«Эта статья представляет новую концепцию биоинформатики, названную Gene Rank (GR)», – пояснил Демиденко. "GR рассчитывается на основе данных об экспрессии генов и отражает, насколько хорошо конкретный ген связан с другими генами. Наша GR построена на основе PageRank, используемого Google для ранжирования и отображения веб-страниц при поиске по ключевым словам."
Как новая научная концепция, GR рассматривает генетические сети под другим углом, что может привести к новым биологическим открытиям и формулированию новой научной гипотезы с важными клиническими приложениями. Многие другие исследования в области биоинформатики проверяли свои концепции с помощью компьютерного моделирования.
Демиденко проверил GR в различных исследованиях de novo, в результате чего были получены правдоподобные биологические результаты. Например, одна серия тестировала сложность генов на четырех стадиях развития риса, показывая, что со временем она постепенно увеличивалась. Последующий тест на мухах дрозофилы показал, что их гены сложнее, чем у риса, но менее сложны, чем гены человека. Это ожидаемые результаты, и соответствие биологическим ожиданиям считается подтверждением концепции.
Демиденко применил концепцию GR к нескольким наборам данных по экспрессии генов, связанных с раком, и обнаружил, что отключенные гены в опухолях связаны с раком. «Это провокационное заявление, но мы можем сказать, что гены рака – убийцы одиноких», – сказал Демиденко. Дальнейшее исследование показало, что GR одного и того же гена изменяется во время развития рака, и что это может быть использовано для прогноза заболевания, а также для раннего обнаружения рака.
«Разработанный компьютерный алгоритм позволяет вычислить GR для 50 тысяч генов и 500 образцов всего за несколько минут на персональном компьютере», – сказал Демиденко. «Наш GR может использоваться исследователями ежедневно для исследования и определения динамической сложности живых организмов.
В частности, это будет полезно для характеристики злокачественных опухолей."
Дальнейшая работа Демиденко включает в себя применение новой GR к другим наборам данных, чтобы определить, как изменяется связность генов в ходе развития опухоли и как связность генов меняется в разных опухолях.
Евгений Демиденко, доктор философии, профессор недавно созданного отделения биомедицинских данных в Медицинской школе Гейзеля в Дартмуте, а также адъюнкт-профессор инженерной школы Тайера и факультета математики Дартмутского колледжа. Его работе в области рака способствует онкологический центр Норриса Коттона в Дартмуте.
Эта работа была поддержана грантами P20RR024475 и P20GM103534 Национальных институтов здравоохранения при дополнительной поддержке доктора. Джейсон Мур, директор Дартмутского института количественных биологических наук.