezioni dei pazienti. Cercando di aiutare i medici a massimizzare l'efficacia degli antibiotici, il team ha creato un software chiamato "Time Machine" che utilizza le probabilità e riavvolge l'evoluzione dei batteri per verificare le opzioni di trattamento per 15 antibiotici utilizzati per combattere le infezioni comuni. Crona notò che gli ordini di rango erano sorprendentemente robusti. I numeri sono risultati leggermente diversi in ogni esperimento, ma i mutanti più pericolosi erano sempre pericolosi, e innocuo sempre innocuo.
L'ordine di rango può aiutare i medici? Crona la pensa così. In medicina in futuro, i medici possono essere in grado di trarre vantaggio da complesse interazioni genetiche quando sviluppano piani di trattamento. L'ordine di rango può aiutare a tagliare la catena di eventi nell'evoluzione di un pericoloso agente patogeno. Prevenire minore, mutanti intermedi potrebbero fermare l'evoluzione di un patogeno, disse Crona.
