Inligting

9.6: Toets dwelmdoeltreffendheid - Biologie

9.6: Toets dwelmdoeltreffendheid - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Leerdoelwitte

  • Beskryf hoe die Kirby-Bauer skyfdiffusietoets die vatbaarheid van 'n mikrobe vir 'n antibakteriese middel bepaal.
  • Verduidelik die betekenis van die minimale inhiberende konsentrasie en die minimale bakteriedodende konsentrasie relatief tot die effektiwiteit van 'n antimikrobiese middel.

Om die doeltreffendheid van antimikrobiese middels teen spesifieke organismes te toets, is belangrik om hul spektrum van aktiwiteit en die terapeutiese dosis te identifiseer. Hierdie tipe toets, wat algemeen beskryf word as antimikrobiese vatbaarheidstoetsing (AST), word gewoonlik in 'n kliniese laboratorium uitgevoer. In hierdie afdeling sal ons algemene metodes bespreek om die doeltreffendheid van antimikrobiese middels te toets.

Die Kirby-Bauer-skyfverspreidingstoets

Die Kirby-Bauer skyfdiffusietoets is lank reeds gebruik as 'n beginpunt vir die bepaling van die vatbaarheid van spesifieke mikrobes vir verskeie antimikrobiese middels. Die Kirby-Bauer-toets begin met 'n Mueller-Hinton-agarplaat waarop 'n samevloeiende grasperk met 'n pasiënt se geïsoleerde bakteriële patogeen geënt word. Filterpapierskywe wat met bekende hoeveelhede antibakteriese middels geïmpregneer is wat getoets moet word, word dan op die agarplaat geplaas. Soos die bakteriese inokulum groei, diffundeer antibiotika vanaf die sirkelskyf in die agar en tree in wisselwerking met die groeiende bakterieë. Antibakteriese aktiwiteit word waargeneem as 'n duidelike sirkelvormige sone van inhibisie rondom die dwelm-geïmpregneerde skyf, soortgelyk aan die skyf-diffusie-toets. Die deursnee van die sone van inhibisie, gemeet in millimeter en vergelyk met 'n gestandaardiseerde grafiek, bepaal die vatbaarheid of weerstand van die bakteriële patogeen teen die geneesmiddel.

Daar is verskeie faktore wat die grootte van 'n sone van inhibisie in hierdie toets bepaal, insluitend geneesmiddeloplosbaarheid, tempo van geneesmiddeldiffusie deur agar, die dikte van die agarmedium en die geneesmiddelkonsentrasie wat in die skyf geïmpregneer is. As gevolg van 'n gebrek aan standaardisering van hierdie faktore, verskaf interpretasie van die Kirby-Bauer skyfdiffusietoets slegs beperkte inligting oor vatbaarheid en weerstand teen die middels wat getoets is. Die toets kan nie tussen bakteriostatiese en bakteriedodende aktiwiteite onderskei nie, en verskille in sonegroottes kan nie gebruik word om geneesmiddelkragte of doeltreffendheid te vergelyk nie. Vergelyking van sonegroottes met 'n gestandaardiseerde grafiek sal slegs inligting verskaf oor die antibakteriese middels waarvoor 'n bakteriële patogeen vatbaar of bestand is.

Oefening ( PageIndex {1} )

Hoe gebruik 'n mens die inligting van 'n Kirby-Bauer-toets om die terapeutiese doeltreffendheid van 'n antimikrobiese middel in 'n pasiënt te voorspel?

ANTIBIOGRAMME: NEEM VAN DIE RAAIWERK UIT VOORSKRIFTE

Ongelukkig neem aansteeklike siektes nie 'n time-out vir laboratoriumwerk nie. Gevolglik het dokters selde die luukse om vatbaarheidstoetse uit te voer voordat hulle 'n voorskrif uitskryf. In plaas daarvan maak hulle hoofsaaklik staat op die empiriese bewyse (d.w.s. die tekens en simptome van siekte) en hul professionele ervaring om 'n opgevoede raaiskoot te maak oor die diagnose, veroorsakende middel(s) en geneesmiddel wat waarskynlik doeltreffend sal wees. Hierdie benadering laat behandeling toe om vroeër te begin sodat die pasiënt nie hoef te wag vir laboratoriumtoetsuitslae nie. In baie gevalle is die voorskrif effektief; in 'n era van verhoogde antimikrobiese weerstand word dit egter al hoe moeiliker om die mees geskikte empiriese terapie te kies. Die keuse van 'n onvanpaste empiriese terapie plaas nie net die pasiënt in gevaar nie, maar kan groter weerstand teen die voorgeskrewe geneesmiddel bevorder.

Onlangs het studies getoon dat antibiogramme nuttige hulpmiddels is in die besluitnemingsproses om toepaslike empiriese terapie te kies. 'n Antibiogram is 'n samestelling van plaaslike antibiotika-vatbaarheiddata wat deur bakteriële patogeen afgebreek word. In 'n November 2014 studie gepubliseer in die joernaal Infeksiebeheer en Hospitaalepidemiologie, het navorsers vasgestel dat 85% van die voorskrifte wat in geskoolde verpleegfasiliteite bestel is, empiries besluit is, maar slegs 35% van daardie voorskrifte is toepaslik geag wanneer dit vergelyk word met die uiteindelike patogeen-identifikasie en vatbaarheidsprofiel wat van die kliniese laboratorium verkry is. In een verpleegfasiliteit waar die gebruik van antibiogramme geïmplementeer is om seleksie van empiriese terapie te rig, het toepaslikheid van empiriese terapie egter toegeneem van 32% voor antibiogram-implementering tot 45% na implementering van antibiogramme.1 Alhoewel hierdie data voorlopig is, stel dit wel voor dat gesondheidsorgfasiliteite die aantal onvanpaste voorskrifte kan verminder deur antibiogramme te gebruik om empiriese terapie te kies, en sodoende pasiënte bevoordeel en geleenthede vir die ontwikkeling van antimikrobiese weerstand tot die minimum beperk.

