Гени без мазнини Човек и биотехнологии Изкуство и култура в Австрийския форум
Институт за геномика и биоинформатика
Джулиан Богнер-Щраус е доцент в Института за геномика и биоинформатика към TU Грац. Заедно със своята работна група тя изследва характеризирането на гени, които играят роля в липидния метаболизъм. В момента тя ръководи подпроекти в рамките на австрийската програма за изследване на генома "GEN-AU Genome Research в Австрия" и в DK-plus: "Метаболитни и сърдечно-съдови заболявания".
Затлъстяването нараства бързо в световен мащаб през последните няколко десетилетия и сега е не само риск за здравето, но и икономически проблем.Ние се интересуваме от идентифицирането и характеризирането на гени, които играят важна роля в липидния метаболизъм. За това ние използваме предимно модели на клетъчни култури, в които можем да включваме и изключваме тези гени, както е необходимо и които ни дават много бърз отговор на въпроса дали тези гени играят роля при съхранението на мазнини в клетките. Интересът на фармацевтичната индустрия към въздействие върху такива гени в контекста на терапевтични приложения бързо нараства.
Затлъстяването (затлъстяването) достигна огромни размери през последните няколко десетилетия, което го прави не само риск за здравето, но и значителен икономически проблем. Днес същият брой хора по света страдат от недохранване, както от затлъстяване (около един милиард всеки). Затлъстяването води до много вторични заболявания като диабет тип 2, високи нива на липидите в кръвта, високо кръвно налягане, атеросклероза, инфаркти, инсулти, рак, безплодие, артрит и много други. В Австрия около 50% от населението е с наднормено тегло и 15% са с наднормено тегло. Наднорменото тегло е индекс на телесна маса (ИТМ)> 25, а затлъстяването е ИТМ над 30. ИТМ се изчислява, както следва:
Процентът на затлъстелите хора в Австрия рязко се е увеличил през последните години: преди 20 години е бил осем процента, днес е почти два пъти повече. Единадесет процента от австрийците на възраст от шест до 14 години също са с наднормено тегло.
По този начин Австрия е в средата на полето в Европа и, погледнато в световен мащаб, е далеч надвишена от страни като САЩ, Аляска и Иран. В тези страни затлъстяването вече засяга над 30 процента от населението. По света около 15 милиона души умират всяка година от сърдечно-съдови заболявания, като инфаркти и инсулти, които се появяват в резултат на или в резултат на затлъстяване. (Погрешната) диета със сигурност играе основна роля в развитието на затлъстяването. Проблемът е "прост": тялото консумира повече енергия, отколкото може да изгори.
По този начин се създава незабавно мастна натрупване - с добра причина: тялото ни е програмирано да предприема предпазни мерки от зората на човечеството, а именно за „лоши времена“, когато храната може да е в недостиг. Но заседналият ни начин на живот също играе изключително „важна“ роля в развитието на затлъстяването.
Разбира се, съществуват и генетични предразположения за развитие на затлъстяване, включително както моногенетични, така и полигенетични предразположения (развитието на характеристика като затлъстяване чрез един или множество гени). Те обаче са много по-малко подходящи от свръхконсумацията на храна и заседналия начин на живот. Затлъстяването и споменатите по-горе заболявания се основават, наред с други неща, на нарушения на липидния метаболизъм, които водят до масивно съхранение на липиди (мазнини) в мастната тъкан и в други тъкани като сърдечен мускул, скелетни мускули и черен дроб.
Сега работната ми група си постави предизвикателството да идентифицира гени, които играят роля в развитието на мастните клетки (адипогенеза) и да опише тези гени функционално. Днес ние познаваме целия човешки геном, но само 50 процента от гените са идентифицирани в тяхната функция. За да намерим функционално нехарактеризирани гени, които биха могли да играят роля в липидния метаболизъм или при образуването на мастни клетки, използваме анализа на транскриптома като първа стъпка.
Използвайки тази техника, прекурсорните мастни клетки (преадипоцити) и мастните клетки (адипоцити), отглеждани в култура, се сравняват на генетично ниво. Преадипоцитите и адипоцитите имат едни и същи гени, но за да може мастната клетка-предшественик да се превърне в мастна клетка, някои гени трябва да се регулират нагоре, а други да се регулират надолу. Тези регулирани гени могат да бъдат изследвани с помощта на транскриптомен анализ.
В тези експерименти можем да изследваме едновременно около 15 000 гена за тяхната регулация. В този момент биоинформатиката влиза в игра. Ръчната оценка на такъв експеримент вероятно ще отнеме месеци; с помощта на биоинформатиката това може да се направи в рамките на няколко часа или дни, в зависимост от обхвата на експеримента. Резултатът е списък с функционално характеризирани и - още по-интересни за нас - функционално нехарактеризирани гени, които се регулират по време на образуването на мастната клетка. В следваща стъпка тези гени са индивидуално свръхпродуцирани или изключени в клетките в културата. Сега последиците могат да бъдат далеч, например свръхпроизводството или изключването на ген в мастните клетки-прекурсори може да доведе до това, че тези преадипоцити вече не стават мастни клетки. Разбира се, възможен е и обратният сценарий; Тоест изключването или свръхпродукцията на ген води до още по-ефективно съхранение на мазнини в преадипоцитите.
В момента работим върху ген, който е необходим за производството на мастни клетки от мастни клетки-предшественици. Ако изключим гена в клетките в културата, те вече не са в състояние да съхраняват липиди. Следващата стъпка в нашата лаборатория е да изключим този ген при мишки, за да разберем дали тези мишки вече не са в състояние да изграждат мастна тъкан.
Идентифицирането на такива гени и тяхната функционална характеристика естествено оказват огромно влияние върху разбирането за регулирането на липидния метаболизъм. Съответно, по време на нарастващо затлъстяване и свързаните с него заболявания, интересът на фармацевтичната индустрия да повлияе на такива гени като цели в терапевтичното приложение е съответно голям.