Genoomsequencing heeft een revolutie teweeggebracht in de genetica. Het vereist ook nieuwe wiskundige hulpmiddelen om levenswetenschappers te helpen enorme hoeveelheden gegevens te begrijpen. Nieuwe wiskunde toepassen, Kristina Krona, een Amerikaanse universitaire assistent-professor die onderzoek doet op het gebied van wiskundige biologie, en haar collega's laten zien hoe het rangschikken van pathogene mutanten wetenschappers kan helpen begrijpen hoe mutanten evolueren om medicamenteuze behandelingen te weerstaan. Deze onderzoekslijn kan implicaties hebben voor de behandeling van ziekten die medicamenteuze behandelingen kunnen weerstaan, zoals hiv en malaria.

In een nieuwe krant gepubliceerd in het tijdschrift eLife , de onderzoekers laten zien dat rangorde een manier is om complexe genetische interacties te identificeren. Conventionele methoden voor het identificeren van complexe geninteracties zijn afhankelijk van nauwkeurige metingen van de genetische geschiktheid van mutanten. Echter, fitness maatregelen zijn niet gemakkelijk toe te passen, en ze zijn niet altijd betrouwbaar. Daarentegen, de rangordemethode werkt, ook als de gegevens onvolledig zijn.

Voorafgaand aan de publicatie in eLife , Crona presenteerde de resultaten op een academische conferentie. Geen van de biologen in het publiek had gehoord van de wiskundige tool die ze gebruikt voor het analyseren van rangorden. Tegen het einde van haar toespraak, iedereen begreep hoe de tool te gebruiken voor het identificeren van complexe geninteracties. De nieuwe snelkoppeling werd enthousiast ontvangen. En de wiskunde is eenvoudig.

"Het is wiskunde op de kleuterschool, ' legde Krona uit.

Crona gebruikt "Dyck woorden, " een formule genoemd naar de 19e-eeuwse Duitse wiskundige Walther Franz Anton von Dyck, om het genotype te matchen met letters. Letters "x" en "y" zijn toegewezen aan de pathogene mutanten. Enkele en drievoudige mutanten komen overeen met "x, "en ongemuteerd, dubbele en viervoudige mutanten komen overeen met "y". Het oneven aantal mutaties produceert "x" en even nummers produceren "y". De mutanten in de volgorde zijn gerangschikt van hoog naar laag fitness.

"Van links naar rechts, we tellen x'en en y's. Als er altijd meer x'en zijn, of hetzelfde aantal mutanten zijn x'en, dan krijg je een Dyck-woord. Dit betekent dat men kan zien dat men te maken heeft met een complexe geninteractie, ' zei Krona.

Complexe genetische interacties omvatten drie of meer mutaties in een pathogeen. Het is in complexe genetische interacties wanneer ziekteverwekkers een hogere fitheid hebben en gevaarlijk evolueren, zoals een ziekteverwekker die sterk genoeg is om antibiotica te weerstaan. De onderzoekers identificeerden complexe geninteractie met drie of meer mutaties voor HIV; een malaria-veroorzakende parasiet; het type schimmel dat zwarte schimmel op groenten en fruit veroorzaakt; en een familie van genetische mutaties die bijdragen aan antibioticaresistentie.

Crona begon na te denken over rangorde terwijl ze met bioloog Miriam Barlow werkte aan het probleem van antibioticacycli, waarbij ziekenhuisartsen verschillende antibiotica rouleren om patiëntinfecties te dwarsbomen. Doktoren proberen de effectiviteit van antibiotica te maximaliseren, het team creëerde software genaamd "Time Machine" die waarschijnlijkheden gebruikt en de evolutie van bacteriën terugspoelt om behandelingsopties te verifiëren voor 15 antibiotica die worden gebruikt om veelvoorkomende infecties te bestrijden. Crona merkte op dat rangorden verrassend robuust waren. De cijfers kwamen bij elk experiment een beetje anders uit, maar de gevaarlijkste mutanten waren altijd gevaarlijk, en onschadelijk altijd onschadelijk.

Kan rangorde artsen helpen? Crona denkt van wel. In de geneeskunde in de toekomst, artsen kunnen mogelijk profiteren van complexe geninteracties wanneer ze behandelplannen ontwikkelen. Rangorde kan helpen bij het afsnijden van de reeks gebeurtenissen in de evolutie van een gevaarlijke ziekteverwekker. Voorkomen van minder, intermediaire mutanten kunnen de evolutie van een pathogeen stoppen, zei Crona.