탱고의 시너지 리듬으로 COVID-19와 싸우다

작성자 : Chris Sciacca

IBM 동료이자 아르헨티나 인 Gustavo Stolovitzky는 탱고에 대해 한두 가지를 알고 있습니다. 그리고 유명한 부에노스 아이레스 사교 댄스는 생명 과학에 대한 성가신 질문을 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 두 가지 약물을 동일한 세포에 적용하면 어떻게 될까요?

크레딧 : Wikimedia

답은 둘의 시너지 효과에서 찾을 수 있습니다.

Stolovitzky와 그의 팀은 지난 5 년 동안 East Harlem New York의 Mount Sinai에있는 Icahn School of Medicine에서이 질문을 조사해 왔으며, Stolovitzky는 작년까지 겸임 교수였습니다. 문제는 도전적인 문제입니다. 주로 물리학의 기본 법칙에 동의하지 않는 것 같습니다.

“몸체에 두 개의 힘이 가해지면 결과적인 힘은 중첩이라고하는 원리 인 두 힘의 합이됩니다. 이것은 물리학에서 잘 알려져 있지만 동일한 세포에 두 가지 다른 약물을 적용 할 때 전 사체 수준에서 작동하지 않습니다.”라고 Stolovitzky는 말합니다.

그렇기 때문에 HIV 환자 는 개별적으로 바이러스를 막는 데 효과적이지 않은 약물을 결합한 약물 칵테일로 치료합니다. 그러나 조합하면 극적인 개선으로 이어질 수 있습니다. Stolovitzky는 약물 조합을 이해하기를 원하며 올바른 데이터, 기계 학습 및 슈퍼 컴퓨팅을 사용하여 달성 할 수 있다고 생각합니다.

최근 eLife 에 발표 된 논문에서 " 약물 조합에 대한 세포의 전사 반응은 단일 요법에 대한 반응의 합계 이상입니다. " 그와 그의 팀은 유방암과 전립선 암에 대한 약물 조합을 조사했습니다.

이제 그들은 Oak Ridge National Lab의 IBM Summit 슈퍼 컴퓨터를 사용하여 동일한 알고리즘을 다른 목적으로 실행하고 있습니다. 즉, 코로나 바이러스와 싸우기 위해 약물 조합을 테스트하는 것입니다.

함께하면 더 좋다

인생의 많은 것들이 시너지로 귀결됩니다.이 연구에서 시너지는 세포가 약물 조합에 어떻게 반응 하는지를 의미합니다. 이 논문에서 과학자들은 유방암 예방에 사용되는 선택적 에스트로겐 수용체 조절제 인 타목시펜과 항 말라리아 치료제 인 메플로퀸의 시너지 효과를 연구했습니다. 결과는 놀랍다 고 Stolovitzky는 말합니다.

고립 된 상태에서 유전자 발현에는 거의 변화가 없었지만, 약물을 결합했을 때 유전자 발현 변화는 엄청났습니다. 세포 배양에서 관찰 된 시너지 효과에 비례하여 증가했습니다.

이 개념을 사용하여 팀은 약물이 시너지 효과를 내도록 선택할 수 있다는 것을 발견했습니다. 즉, 단일 약물에 대한 반응으로 예상되는 것보다 결합 될 때 암세포를 죽이는 데 더 강력하다는 의미입니다. 이것은 두 약물의 유전자 발현이 분자 수준에서 상관 관계가있을 때 발생하는 경향이 있다고 Stolovitzky는 말했다.

Stolovitzky는“각 유전자의 수준에서 그들은 완고하고 단일 약물의 효과로 변화하기를 원하지 않는 것과 같습니다. "그러나 두 가지 약물이 시너지 효과를 발휘할 때 유전자는 동시에 같은 방향으로 '밀어 나가'므로 암세포에서 죽음을 활성화하는 엄청난 시너지 유전자 발현 변화가 일어나 암 환자에게 중요합니다."

이 아이디어를 바탕으로 과학자들은 상호 관련된 유전자 발현 반응을 유도하는 약물과 특정 약물 조합에 대해 더 나은 반응을 보이는 유전자를 찾는 알고리즘을 만들었습니다. Mount Sinai에있는 Icahn School of Medicine의 전 학생 Jennifer Diaz와 함께 일하면서 Stolovitzky는 현재 COVID-19 고성능 컴퓨팅 컨소시엄 덕분에 제공되는 IBM의 Summit 슈퍼 컴퓨터를 사용하여 알고리즘을 확장하는 과정에 있습니다 .

Stolovitzky와 Diaz는이를 FDA 승인 약물 데이터베이스에 적용하여 COVID-19를 유발하는 SARS-COV-2 바이러스에 대한 세포의 반응에 중요한 생물학적 과정의 시너지 활성화를 발견했습니다. 이러한 과정에는 글리코 실화, 프로 테오 좀, 엔도 좀,자가 포식 및 단백질 밀매가 포함되며 어떤 시너지 조합이 가장 좋은지 결정하려고합니다.

이를 위해 첫 번째 단계는 700,000 개 이상의 약물 조합 데이터베이스를 만드는 것입니다. 각 조합에 대해 컴퓨터는 서로 다른 세포주의 독립적 인 약물 시너지 데이터 세트에 대해 훈련 된 알고리즘을 사용하여 시너지 유전자 발현을 예측했습니다. 이 알고리즘은 공용 데이터베이스 인 Connectivity Map에서 연구 된 세 개의 세포주에 적용되었습니다.

Stolovitzky는이 알고리즘을 실행하여 280 만 개 이상의 예측 세트를 산출했다고 말합니다. 그런 다음 가장 잠재적으로 유망한 조합을 선택했습니다.이 조합은 곧 진행중인 유행병을 막기 위해 코로나 바이러스에 감염된 세포주를 죽이는 데 얼마나 효과적인지 확인하기 위해 Mount Sinai 연구원에 의해 실험적으로 테스트 될 것입니다.

분자 수준에서도 탱고에 2가 걸립니다.

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