Pathways to InsIght

Význam tématu

Integrované multi-omics přístupy spojují data z genomiky, transkriptomiky, proteomiky a metabolomiky, čímž významně zvyšují poměr signálu k šumu a snižují falešné objevy. Tato strategie umožňuje výzkumníkům lépe chápat komplexní biologické procesy, zrychluje přechod od objevů k ověřování hypothéz a otevírá nové možnosti v onkologii, infekčních chorobách a toxikologii.

Cíle a přehled studie / článku

Článek představuje vizi Agilent Integrated Biology – balíku nástrojů a grantových programů pro podporu multi-omics analýz. Ukazuje, jak softwarová platforma GeneSpring IB s modulem Pathway Architect umožňuje integrovanou analýzu primárních dat, jejich mapování na biologické dráhy a využití dosavadních znalostí k rychlému zacílení validace výsledků.

Použitá metodika a instrumentace

Analytické technologie:

• LC/MS, GC/MS pro objevení a kvantifikaci proteinů a metabolitů
• Targeted LC/MS/MS pro ověřování specifických metabolitů (např. purinová salvage cesta)
• microarray a RNA-seq pro analýzu genové exprese
• Proteomická analýza s t-testem a úpravou FDR

Bioinformatika:

• Agilent GeneSpring-IB s moduly GX (microarray), NGS (sequencing), MPP (mass spec) a PA (Pathway Architect)
• Vizualizace a přesná statistická analýza jednotlivých i kombinovaných omics datasetů
• Integrace znalostí z WikiPathways, Cytoscape a MeSH

Hlavní výsledky a diskuse

Case study 1 – Pancreatická rakovina (Sreekumar et al.):

• Proteomické profilování PDAC oproti benignním vzorkům identifikovalo 56 specifických proteinů.
• Cílená metabolomika NP drahou potvrdila sedm klíčových metabolitů s vysokou statistickou významností (p=0,00025).

Case study 2 – Chemoprevence SFN (Pandey et al.):

• Porovnání SFN ošetřených a KEAP1 knockdown buněk odhalilo stovky diferencovaně exprimovaných genů a desítky proteinů, z nichž 29 bylo společných.
• Společné dráhy: detoxikace xenobiotik, glutathionová metabolizace, regenerace NADH/NADPH.

Case study 3 – Toxikologie (Thomas, Hartung):

• Víceúrovňové omics datové integrace pro identifikaci biomarkerů toxicity jako alternativa k testům na zvířatech.

Case study 4 – Tuberkulóza (Rhee et al.):

• Metabolomika ukázala simultánní využití více zdrojů uhlíku M. tuberculosis; transkriptomika přispěje k hlubšímu pochopení patofyziologie.

Přínosy a praktické využití metody

Integrovaná analýza: zkracuje čas od objevů k validaci, umožňuje prior-knowledge filtrování, snižuje falešné objevy, zvyšuje reprodukovatelnost a biologickou relevanci výsledků, podporuje farmaceutický a klinický výzkum.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšíření multi-omics do environmentální a agrární biologie, rozvoj in vitro toxikologických modelů, širší sdílení znalostí v rámci open-source platforem (Cytoscape), podpora grantů pro vývoj nových analytických nástrojů a datových standardů.

Závěr

Agilent Integrated Biology představuje komplexní řešení pro multi-omics výzkum od získání dat až po integrovanou biologickou interpretaci. Díky platformě GeneSpring-IB s modulárním nastavením lze dosáhnout vyšší statistické síly, rychlejší validace a hlubšího porozumění komplexním biologickým systémům.

Reference

1. Ideker T., Dutkowski J., Hood L. Boosting signal-to-noise in complex biology: prior knowledge is power. Cell. 144:860–863 (2011).
2. Hudson T.J. et al. International network of cancer genome projects. Nature. 464:993–998 (2010).
3. Integrated Biology at Agilent. Agilent Technologies (2015).
4. Vareed S.K. et al. Metabolites of purine nucleoside phosphorylase in serum have the potential to delineate pancreatic adenocarcinoma. PLoS ONE. 6:e17177 (2011).
5. Agyeman A.S. et al. Transcriptomic and proteomic profiling of KEAP1 disrupted and sulforaphane-treated human breast epithelial cells. Breast Cancer Res. Treat. 132(1):175–187 (2012).
6. Thomas R.S. et al. Application of transcriptional benchmark dose values in quantitative cancer and non-cancer risk assessment. Toxicol. Sci. 120:194–205 (2011).
7. Hartung T. Toxicology for the twenty-first century. Nature. 460:208–212 (2009).
8. de Carvalho L.P.S. et al. Metabolomics of Mycobacterium tuberculosis reveals compartmentalized co-catabolism of carbon substrates. Chem. Biol. 17:1122–1131 (2010).
9. Emerging Insights Grant Program. Agilent Technologies (2015).