Verdunningstoetse

Soos bespreek, laat die beperkings van die Kirby-Bauer skyfdiffusietoets nie 'n direkte vergelyking van antibakteriese potensiaal toe om die keuse van die beste terapeutiese keuse te lei nie. Antibakteriese verdunningstoetse kan egter gebruik word om 'n spesifieke geneesmiddel se minimale inhiberende konsentrasie (MIC), die laagste konsentrasie van geneesmiddel wat sigbare bakteriese groei inhibeer, en minimale bakteriedodende konsentrasie (MBC), die laagste geneesmiddelkonsentrasie wat ≥99.9% van die begin inokulum. Die bepaling van hierdie konsentrasies help om die korrekte geneesmiddel vir 'n spesifieke patogeen te identifiseer. Vir die makrobouillon-verdunningstoets word 'n verdunningsreeks van die geneesmiddel in sous in proefbuise gemaak en dieselfde aantal selle van 'n toetsbakteriestam word by elke buis gevoeg (Figuur (PageIndex{1})). Die MIC word bepaal deur die buise te ondersoek om die laagste geneesmiddelkonsentrasie te vind wat sigbare groei inhibeer; dit word waargeneem as troebelheid (bewolkheid) in die sous. Buisies met geen sigbare groei word dan op agar media geënt sonder antibiotika om die MBC te bepaal. Oor die algemeen moet serumvlakke van 'n antibakteriese middel minstens drie tot vyf keer bo die MIC wees vir behandeling van 'n infeksie.

Die MIC-toets kan ook uitgevoer word deur 96-put mikroverdunningsbakkies te gebruik, wat die gebruik van klein volumes en outomatiese resepteringstoestelle moontlik maak, asook die toets van verskeie antimikrobiese middels en/of mikroörganismes in een skinkbord (Figuur (PageIndex{2) })). MIC's word geïnterpreteer as die laagste konsentrasie wat sigbare groei inhibeer, dieselfde as vir die makrobouillonverdunning in proefbuise. Groei kan ook visueel geïnterpreteer word of deur 'n spektrofotometer of soortgelyke toestel te gebruik om troebelheid of 'n kleurverandering op te spoor indien 'n toepaslike biochemiese substraat wat van kleur verander in die teenwoordigheid van bakteriese groei ook in elke put ingesluit is.

Die Etest is 'n alternatiewe metode wat gebruik word om MIC te bepaal, en is 'n kombinasie van die Kirby-Bauer skyfdiffusietoetsverdunningsmetodes. Soortgelyk aan die Kirby-Bauer-toets, word 'n samevloeiende grasperk van 'n bakteriese isolaat op die oppervlak van 'n agarplaat geënt. Eerder as om sirkelvormige skywe te gebruik wat met een konsentrasie geneesmiddel geïmpregneer is, word kommersieel beskikbare plastiekstroke wat 'n gradiënt van 'n antibakteriese middel bevat op die oppervlak van die geënte agarplaat geplaas (Figuur (PageIndex{3})). Soos die bakteriese inokulum groei, diffundeer antibiotika uit die plastiekstroke in die agar en tree in wisselwerking met die bakteriese selle. Omdat die tempo van geneesmiddeldiffusie direk verband hou met konsentrasie, word 'n elliptiese sone van inhibisie waargeneem met die Etest geneesmiddelgradiënt, eerder as 'n sirkelvormige sone van inhibisie wat met die Kirby-Bauer toets waargeneem word. Om die resultate te interpreteer, dui die kruising van die elliptiese sone met die gradiënt op die geneesmiddelbevattende strook die MIC aan. Omdat veelvuldige stroke wat verskillende antimikrobiese middels bevat op dieselfde plaat geplaas kan word, kan die MIC van veelvuldige antimikrobiese middels gelyktydig en direk vergelyk word. Anders as die makrobouillon- en mikrobouillon-verdunningsmetodes, kan die MBC egter nie met die Etest bepaal word nie.

Oefening ( PageIndex {2} )

Vergelyk en kontrasteer MIC en MBC.

Resolusie

Marisa se UTI is waarskynlik veroorsaak deur die kateterisasies wat sy in Viëtnam gehad het. Die meeste bakterieë wat UTI's veroorsaak, is lede van die normale dermmikrobiota, maar hulle kan infeksies veroorsaak wanneer dit in die urienweg ingebring word, soos moontlik plaasgevind het toe die kateter ingevoeg is. Alternatiewelik, as die kateter self nie steriel was nie, kon bakterieë op sy oppervlak in Marisa se liggaam ingebring gewees het. Die antimikrobiese terapie wat Marisa in Kambodja ontvang het, was dalk ook 'n kompliserende faktor omdat dit moontlik geselekteer het vir antimikrobiese weerstandbiedende stamme wat reeds in haar liggaam voorkom. Hierdie bakterieë sou reeds gene vir antimikrobiese weerstand bevat het, hetsy verkry deur spontane mutasie of deur horisontale geenoordrag, en het dus die beste evolusionêre voordeel vir aanpassing en groei in die teenwoordigheid van die antimikrobiese terapie gehad. Gevolglik is een van hierdie weerstandbiedende stamme moontlik later in haar urienweg ingebring.

Laboratoriumtoetse by die CDC het bevestig dat die stam van Klebsiella pneumoniae uit Marisa se urinemonster was positief vir die teenwoordigheid van NDM, 'n baie aktiewe karbapenemaset wat begin na vore kom as 'n nuwe probleem in antimikrobiese weerstand. Terwyl NDM-positiewe stamme bestand is teen 'n wye reeks antimikrobiese middels, het hulle vatbaarheid getoon vir tigsiklien (struktureel verwant aan tetrasiklien) en die polimiksiene B en E (kolistien).

Om te keer dat haar infeksie versprei, is Marisa in 'n aparte kamer van die ander pasiënte geïsoleer. Alle hospitaalpersoneel wat met haar omgaan, is aangeraai om streng protokolle te volg om oppervlak- en toerustingbesmetting te voorkom. Dit sal veral streng handhigiënepraktyke en versigtige ontsmetting van alle items wat met haar in aanraking kom insluit.

Marisa se infeksie het uiteindelik op tigesiklien gereageer en uiteindelik opgeklaar. Sy is 'n paar weke na opname ontslaan, en 'n opvolg-stoelgangmonster het getoon dat haar stoelgang vry is van NDM-bevattende K. pneumoniae, wat beteken dat sy nie meer die hoogs weerstandbiedende bakterie huisves nie.

