«BENEIN» یک شبکه رایانه‌ای است که می‌تواند تنظیم‌کننده‌های اصلی عامل سرطانی شدن سلول‌های طبیعی را شناسایی کند.

به نقل از ادونسد ساینس نیوز، یک گروه پژوهشی به سرپرستی «کوآنگ هیون چو»(Kwang-Hyun Cho)، پژوهشگر «مؤسسه علم و فناوری پیشرفته کره جنوبی»(KAIST) برای ایجاد این شبکه رایانه‌ای، سیستمی را مبتنی بر «جبر بولی» توسعه دادند. جبر بولی نوعی چارچوب ریاضی است که در آن داده‌ها فقط دو حالت ممکن مانند درست یا نادرست دارند. در این پژوهش، ژن‌ها به‌ عنوان روشن یا خاموش مدل‌سازی شدند و به پژوهشگران کمک کردند تا بفهمند چگونه رفتار سلولی را تنظیم ‌کنند.

این سیستم قادر به بازسازی شبکه‌های تنظیم‌کننده ژن و تنظیم‌کننده‌های اصلی است که می‌توانند به سرطانی شدن سلول‌ها منجر شوند. پژوهشگران این شبکه رایانه‌ای را «استنتاج و کنترل شبکه بولی»(BENEIN) نامیدند.

چو گفت: تمایز سلولی فرآیندی است که طی آن سلول‌های پیش‌ساز نابالغ به انواع خاصی از سلول‌ها مانند سلول‌های عضلانی، عصبی یا روده تبدیل می‌شوند و عملکردهای بیولوژیکی مشخصی را انجام می‌دهند. این فرآیند توسط شبکه‌های تنظیم‌کننده ژن و سیگنال‌دهی آنها دقیقا تنظیم می‌شود، اما سرطان، جهش‌های ژنتیکی این شبکه‌ها را مختل می‌کند و باعث می‌شود سلول‌ها عملکرد تخصصی خود را از دست بدهند.

این امر می‌تواند به ورود سلول‌ها به یک حالت نابالغ منجر شود که تعداد آنها را به سرعت افزایش می‌دهد. قرار گرفتن سلول‌ها تحت این تمایززدایی می‌تواند به ایجاد ویژگی‌های سرطانی از طریق فرآیند سرطان‌زایی منجر شود.

ایده گروه چو این است که ویژگی‌های سلولی طبیعی را می‌توان در فرآیندی به نام «تمایز مجدد» بازیابی کرد و روند سرکوب را روی ویژگی‌های خاص سرطان انجام داد. با فعال یا سرکوب کردن تنظیم‌کننده‌های اصلی ممکن است سلول‌های سرطانی بتوانند به حالت عادی بازگردند.

معکوس کردن سرطان یک رویکرد درمانی نسبتا جدید برای این بیماری و ارائه یک جایگزین امیدوارکننده برای درمان‌های مرسوم آن است. هدف از این رویکرد، بازگرداندن سلول‌های سرطانی به حالت تمایز و غیر سرطانی با القای بیان مجدد این ژن‌هاست. برای انجام دادن این کار باید تنظیم‌کننده‌های اصلی که برای اولین بار به ایجاد تمایززدایی منجر شدند، شناسایی شوند.

چو گفت: شناسایی تنظیم‌کننده‌های اصلی شامل چندین عامل پیچیده است. شناسایی تنظیم‌کننده‌های اصلی به دلیل ماهیت غیر خطی و پویای شبکه‌های تنظیم‌کننده ژن، چالش‌برانگیز است. این شبکه‌ها حلقه‌های بازخورد پیچیده و تعاملات بین ژن‌های متعدد را نشان می‌دهند که شناسایی تنظیم‌کننده‌های دارای بیشترین تأثیر را دشوار می‌سازد.

وی افزود: تنظیم ژن یک کار پیچیده و غیر قابل پیش‌بینی است که با تعاملات پویا و حلقه‌های بازخورد مشخص می‌شود. بنابراین، مدل‌سازی دقیق کل شبکه‌های تنظیم‌کننده ژن نیز چالش‌برانگیز است، اما مدل‌سازی شبکه بولی با کاهش بیان ژن به حالت‌های روشن و خاموش، این کار را ساده می‌کند.

چو ادامه داد: این کارآیی محاسباتی، شبکه‌های بولی را به گزینه‌های مناسبی برای مطالعه فرآیندهای بیولوژیکی پیچیده مانند تمایز سلولی تبدیل می‌کند. سیستم BENEIN با بازسازی شبکه‌های تنظیم‌کننده ژن از داده‌های رونوشت تک‌سلولی، از این مزایا استفاده می‌کند.

اگرچه این گروه پژوهشی، BENEIN را تنها با استفاده از سلول‌های سرطان روده بزرگ آزمایش کردند، اما معتقدند که استفاده از آن را می‌توان به سایر سرطان‌ها و حتی سایر بیماری‌های سلولی نیز گسترش داد. چو گفت: کاربردهای BENEIN فراتر از معکوس کردن سرطان است. این شبکه با شناسایی تنظیم‌کننده‌های کلیدی تغییر حالت سلول می‌تواند کاربردهای گسترده‌تری را در کنترل سرنوشت سلول داشته باشد. این امر، فرصت‌های جدیدی را برای مطالعه و تنظیم کردن مکانیسم‌های زیربنای حالت‌های گوناگون سلول فراهم می‌کند.

این پژوهش در مجله «Advanced Science» به چاپ رسید.