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El programa de NIAID apunta modelar inmunorespuestas y enchavetar enfermedades infecciosas

Un nuevo programa en el Instituto Nacional de la Alergia y de las Enfermedades Infecciosas (NIAID) apunta entender mejor las redes bioquímicas complejas que regulan las acciones recíprocas entre los organismos infecciosos y humanas o animales las células ellas infecta.

El Programa en la Inmunología de los Sistemas y la Enfermedad Infecciosa Que Modelan (PSIIM) empleará una nueva aproximación potente llamada biología de sistemas de cómputo para desarrollar una comprensión más profunda de cómo los patógeno causan enfermedad y de cómo el sistema inmune responde a ellas.

La “Comprensión de la complejidad desalentadora de sistemas biológicos es el reto más grande y en el punta de la ciencia en el siglo XXI,” dice a Director Elias A. Zerhouni, M.D. de NIH “que La creación de este programa fortalecerá el programa de investigación intramuros aquí sobre el campus de NIH.”

La riqueza de la información espigada sobre el genoma humano ha determinado estos últimos años muchas de los genes, de las proteínas y de otras moléculas implicados en diversos sistemas biológicos. Pero la comprensión cómo estos pedazos trabajan juntos para producir del comportamiento fisiológico y patológico complejo de células y de organismos no está bien entendida. La meta del PSIIM, que es un componente de la División de NIAID de la Investigación Intramuros (DIR) bajo liderazgo del inmunologista Ronald N. Germán, M.D., Ph.D., es crear una manera de preguntar cómo los sistemas enteros de moléculas, de células y de tejidos obran recíprocamente durante una inmunorespuesta o cuándo está enfrentado con un agente infeccioso.

“La idea del PSIIM,” dice a Director Anthony S. Fauci, M.D. de NIAID, “es utilizar biología de sistemas para permitir que los científicos hagan preguntas muy grandes que pudieron no haber podido dirigir completo incluso hace unos años -: por ejemplo cómo los organismos infecciosos invaden las células humanas, cómo las toxinas ellas producen la célula de la causa y la destrucción del tejido y cómo estos patógeno evaden o manipulan la inmunorespuesta.”

“Una Vez Que entendemos estas acciones recíprocas, podemos tomar decisiones estratégicas sobre cómo interferir con patología de la enfermedad infecciosa o cómo ordenar inmunorespuestas para mejorar infecciones del combate,” dice a Director Kathryn C. Zoon, Ph.D. de DIR, agregando que estos nuevos discernimientos pueden servir como el punto de partida para el diseño de nuevas drogas a las enfermedades de la invitación o el revelado de nuevas vacunas.

Creando los modelos de ordenador de las redes moleculares complejas de la acción recíproca, los investigadores de PSIIM podrán simular la biología de células, de tejidos y, eventual, de organismos. El programa también utilizará aproximaciones experimentales avanzadas para determinar cómo estas simulaciones predicen de cerca comportamiento real. Mientras Que los modelos mejoran, los científicos deben ganar la capacidad de predecir cómo las drogas y otras intervenciones afectarán a una célula o a un organismo y si tales tratamientos serán tolerados por el ordenador principal mientras que luchan el agente infeccioso. Aunque la mayor parte de los estudios conducto con los patógeno menos peligrosos, los recursos especiales en la nueva C.W. Bill Young Se Centran para el Biodefense y las Enfermedades Infecciosas Emergentes en NIH permitirán a científicos de PSIIM examinar tales preguntas con los microbios que causan enfermedades tales como ántrax, formularios virulentos de la gripe, tularemia y plaga. El programa animará la colaboración entre los investigadores de NIAID y otros científicos tanto en el interior como en el exterior de NIH en esfuerzos de entender mejor las enfermedades infecciosas y el sistema inmune.