Belangrike konsepte en opsomming

  • Die Kirby-Bauer skyf diffusie toets help om die vatbaarheid van 'n mikro-organisme vir verskeie antimikrobiese middels te bepaal. Die sones van inhibisie gemeet moet gekorreleer word met bekende standaarde om vatbaarheid en weerstand te bepaal, en verskaf nie inligting oor bakteriedodende versus bakteriostatiese aktiwiteit nie, of maak voorsiening vir direkte vergelyking van geneesmiddelkragte.
  • Antibiogramme is nuttig vir die monitering van plaaslike neigings in antimikrobiese weerstand/vatbaarheid en om toepaslike keuse van empiriese antibakteriese terapie te rig.
  • Daar is verskeie laboratoriummetodes beskikbaar vir die bepaling van die minimum inhiberende konsentrasie (MIC) van 'n antimikrobiese middel teen 'n spesifieke mikrobe. Die minimale bakteriedodende konsentrasie (MBC) kan ook bepaal word, tipies as 'n opvolg eksperiment na MIC bepaling deur gebruik te maak van die buisverdunningsmetode.
  1. 1 J.P. Furuno et al. "Die gebruik van antibiogramme om die voorskryf van antibiotika in geskoolde verpleegfasiliteite te verbeter." Infeksiebeheer en Hospitaalepidemiologie 35 nr. Suppl S3 (2014):S56–61.

Bydraer

  • Nina Parker, (Shenandoah Universiteit), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) en Brian M. Forster (Saint Joseph's University) met baie bydraende skrywers. Oorspronklike inhoud via Openstax (CC BY 4.0; Toegang gratis by https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Top 4 toetse vir antimikrobiese dwelm vatbaarheid

Die volgende punte beklemtoon die top vier toetse vir die bepaling van antimikrobiese geneesmiddel vatbaarheid. Die toetse is: 1. Verdunningsgevoeligheidstoetse 2. Skyfverspreidingstoetse 3. Die Etest 4. Dwelmkonsentrasiemeting in bloed.

1. Verdunningsgevoeligheidstoetse:

Verdunning vatbaarheid toetse is gebaseer op die bepaling van minimum inhiberende konsentrasie (MIC). In MIC word die antimikrobiese aktiwiteit gemeet deur die kleinste hoeveelheid geneesmiddel te bepaal wat nodig is om die groei van 'n toetsmikrobiese patogeen te inhibeer en hierdie kleinste hoeveelheid geneesmiddel laat nie toe dat die toetsmikrobiese patogeen na 16 tot 20 uur se inkubasie groei nie. Twee verdunningsgevoeligheidstoetstegnieke word algemeen gebruik.

(1) Bouillon verdunningstoets en

1. Bouillon verdunningstegniek:

In sous-verdunningstegniek word 'n reeks kultuurbuise voorberei en met die kliniese monster geënt (Fig. 46.10). Elke buis bevat medium met 'n ander konsentrasie van die antimikrobiese middel.

Na inkubasie word die kultuurbuise nagegaan vir sigbare groei (troebelheid) van die mikrobiese patogeen. Die buis wat die laagste konsentrasie van die geneesmiddel bevat wat die groei van die toetsmikrobiese patogeen heeltemal inhibeer, verteenwoordig die minimum inhiberende konsentrasie (MIC) van die gegewe geneesmiddel.

Die MIC is nie 'n konstante vir 'n gegewe geneesmiddel nie, want dit word beïnvloed deur verskeie faktore soos:

(1) Die aard van die toets mikrobiese patogeen,

(3) Samestelling van die kultuurmedium,

Wanneer alle toestande egter streng gestandaardiseer is, kan verskillende antimikrobiese middels vergelyk word om te bepaal watter die doeltreffendste teen 'n gegewe mikrobiese patogeen is.

Fenolkoëffisiënttegniek is 'n standaardmetode wat gebruik word om antimikrobiese middels te vergelyk. In hierdie tegniek word 'n verhouding van MIC van die toets antimikrobiese middel tot die MIC van fenol vasgestel deur dieselfde mikrobiese patogeen, groeimedia en groeitoestande te gebruik.

Die agar-verdunningstoets is baie soortgelyk aan die sous-verdunningstoets. Petrieke plate wat agar en verskeie hoeveelhede antimikrobiese middels (antibiotika) bevat, word met toetsmikrobiese patogeen geënt en, na inkubasie, vir groei ondersoek.

2. Skyfverspreidingstoetse:

Twee skyfdiffusietoetse word in kliniese mikrobiologie laboratorium gebruik.

(i) Agar diffusie tegniek en

1. Agar diffusie tegniek:

Agar diffusie tegniek word gereeld gebruik om te toets vir antimikrobiese geneesmiddel (antibiotiese) vatbaarheid in mikrobiese patogene. In hierdie tegniek (Fig. 46.11) word 'n Petri-plaat wat 'n agarmedium bevat wat met 'n kultuur van die toetsmikrobiese patogeen bedek is, voorberei. Bekende hoeveelhede van die antimikrobiese middel word by skywe filtreerpapier gevoeg.

Hierdie skywe word dan op die agar-oppervlak geplaas en die Petri-plaat word nou vir 24 tot 48 uur geïnkubeer. Tydens inkubasie diffundeer die geneesmiddel vanaf die filtreerpapierskyf in die agar meer die afstand vanaf die vulpapierskyf, verlaag die konsentrasie van die antimikrobiese middel.

Op 'n afstand van die skyf word die effektiewe MIC bereik. Groei van mikrobiese patogeen vind verder vanaf hierdie punt plaas, maar groei is afwesig nader aan die skyf. 'n Sone van inhibisie word geskep met 'n deursnee wat eweredig is aan die hoeveelheid antimikrobiese middel, wat die oplosbaarheid van die geneesmiddel, die diffusiekoëffisiënt en die algehele doeltreffendheid van die geneesmiddel by die skyf gevoeg word.

2. Kirby-Bauer Metode:

Kirby-Bauer-metode is in die vroeë 1960's ontwikkel deur W. Kirby, A.W. Bauer, en hul kollegas en word die meeste gebruik om antimikrobiese middels vatbaarheid te toets. In hierdie metode word agarmedia geënt deur 'n gedefinieerde digtheid van 'n suspensie van die mikrobiese patogeen se suiwer kultuur op die agaroppervlak eweredig te versprei.

Nadat die agar-oppervlak vir ongeveer 5 minute gedroog het, word filtreerpapierskyfies wat 'n gedefinieerde hoeveelheid (μg/skyf) van die antimikrobiese middel bevat, dan op die geënte agar-oppervlak geplaas met behulp van óf met gesteriliseerde tang óf met 'n meervoudige toediener (Fig. 46.12).

Die Petri-plaat word dadelik in 'n broeikas by 35°C geplaas. Na 16 tot 18 uur se inkubasie word die deursnee van die sones van inhibisie rondom elke skyf gemeet.

