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使用排序来识别复杂的遗传相互作用

2019-05-07 13:58:28 • 来源：

基因组测序彻底改变了遗传学。它还需要新的数学工具来帮助生命科学家理解大量数据。应用新的数学，美国大学数学生物学研究助理教授克里斯蒂娜克罗纳和她的同事展示了如何对病原体突变体进行排序，以帮助科学家了解突变体如何进化以抵抗药物治疗。这一系列研究可能对治疗能够抵抗药物治疗的疾病有影响，例如艾滋病毒和疟疾。

使用排序来识别复杂的遗传相互作用

在发表在eLife期刊上的一篇新论文中，研究人员表明排名顺序是识别复杂遗传相互作用的一种方法。用于鉴定复杂基因相互作用的常规方法依赖于突变体的遗传适合性的精确测量。然而，健身措施不容易应用，并且它们并不总是可靠的。相比之下，即使数据不完整，排名顺序方法仍然有效。

在eLife上发表之前，Crona在学术会议上公布了结果。观众中没有一个生物学家听说过她用来分析排名顺序的数学工具。在她的演讲结束时，每个人都明白如何使用该工具来识别复杂的基因相互作用。热情地收到了新的捷径。数学很容易。

“这是幼儿园的数学，”Crona解释说。

Crona使用“Dyck单词”，一个以19世纪德国数学家Walther Franz Anton von Dyck命名的公式，将基因型与字母相匹配。字母“x”和“y”分配给病原体突变体。单突变体和三突变体对应于“x”，未突变，双突变和四元突变体对应于“y”。奇数个突变产生“x”，偶数产生“y”。顺序中的突变体从高到低适合度排列。

“从左到右，我们计算x和y。如果总有更多的x，或者相同数量的突变体是x，那么你得到的是一个Dyck词。这意味着你可以看到一个正在处理一个复杂的基因互动，“克罗纳说。

复杂的遗传相互作用涉及病原体中的三个或更多个突变。当病原体具有更高的适应性并且危险地进化时，例如病原体强度足以抵抗抗生素，它处于复杂的遗传相互作用中。研究人员发现涉及三种或更多种HIV突变的复杂基因相互作用;引起疟疾的寄生虫;导致水果和蔬菜发霉的真菌类型;和一系列导致抗生素耐药性的基因突变。

在与生物学家Miriam Barlow合作解决抗生素循环问题时，Crona开始考虑排名，医院医生通过这种方式轮换不同的抗生素以阻止患者感染。为了帮助医生最大限度地提高抗生素的有效性，该团队创建了名为“Time Machine”的软件，该软件使用概率并回顾细菌的进化，以验证用于对抗常见感染的15种抗生素的治疗选择。Crona注意到排名令人惊讶的强劲。每个实验中的数字都有所不同，但最危险的突变体总是危险的，无害的总是无害的。

排名可以帮助医生吗?克罗纳这么认为。在未来的医学中，医生在制定治疗计划时可能能够利用复杂的基因相互作用。排名顺序可以帮助切断危险病原体进化过程中的事件链。Crona说，预防较小的中间突变体可以阻止病原体的进化。

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