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Le programme de NIAID vise à modéliser des réactions immunitaires et des maladies infectieuses de clé

Un programme neuf à l'Institut National de l'Allergie et des Maladies Infectieuses (NIAID) vise à comprendre mieux les réseaux biochimiques complexes qui règlent les interactions entre les organismes infectieux et l'être humain ou les cellules animales ils infectent.

Le Programme en Immunologie de Systèmes et la Maladie Infectieuse Modélisant (PSIIM) utiliseront une biologie de systèmes de calcul appelée d'élan neuf puissant pour développer une compréhension plus profonde de la façon dont les agents pathogènes entraînent la maladie et de la façon dont le système immunitaire répond à eux.

La « Compréhension de la complexité intimidante des systèmes biologiques est le défi le plus grand et à l'avant-garde de la science au 21ème siècle, » dit Directeur Elias A. Zerhouni, M.D. de NIH « que La création de ce programme renforcera le programme de recherche intra-muros ici sur le campus de NIH. »

La richesse de l'information glanée au sujet du génome humain ces dernières années a recensé plusieurs des gènes, de protéines et d'autres molécules concernés dans systèmes biologiques variés. Mais la compréhension comment ces pièces fonctionnent ensemble pour produire du comportement physiologique et pathologique complexe des cellules et des organismes n'est pas bonne comprise. L'objectif du PSIIM, qui est un composant de la Division de NIAID de la Recherche Intra-muros (DIR) sous la direction d'Immunologue Ronald N. Germain, M.D., Ph.D., est de produire une voie de demander comment les systèmes entiers des molécules, des cellules et des tissus agissent l'un sur l'autre pendant une réaction immunitaire ou quand confronté avec un agent infectieux.

« L'idée du PSIIM, » dit Directeur Anthony S. Fauci, M.D. de NIAID, « est employer la biologie de systèmes pour permettre à des scientifiques de poser très des importantes questions qu'elles ont pu ne pas avoir pues adresser entièrement même il y a quelques années - : comme la façon dont les organismes infectieux envahissent des cellules humaines, la façon dont les toxines elles produisent la cellule et la destruction des tissus de cause et comment ces agents pathogènes éludent ou manipulent la réaction immunitaire. »

« Une Fois Que nous comprenons ces interactions, nous pouvons prendre des décisions stratégiques au sujet de la façon gêner la pathologie de maladie infectieuse ou comment diriger des réactions immunitaires pour améliorer des infections de lutte, » dit Directeur Kathryn C. Zoon, Ph.D. de DIR, ajoutant que ces analyses neuves peuvent servir de point de départ au design des médicaments neufs aux maladies de festin ou au développement des vaccins neufs.

En produisant des types d'ordinateur de réseaux complexes d'interaction moléculaire, les chercheurs de PSIIM pourront simuler la biologie des cellules, des tissus et, éventuellement, des organismes. Le programme emploiera également des approches expérimentales de pointe pour déterminer comment attentivement ces simulations prévoient le comportement réel. Pendant Que les modèles s'améliorent, les scientifiques devraient gagner la capacité de prévoir comment les médicaments et d'autres interventions affecteront une cellule ou un organisme et si de telles demandes de règlement seront tolérées par l'hôte tandis qu'ils combattent l'agent infectieux. Bien Que la plupart des études soient entreprises avec les agents pathogènes moins dangereux, les installations spéciales dans C.W. Bill Young neuf Centrent pour le Biodefense et les Maladies Infectieuses Apparaissantes à NIH permettront à des scientifiques de PSIIM d'examiner de telles questions avec les microbes qui entraînent les maladies telles que le charbon, les formes virulentes de la grippe, la tularémie et la peste. Le programme encouragera la collaboration entre les chercheurs de NIAID et d'autres scientifiques de l'intérieur et de l'extérieur de NIH dans les efforts pour comprendre mieux les maladies infectieuses et le système immunitaire.