Inhibisie sone deursnee word dan geïnterpreteer in die mate van mikrobiese weerstand met behulp van Tabel 46.5 wat sone deursnee in verband bring met die mate van mikrobiese weerstand. Die waardes in hierdie tabel is afgelei deur die MIC-waardes en deursnee van sones vir baie verskillende stamme van mikrobiese patogeen te vind.

'n Plot van MIC (op 'n logaritmiese skaal) teenoor sone-inhibisie-deursnee (rekenkundige skaal) word vir elke antimikrobiese middel voorberei (Fig. 46.13). Hierdie plotte word dan gebruik om die sone-diameters te vind wat ooreenstem met die geneesmiddelkonsentrasies wat werklik in die liggaam van die gasheer bereik is.

As die sone deursnee vir die laagste vlak wat in die liggaam van die gasheer voorberei is, kleiner is as wat waargeneem word met die toets mikrobiese patogeen, moet laasgenoemde 'n MIC waarde hê wat laag genoeg is om deur die middel vernietig te word. 'n Mikrobiese patogeen met 'n te hoë MIC-waarde (te klein sone-deursnee) is bestand teen die geneesmiddel by normale liggaamskonsentrasies.

3. Die Etest:

Die Etest (van AB BIODISK, Solna, Swede) is 'n nie-diffusie-gebaseerde tegniek wat 'n uitgevoerde en herdefinieerde gradiënt van 'n antimikrobiese middel wat op 'n plastiekstrook geïmmobiliseer is, gebruik. Etest is veral gerieflik vir gebruik met anaërobiese mikrobiese patogene.

Daarin word 'n Petri-plaat wat die regte hoeveelheid agar bevat in drie verskillende rigtings met die toetsmikrobiese patogeen gestreep en spesiale plastiese Etest-stroke word op die agar-oppervlak geplaas sodat dit radiaal vanaf die middel uitsteek (Fig. 46.14).

Elke strook het 'n konsentrasiegradiënt van 'n antimikrobiese middel en is gemerk met 'n skaal van minimum inhiberende konsentrasie (MIC) waardes. Die laagste konsentrasie in die Etest-strook lê in die middel van die plaat.

Na oornag inkubasie of langer (24 tot 48 uur), verskyn 'n elliptiese sone van inhibisie gesentreer langs die as van die strook. Die MIC-waarde in μg/ml word vanaf die skale gelees by die punt wat dit die sone van inhibisie sny, soos in die figuur deur die pyl getoon.

4. Dwelmkonsentrasiemeting in bloed:

Die middel wat gebruik word moet 'n konsentrasie meer as die minimum inhiberende konsentrasie (MIC) van die patogeen by die infeksieplek bereik om effektief te word.

In gevalle van daardie siektes wat ernstig en lewensgevaarlik word, word dit dikwels nodig om die dwelmkonsentrasie in pasiënt’ se bloed en ander liggaamsvloeistowwe te monitor. Dit kan bereik word met behulp van mikrobiologiese, chemiese, immunologiese, ensiematiese en chromatografiese toetse.


Abstrak

Die produktiwiteit van die farmaseutiese industrie is die afgelope paar jaar wyd bespreek, veral met betrekking tot kommer dat aansienlike uitgawes aan navorsing en ontwikkeling nie in goedgekeurde middels omgeskakel het nie. Verskeie ontledings van hierdie produktiwiteitsuitdaging het gefokus op aspekte soos slytasiekoerse by spesifieke kliniese fases of die fisies-chemiese eienskappe van geneesmiddelkandidate, maar relatief min aandag is geskenk aan hoe die industrie presteer het vanuit die oogpunt van die keuse van terapeutiese meganismes en hul beoogde aanduidings. Hierdie artikel ondersoek wat die farmaseutiese industrie in hierdie opsig bereik het deur omvattende industriewye data oor die meganisme-aanduidingpare wat die afgelope 20 jaar ondersoek is, te ontleed. Ons bevindinge dui op verskeie punte en neigings wat ons hoop nuttig sal wees om die produktiwiteit van die bedryf te verstaan ​​en te verbeter, insluitend gebiede waarin die bedryf aansienlike sukses of mislukking gehad het en die relatiewe omvang van nuutheid in voltooide en deurlopende projekte.


Probleme van suksesvolle vertaling aan mense van data uit diere-eksperimentering

Alhoewel die onbetroubaarheid en beperkinge van diere-eksperimentering toenemend erken word, bly daar 'n algemene vertroue binne baie van die biomediese gemeenskap dat dit oorkom kan word. 7 Drie hooftoestande ondermyn egter hierdie vertroue en verduidelik waarom diere-eksperimentering, ongeag die siektekategorie wat bestudeer is, nie daarin slaag om menslike gesondheid betroubaar in te lig nie: (1) die uitwerking van die laboratorium-omgewing en ander veranderlikes op studie-uitkomste, (2) verskille tussen diermodelle van siektes en menslike siektes, en (3) spesieverskille in fisiologie en genetika. Ek pleit vir die kritieke belangrikheid van elk van hierdie toestande.

Die invloed van laboratoriumprosedures en -omgewings op eksperimentele resultate

Laboratoriumprosedures en toestande oefen invloede uit op diere se fisiologie en gedrag wat moeilik is om te beheer en wat uiteindelik navorsingsuitkomste kan beïnvloed. Diere in laboratoriums word onwillekeurig in kunsmatige omgewings geplaas, gewoonlik in vensterlose kamers, vir die duur van hul lewens. Gevangenheid en die algemene kenmerke van biomediese laboratoriums—soos kunsmatige beligting, mensgeproduseerde geluide en beperkte behuisingsomgewings—kan spesie-tipiese gedrag voorkom, wat nood en abnormale gedrag onder diere veroorsaak. 8 Onder die tipes laboratorium-gegenereerde nood is die verskynsel van aansteeklike angs. 9 Kortisoonvlakke styg by ape wat kyk hoe ander ape vasgehou word vir bloedversameling. 10 Bloeddruk en hartklop styg by rotte wat kyk hoe ander rotte onthoof word. 11 Roetine-laboratoriumprosedures, soos om 'n dier te vang en hom of haar uit die hok te verwyder, bykomend tot die eksperimentele prosedures, veroorsaak beduidende en langdurige verhogings in stresmerkers in diere’. 12 Hierdie stresverwante veranderinge in fisiologiese parameters wat deur die laboratoriumprosedures en omgewings veroorsaak word, kan beduidende uitwerking op toetsresultate hê. 13 Gestreste rotte ontwikkel byvoorbeeld chroniese inflammatoriese toestande en dermlekkasie, wat veranderlikes byvoeg wat data kan verwar. 14