La piedra angular del proyecto de investigación de PSIIM es un paquete de programas informáticos llamado Simmune, que permite a biólogos modelar muchos tipos de sistemas biológicos. Creado por el científico Martin Meier-Schellersheim, Ph.D., y sus colegas de NIAID, el software permite que un científico utilice un interfaz gráfico simple para definir fácilmente las acciones recíprocas entre las moléculas individuales en una red grande, o los comportamientos de células en respuesta a señales externas. Una Vez Que un científico entra la información cuantitativa obtenida por mediciones del laboratorio, Simmune puede entonces simular el comportamiento de la red de transmisión de señales entera o de una célula entera. El software hace esto automáticamente creando un modelo matemático que implica ecuaciones especiales y entonces resolver estas ecuaciones para el específico condiciona al utilizador inscrito en el programa.

Antes de Simmune, la fabricación de tales modelos matemáticos tardó a mano meses y requirió a menudo experiencia extensa en matemáticas aplicadas. Además, realizar cambios a un modelo existente era muy que toma tiempo, que limitó la complejidad de qué podría ser modelada. “Con Simmune, estamos intentando autorizar a una amplia gama de expertos biológicos, permitiendo que hagan y que modifiquen fácilmente los modelos cuantitativos detallados de los sistemas biológicos que han estudiado en el laboratorio por años. La esperanza es que estos modelos proporcionarán a una comprensión más profunda de cómo se presentan los comportamientos complejos, llevando a los nuevos discernimientos en enfermedad,” dice al Dr. Germán. “Una de las grandes ventajas de Simmune es que da a biólogos una manera de hacer las matemáticas difíciles necesarias para tal modelado sin tener que real estar implicado con las matemáticas.”

En la primera prueba rigurosa del nuevo software, DRS. Meier-Schellersheim, Germán y sus colegas demostraron que Simmune puede predecir exactamente la función de la célula en tiempo y espacio. En un artículo que se publicará el 21 de julio por la Biología De Cómputo de PLoS del gorrón, describen cómo utilizaron el software para modelar un comportamiento célula-biológico complicado conocido como chemosensing -: un proceso biológico fundamental por el que las células detecten y respondan a las señales externas, tales como substancias químicas inflamatorias implicadas en una inmunorespuesta. Usando Simmune, las personas de NIAID modelaron qué suceso en una célula estimulada a la distribución de una molécula membrana-asociada conocida como fosfolípido. La concentración del fosfolípido cambia durante chemosensing principal debido a la acción de dos enzimas que sinteticen o analicen esta molécula. Los Científicos habían pensado que la reacción bioquímica destructiva que las concentraciones de cielo y tierra de la producción de las ayudas del fosfolípido en diversas partes de la célula fueron reguladas a través de un cierto mecanismo desconocido que actuaba en la célula. Pero un modelo nuevo desarrollado con Simmune predijo que la concentración aumentada de fosfolípido en el extremo “delantero” de la célula (que hace frente a la fuente de señales químicas) resultó de una combinación de dos mecanismos sabidos -: una actividad inhibitoria local muy rápida y el movimiento más lento de otra molécula a una parte distante de la célula. Los investigadores de NIAID, que probaron sus predicciones en el laboratorio, encontrados que los datos experimentales correspondieron con muy de cerca qué habían predicho con Simmune.

La potencia real del software, el Dr. Meier-Schellersheim agrega, es que puede hacer esta misma clase de modelado en casi cualquier sistema biológico célula-basado. “Ésta es una herramienta que puede simular la transmisión de señales y los procesos celulares” él dicen generalmente, en “cualquier sistema o tramítele está interesado.” Debido al utilitario general de la aproximación, PSIIM está proyectando colaborar extensivamente con los científicos en otros institutos y centros de NIH, tales como el Centro del Instituto Nacional del Cáncer para la Investigación de Cáncer, ayudar a utilizar la investigación en las áreas tales como biología del cáncer que están fuera del campo de la inmunidad y de las enfermedades infecciosas.

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