La pierre angulaire du projet de recherche de PSIIM est un progiciel Simmune appelé, qui permet à des biologistes de modéliser beaucoup de types de systèmes biologiques. Produit par le scientifique Martin Meier-Schellersheim, Ph.D., et ses collègues de NIAID, le logiciel permet à un scientifique d'employer une surface adjacente graphique simple pour définir facilement les interactions entre différentes molécules dans un grand réseau, ou aux comportements des cellules en réponse aux signes externes. Une Fois Qu'un scientifique entre l'information quantitative obtenue par des mesures de laboratoire, Simmune peut alors simuler le comportement du réseau de signalisation entier ou d'une cellule entière. Le logiciel fait ceci en produisant automatiquement un modèle mathématique concernant des équations spéciales et résoudre alors ces équations pour le détail révise l'utilisateur présenté dans le programme.

Avant Simmune, effectuer de tels modèles mathématiques à la main a souvent pris des mois et a exigé de vastes compétences dans des mathématiques appliquées. De plus, apporter des modifications à un modèle existant était très long, qui a limité la complexité de ce qui pourrait être modélisé. « Avec Simmune, nous essayons d'autoriser une large gamme d'experts biologiques, leur permettant facilement d'effectuer et modifier les modèles quantitatifs détaillés des systèmes biologiques qu'ils ont étudiés dans le laboratoire pendant des années. L'espoir est que ces modèles fourniront une compréhension plus profonde de la façon dont les comportements complexes surgissent, menant aux analyses neuves dans la maladie, » dit M. Germain. « Un des avantages grands de Simmune est qu'il donne à des biologistes une voie de faire les mathématiques difficiles requises pour une telle modélisation sans devoir réellement être concerné des mathématiques. »

Dans le premier test rigoureux du logiciel neuf, Jeu Rouleau-tambour. Meier-Schellersheim, Germain et leurs collègues ont expliqué que Simmune peut exactement prévoir le fonctionnement de cellules dans les les deux temps et espace. Dans un article à publier le 21 juillet par la Bio-Informatique de PLoS de tourillon, ils décrivent comment ils ont employé le logiciel pour modéliser un comportement cellule-biologique compliqué connu sous le nom de chemosensing - : un procédé biologique principal par lequel les cellules se sentent et répondent aux signes externes, tels que les produits chimiques inflammatoires concernés dans une réaction immunitaire. Utilisant Simmune, l'équipe de NIAID a modélisé ce qui arrive dans une cellule stimulée à la distribution d'une molécule membrane-associée connue sous le nom de phospholipide. La concentration du phospholipide change pendant chemosensing principalement en raison de l'action de deux enzymes qui synthétisent ou décomposent cette molécule. Les Scientifiques avaient pensé que la réaction biochimique destructrice que des concentrations en ciel et terre de produit d'aides du phospholipide dans différentes parties de la cellule ont été réglée par un certain mécanisme inconnu agissant dans toute la cellule. Mais un modèle neuf développé avec Simmune a prévu que la concentration améliorée du phospholipide à l'extrémité « avant » de la cellule (faisant face à la source des signes chimiques) a résulté d'une combinaison de deux mécanismes connus - : une activité inhibitrice locale très rapide et le mouvement plus lent d'une autre molécule à une partie éloignée de la cellule. Les chercheurs de NIAID, qui ont testé leurs prévisions dans le laboratoire, constatés que les données expérimentales se sont assorties très attentivement ce qu'elles avaient prévu avec Simmune.

L'alimentation électrique réelle du logiciel, M. Meier-Schellersheim ajoute, est qu'elle peut faire ce même tri de la modélisation dans presque n'importe quel système biologique cellulaire. « C'est un outil qui peut simuler la signalisation et les processus cellulaires généralement » il indique, par « Qu'est ce que système ou traitez-vous est intéressé. » À cause de l'installation générale de l'élan, PSIIM planification pour collaborer considérable avec des scientifiques à d'autres instituts et à centres de NIH, tels que le Centre de l'Institut National du Cancer pour la Cancérologie, pour aider à supporter la recherche dans les zones telles que la biologie de cancer qui sont en dehors de la zone de l'immunité et des maladies infectieuses.

http://www.niaid.nih.gov.