'n Verskeidenheid toestande in die laboratorium veroorsaak veranderinge in neurochemie, genetiese uitdrukking en senuweeregenerasie. 15 In een studie is muise byvoorbeeld geneties verander om aorta-defekte te ontwikkel. Tog, toe die muise in groter hokke gehuisves is, het daardie gebreke amper heeltemal verdwyn. 16 Die verskaffing van verdere voorbeelde, tipiese geraasvlakke in laboratoriums kan bloedvate in diere beskadig, en selfs die tipe vloer waarop diere in rugmurgbeseringseksperimente getoets word, kan beïnvloed of 'n geneesmiddel 'n voordeel toon. 17

Sommige ondersoekers het 'n beroep gedoen op standaardisering van laboratoriuminstellings en -prosedures om te beheer vir potensiële verwarders. 18 Een noemenswaardige poging is deur Crabbe et al. in hul ondersoek na die potensiële verwarrende invloede van die laboratoriumomgewing op ses muisgedrag wat algemeen in neurogedragseksperimente bestudeer word. Ten spyte van hul ȁse buitengewone lengte om toetsapparaat, toetsprotokolle en alle moontlike kenmerke van veeteelt oor drie laboratoriums gelyk te stel, was daar sistematiese verskille in toetsresultate in hierdie laboratoriums. 19 Daarbenewens het verskillende muisstamme merkbaar in alle gedragstoetse gewissel, en vir sommige toetse het die omvang van genetiese verskille van die spesifieke toetslaboratorium afgehang. Die resultate dui daarop dat daar belangrike invloede van omgewingstoestande en prosedures spesifiek vir individuele laboratoriums is wat moeilik kan wees—miskien selfs onmoontlik—om uit te skakel. Hierdie invloede kan navorsingsresultate verwar en ekstrapolasie na mense belemmer.

Die onenigheid tussen menslike siektes en dieremodelle van siektes

Die gebrek aan voldoende kongruensie tussen diermodelle en menslike siektes is nog 'n beduidende struikelblok vir translasiebetroubaarheid. Menslike siektes word tipies kunsmatig by diere geïnduseer, maar die enorme moeilikheid om enigiets wat die kompleksiteit van menslike siektes in dieremodelle benader, weer te gee, beperk hul bruikbaarheid. 20 Selfs al is die ontwerp en uitvoering van 'n dier-eksperiment gesond en gestandaardiseer, kan die vertaling van die resultate na die kliniek misluk as gevolg van verskille tussen die dier-eksperimentele model en die menslike toestand. 21

Beroerte-navorsing bied een opvallende voorbeeld van die probleme met die modellering van menslike siektes by diere. Beroerte word relatief goed verstaan ​​in sy onderliggende patologie. Tog het die akkurate modellering van die siekte by diere bewys dat dit 'n oefening in futiliteit is. Om die onvermoë om menslike beroerte by diere te herhaal, aan te spreek, beweer baie die behoefte om meer gestandaardiseerde dierestudie-ontwerpprotokolle te gebruik. Dit sluit die gebruik van diere in wat beide geslagte en wye ouderdomsgroepe verteenwoordig, wat comorbiditeite en voorafbestaande toestande het wat natuurlik by mense voorkom, en wat gevolglik medikasie kry wat vir menslike pasiënte aangedui is. 22 Trouens, 'n stel riglyne, genaamd STAIR, is in 1999 deur 'n beroerte-rondetafel geïmplementeer (en opgedateer in 2009) om protokolle te standaardiseer, die verskille te beperk en die toepaslikheid van diereberoerte-eksperimente op mense te verbeter. 23 Een van die mees belowende beroertebehandelings wat later na vore gekom het, was NXY-059, wat effektief in diere-eksperimente bewys het. Die middel het egter in kliniese proewe misluk, ten spyte van die feit dat die stel diere-eksperimente op hierdie middel as die plakkaatkind vir die nuwe eksperimentele standaarde beskou is. 24 Ten spyte van sulke kragtige pogings, het die ontwikkeling van STAIR en ander kriteria nog nie 'n herkenbare impak in kliniese vertaling gemaak nie. 25

Onder nadere ondersoek is dit nie moeilik om te vermoed waarom diere beroerte-eksperimente nie suksesvol na mense vertaal word nie, selfs met nuwe riglyne. Standaard beroertemedikasie sal waarskynlik verskillende spesies verskillend beïnvloed. Daar is min bewyse wat daarop dui dat 'n vroulike rot, hond of aap die fisiologie van 'n menslike vrou voldoende reproduseer. Miskien die belangrikste is dat die voortplanting van die reeds bestaande toestande van beroerte by diere net so moeilik is as om beroertepatologie en -uitkomste te reproduseer. Byvoorbeeld, die meeste diere ontwikkel nie natuurlik beduidende aterosklerose nie, 'n leidende bydraer tot isgemiese beroerte. Om die uitwerking van aterosklerose by diere weer te gee, klem navorsers hul bloedvate vas of plaas bloedklonte kunsmatig in. Hierdie intervensies herhaal egter nie die uitgebreide patologie van aterosklerose en die onderliggende oorsake daarvan nie. Die voortplanting van menslike siektes by diere vereis die voortplanting van die predisponeer siektes, ook 'n gedugte uitdaging. Die onvermoë om die siekte by diere te reproduseer sodat dit in relevante opsigte kongruent is met menslike beroerte het bygedra tot 'n hoë mislukkingsyfer in geneesmiddelontwikkeling. Meer as 114 potensiële terapieë wat aanvanklik in diere getoets is, het in menslike proewe misluk. 26

Verdere voorbeelde van herhaalde mislukkings gebaseer op diermodelle sluit in geneesmiddelontwikkeling in kanker, amiotrofiese laterale sklerose (ALS), traumatiese breinbesering (TBI), Alzheimer se siekte (AD) en inflammatoriese toestande. Dierekankermodelle waarin gewasse kunsmatig geïnduseer word, was die basiese translasiemodel wat gebruik word om sleutelfisiologiese en biochemiese eienskappe in kankeraanvang en -voortplanting te bestudeer en om nuwe behandelings te evalueer. Nietemin bestaan ​​daar beduidende beperkings in die modelle’ se vermoë om die komplekse proses van menslike karsinogenese getrou te weerspieël. 27 Hierdie beperkings word bewys deur die hoë (van die hoogste van enige siektekategorie) kliniese mislukkingsyfer van kankermedisyne. 28 Ontledings van gewone muis-ALS-modelle toon beduidende verskille van menslike ALS. 29 Die onvermoë van diere-ALS-modelle om voordelige effekte by mense met ALS te voorspel, word erken. 30 Meer as twintig middels het in kliniese proewe misluk, en die enigste geneesmiddel wat deur die Amerikaanse voedsel- en dwelmadministrasie (FDA) goedgekeur is om ALS te behandel, is Riluzole, wat 'n merkbare marginale voordeel op pasiëntoorlewing toon. 31 Dieremodelle kon ook nie die kompleksiteite van menslike TBI weergee nie. 32 In 2010 het Maas et al. berig oor 27 groot Fase 3 kliniese proewe en 6 ongepubliseerde proewe in TBI wat almal nie menslike voordeel getoon het nadat hulle voordeel in diere getoon het nie. 33 Boonop, selfs na sukses in diere, is ongeveer 172 en 150 geneesmiddelontwikkelingsmislukkings geïdentifiseer in die behandeling van menslike AD 34 en inflammatoriese siektes, 35 onderskeidelik.

Die hoë kliniese mislukkingsyfer in geneesmiddelontwikkeling oor alle siektekategorieë is ten minste gedeeltelik gebaseer op die onvermoë om menslike siektes in diere voldoende te modelleer en die swak voorspelbaarheid van dieremodelle. 36 'n Noemenswaardige sistematiese oorsig, gepubliseer in 2007, het diere-eksperimenteringsresultate vergelyk met kliniese proefbevindinge oor intervensies wat gemik is op die behandeling van kopbesering, respiratoriese noodsindroom, osteoporose, beroerte en bloeding. 37 Die studie het bevind dat die resultate van mense en diere slegs die helfte van die tyd in ooreenstemming was. Met ander woorde, die diere-eksperimente was nie meer geneig as 'n flip of the muntstuk om te voorspel of daardie ingrypings mense sou bevoordeel nie.

In 2004 het die FDA beraam dat 92 persent van medisyne wat prekliniese toetse slaag, insluitend “pivotale” dieretoetse, nie na die mark gaan nie. 38 Meer onlangse ontleding dui daarop dat, ten spyte van pogings om die voorspelbaarheid van dieretoetsing te verbeter, die mislukkingsyfer eintlik toegeneem het en nou nader aan 96 persent is. 39 Die hoofoorsake van mislukking is gebrek aan doeltreffendheid en veiligheidsprobleme wat nie deur dieretoetse voorspel is nie. 40

Gewoonlik, wanneer 'n diermodel gebrekkig gevind word, word verskeie redes aangevoer om te verduidelik wat verkeerd geloop het—swak metodologie, publikasievooroordeel, gebrek aan voorafbestaande siekte en medikasie, verkeerde geslag of ouderdom, ensovoorts. Hierdie faktore vereis beslis oorweging, en erkenning van elke potensiële verskil tussen die diermodel en die menslike siekte motiveer hernieude pogings om hierdie verskille uit te skakel. Gevolglik word wetenskaplike vordering soms deur sulke pogings gemaak. Die hoë druipsyfer in dwelmtoetsing en ontwikkeling, ten spyte van pogings om dieretoetsing te verbeter, dui egter daarop dat hierdie pogings onvoldoende bly om die struikelblokke vir suksesvolle vertaling wat inherent aan die gebruik van diere is, te oorkom. Te dikwels geïgnoreer word die goed gestaafde idee dat hierdie modelle, om redes wat hier opgesom is, intrinsiek gebrekkig is in relevansie tot, en dus hoogs onwaarskynlik is om nuttige inligting oor menslike siektes op te lewer. 41

Interspesieverskille in fisiologie en genetika

Uiteindelik, selfs al sou aansienlike kongruensie tussen 'n diermodel en sy ooreenstemmende menslike siekte getoon word, sal interspesieverskille in fisiologie, gedrag, farmakokinetika en genetika die betroubaarheid van dierestudies aansienlik beperk, selfs na 'n aansienlike belegging om sulke studies te verbeter. By rugmurgbesering, byvoorbeeld, verskil dwelmtoetsresultate na gelang van watter spesie en selfs watter stam binne 'n spesie gebruik word, as gevolg van talle interspesies en interstrain verskille in neurofisiologie, anatomie en gedrag. 42 Die mikropatologie van rugmurgbesering, beseringsherstelmeganismes en herstel van besering verskil baie tussen verskillende stamme van rotte en muise. 'n Sistematiese oorsig het bevind dat selfs onder die mees gestandaardiseerde en metodologies beter diere-eksperimente, toetsresultate wat die doeltreffendheid van metielprednisoloon vir rugmurgbeseringsbehandeling beoordeel, aansienlik tussen spesies verskil het. 43 Dit dui daarop dat faktore inherent aan die gebruik van diere verantwoordelik is vir sommige van die groot verskille in resultate.

Selfs rotte van dieselfde stam, maar wat van verskillende verskaffers gekoop word, lewer verskillende toetsresultate. 44 In een studie het reaksies op 12 verskillende gedragsmaatreëls van pynsensitiwiteit, wat belangrike merkers van rugmurgbesering is, gewissel tussen 11 stamme van muise, met geen duidelike patrone wat voorspelling moontlik gemaak het van hoe elke stam sou reageer nie. 45 Hierdie verskille het beïnvloed hoe die diere op die besering en op eksperimentele terapieë gereageer het. Daar kan getoon word dat 'n dwelm een ​​muisstam help om te herstel, maar nie 'n ander nie. Ten spyte van dekades se gebruik van dieremodelle, het nie 'n enkele neurobeskermende middel wat rugmurgbesering in dieretoetse verbeter het, tot dusver doeltreffend in kliniese proewe bewys nie. 46

Om die belangrikheid van fisiologiese verskille tussen spesies verder te illustreer, het 'n 2013-studie gerapporteer dat die muismodelle wat op groot skaal gebruik is om menslike inflammatoriese siektes te bestudeer (in sepsis, brandwonde, infeksie en trauma) misleidend was. Die studie het bevind dat muise baie van mense verskil in hul reaksies op inflammatoriese toestande. Muise het van mense verskil in watter gene aan- en afgeskakel is en in die tydsberekening en duur van geenuitdrukking. Die muismodelle het selfs van mekaar verskil in hul antwoorde. Die ondersoekers het tot die gevolgtrekking gekom dat “our studie hoër prioriteit ondersteun om op die meer komplekse menslike toestande te fokus eerder as om op muismodelle staat te maak om menslike inflammatoriese siekte te bestudeer.” 47 Die verskillende genetiese reaksies tussen muise en mense is waarskynlik verantwoordelik, ten minste in deel, vir die hoë dwelmmislukkingsyfer. Die skrywers het gesê dat elkeen van byna 150 kliniese proewe wat die vermoë van kandidaatagente getoets het om inflammatoriese reaksies by kritiek siek pasiënte te blokkeer, misluk het.

Wye verskille het ook duidelik geword in die regulering van dieselfde gene, 'n punt wat maklik gesien word wanneer verskille tussen menslike en muislewers waargeneem word. 48 Konsekwente fenotipes (waarneembare fisiese of biochemiese kenmerke) word selde verkry deur modifikasie van dieselfde geen, selfs onder verskillende muisstamme. 49 Geenregulering kan wesenlik tussen spesies verskil en kan so belangrik wees soos die teenwoordigheid of afwesigheid van 'n spesifieke geen. Ten spyte van die hoë mate van genoombewaring, is daar kritieke verskille in die volgorde en funksie van gene tussen spesies. Om 'n analogie te gebruik: aangesien klaviere dieselfde sleutels het, deel mense en ander diere (grootliks) dieselfde gene. Waar ons meestal verskil, is in die manier waarop die gene of sleutels uitgedruk word. Byvoorbeeld, as ons die sleutels in 'n sekere volgorde speel, hoor ons Chopin in 'n ander volgorde, ons hoor Ray Charles en in nog 'n ander volgorde, dit is Jerry Lee Lewis. Met ander woorde, dieselfde sleutels of gene word uitgedruk, maar hul verskillende ordes lei tot merkbaar verskillende uitkomste.

Met die erkenning van die inherente genetiese verskille tussen spesies as 'n hindernis vir vertaling, het navorsing aansienlike entoesiasme uitgespreek vir geneties gemodifiseerde (GM) diere, insluitend transgeniese muismodelle, waarin menslike gene in die muisgenoom ingevoeg word. As 'n menslike geen egter in muise uitgedruk word, sal dit waarskynlik anders funksioneer as die manier waarop dit in mense funksioneer, wat beïnvloed word deur fisiologiese meganismes wat uniek is in muise. Byvoorbeeld, 'n belangrike proteïen wat bloedsuiker by mense beheer, ontbreek in muise. 50 Toe die menslike geen wat hierdie proteïen maak in geneties veranderde muise uitgedruk is, het dit die teenoorgestelde effek gehad as dié by mense: dit het veroorsaak verlies van bloedsuikerbeheer by muise. Die gebruik van GM muise het nie daarin geslaag om menslike siektes suksesvol te modelleer nie en om te vertaal in kliniese voordeel oor baie siektekategorieë. 51 Miskien is die primêre rede waarom GM diere waarskynlik nie veel meer suksesvol sal wees as ander diermodelle in translasiegeneeskunde nie, die feit dat die ȁgechumaniseerde” of veranderde gene steeds in niemenslike diere is.

In baie gevalle word nie-menslike primate (NHP's) in plaas van muise of ander diere gebruik, met die verwagting dat NHP's menslike resultate beter sal naboots. Daar was egter genoeg mislukkings in vertaling om hierdie optimisme te ondermyn. Byvoorbeeld, NHP-modelle het nie daarin geslaag om sleutelkenmerke van Parkinson’ se siekte te reproduseer nie, beide in funksie en in patologie. 52 Verskeie terapieë wat in beide NHP's en rotmodelle van Parkinson se siekte belowend gelyk het, het teleurstellende resultate by mense getoon. 53 Die veldtog om hormoonvervangingsterapie (HVT) by miljoene vroue voor te skryf om kardiovaskulêre siektes te voorkom, was grootliks gebaseer op eksperimente op NHP's. HRT is nou bekend Verhoog die risiko van hierdie siektes by vroue. 54

MIV/VIGS-entstofnavorsing met behulp van NHP's verteenwoordig een van die mees noemenswaardige mislukkings in die vertaling van diere-eksperimentering. Enorme hulpbronne en dekades se tyd is gewy aan die skep van NHP (insluitend sjimpansee) modelle van MIV. Tog het al ongeveer 90 MIV-entstowwe wat in diere geslaag het, in mense misluk. 55 Nadat MIV-entstof gp120 in kliniese proewe misluk het, ten spyte van positiewe uitkomste by sjimpansees, BMJ artikel het opgemerk dat belangrike verskille tussen NHP's en mense met MIV navorsers mislei het en hulle op onproduktiewe eksperimentele paaie afgeneem het. 56 Gp120 het nie daarin geslaag om MIV wat in selkultuur gekweek en getoets is, te neutraliseer nie. Omdat die serum egter sjimpansees teen MIV-infeksie beskerm het, is twee Fase 3 kliniese proewe onderneem 57 —'n duidelike voorbeeld van hoe verwagtinge dat NHP-data meer voorspellend is as data van ander (in hierdie geval, selkultuur) toetsmetodes onproduktief is en skadelik. Ten spyte van die herhaalde mislukkings, bly NHP's (alhoewel nie sjimpansees of ander groot ape nie) wyd gebruik vir MIV-navorsing.

Die implisiete aanname dat NHP (en inderdaad enige dier) data betroubaar is, het ook gelei tot beduidende en onregverdigbare menslike lyding. Byvoorbeeld, kliniese proefvrywilligers vir gp120 is op onnodige risiko geplaas om skade te berokken as gevolg van ongegronde vertroue in NHP-eksperimente. Twee landmerkstudies waarby duisende menopousale vroue betrokke was wat met HVT behandel is, is vroeg gestaak weens verhoogde beroerte- en borskankerrisiko. 58 In 2003 is Elan Pharmaceuticals gedwing om 'n Fase 2 kliniese proef voortydig te beëindig toe gevind is dat 'n ondersoekende AD-entstof breinswelling in menslike proefpersone veroorsaak. Geen beduidende nadelige effekte is in GM muise of NHPs opgespoor nie. 59

In nog 'n voorbeeld van menslike lyding as gevolg van diere-eksperimentering, is ses menslike vrywilligers in 2006 met 'n immunomodulerende middel, TGN 1412, ingespuit. 60 Binne minute nadat hulle die eksperimentele middel ontvang het, het alle vrywilligers 'n ernstige nadelige reaksie opgedoen as gevolg van 'n lewensgevaarlike sitokien storm wat gelei het tot katastrofiese sistemiese orgaanversaking. Die verbinding is ontwerp om die immuunstelsel te demp, maar dit het die teenoorgestelde effek by mense. Voor hierdie eerste menslike proef is TGN 1412 in muise, hase, rotte en NHP's getoets met geen nadelige gevolge nie. NHP's het ook herhaalde-dosis toksisiteitstudies ondergaan en is vir ten minste vier opeenvolgende weke 500 keer die menslike dosis gegee. 61 Nie een van die NHP's het die slegte effekte geopenbaar wat mense feitlik onmiddellik getoon het nadat hulle klein hoeveelhede van die toetsmiddel ontvang het nie.Cynomolgus- en rhesus-ape is spesifiek gekies omdat hul CD28-reseptore soortgelyke affiniteit met TGN 1412 as menslike CD28-reseptore getoon het. Gebaseer op sulke data soos hierdie, is daar met vertroue tot die gevolgtrekking gekom dat resultate verkry van hierdie NHP's die mees betroubare geneesmiddelreaksies by mense sal voorspel, 'n gevolgtrekking wat vernietigend verkeerd was.

Soos geïllustreer deur die studie van MIV/VIGS, TGN 1412 en ander ervarings, is 62 eksperimente met NHP's nie noodwendig meer voorspellend van menslike reaksies as eksperimente met ander diere nie. Die herhaalde mislukkings in vertaling van studies met NHP's weerlê argumente wat die gebruik van enige nie-menslike spesies om menslike fisiologie en siektes te bestudeer en om potensiële behandelings te toets. As eksperimentering met sjimpansees en ander NHP's, ons naaste genetiese neefs, onbetroubaar is, hoe kan ons verwag dat navorsing met ander diere betroubaar sal wees? Die kern van die saak is dat diere-eksperimente, ongeag die spesie wat gebruik word of die tipe siektenavorsing wat onderneem word, hoogs onbetroubaar is𠅎n hulle het te min voorspellingswaarde om die gevolglike risiko's van skade vir mense te regverdig, om redes wat ek nou verduidelik.


9.6: Toets dwelmdoeltreffendheid - Biologie

Vir aansteeklike siektes is vinnige en akkurate identifikasie van die patogeen krities vir effektiewe bestuur en behandeling, maar diagnose bly uitdagend, veral in gebiede met beperkte hulpbronne. Metodes wat patogeen-nukleïensure akkuraat opspoor, kan robuuste, akkurate, vinnige en ultrasensitiewe tegnologieë verskaf vir punt-van-sorg diagnose van patogene, en sodoende inligting oplewer wat van onskatbare waarde is vir siektebestuur en behandeling. Verskeie tegnologieë, meestal PCR-gebaseerde, is aangewend vir patogeen-opsporing, maar dit vereis duur reagense en toerusting, en bekwame personeel. CRISPR/Cas-stelsels is gebruik vir genoomredigering, gebaseer op hul vermoë om spesifieke DNA- en RNA-volgordes akkuraat te herken en te splits. Verder, na herkenning van die teikenvolgorde, vertoon sekere CRISPR/Cas-stelsels, insluitend ortoloë van Cas13, Cas12a en Cas14 kollaterale nie-spesifieke katalitiese aktiwiteite wat vir nukleïensuuropsporing aangewend kan word, byvoorbeeld deur afbreek van 'n gemerkte nukleïensuur om 'n fluoresserende sein. CRISPR/Cas-stelsels is vatbaar vir multipleksing, waardeur 'n enkele diagnostiese toets moontlik gemaak word om veelvuldige teikens te identifiseer tot atomolêre (10–18 mol/L) konsentrasies van teikenmolekules. Die ontwikkeling van toestelle wat CRISPR/Cas met laterale vloeistelsels koppel, kan goedkoop, akkurate, hoogs sensitiewe, in-veld ontplooibare diagnostiek moontlik maak. Hierdie sensors het talle toepassings, van menslike gesondheid tot landbou. In hierdie oorsig bespreek ons ​​die onlangse vooruitgang op die gebied van CRISPR-gebaseerde biosensing tegnologieë en beklemtoon insigte van hul potensiële gebruik in 'n magdom toepassings.

Briewe
Slim mikrobiese selle koppel katalise en waarneming om hoë-deursetkeuse van 'n organofosfaathidrolase te verskaf

Ensiemingenieurswese vir die verkryging van funksie vereis die doeltreffende navigasie van 'n groot kombinatoriese volgorderuimte. Tipies is baie mutasies nodig om beduidende verbeterings te kry, terwyl 'n enkele "slegte" mutasie die ensiem kan deaktiveer. Om hoë-deurset-sifting te bewerkstellig en verbeterde resolusie tussen twee variante te bereik, is genetiese biblioteke van die organofosfaathidrolase-ensiem paraoksonase 1 (PON1) vinnig gekeur via 'n gemanipuleerde positiewe-terugvoerkring: 'n p-nitrofenol (PNP)-spesifieke transkripsiefaktor (TF) ) gereguleerde uitdrukking van PON1, wat paraoksonafbreking en PNP-produksie gekataliseer het. Skaars aktiewe mutantkolonies, gekies deur eenvoudige visuele fluoressensie van 'n PON1-groen fluoresserende proteïen (GFP) samesmelting, is gekarakteriseer. In 'n enkele siftingsronde het hoë (biblioteekskaal) deurset die ontdekking van verbeterde paraokson-afbraakaktiwiteit in PON1 moontlik gemaak, insluitend struktureel onverwagte mutasies.

Mikrobiese sintese van menslike hormoonmelatonien op gramskale
  • Hao Luo* ,
  • Konstantin Schneider,
  • Ulla Christensen,
  • Yang Lei,
  • Markus Herrgard, en
  • Bernhard Ø. Palsson

Melatonien is 'n kommersieel aantreklike triptofaan-afgeleide hormoon. Hier beskryf ons 'n bioproses vir die produksie van melatonien deur Escherichia coli tot hoë titers te gebruik. Die eerste gemanipuleerde stam het 0.13 g/L melatonien uit triptofaan geproduseer onder gevoer-batch fermentasie toestande. 'n 4-voudige verbetering op melatonientiter is verder bereik deur (1) proteïen-ingenieurswese van tempobeperkende triptofaanhidroksilase om 5-hidroksitriptofaanbiosintese te verbeter en (2) chromosomale integrasie van aromatiese-aminosuurdekarboksilase om byprodukvorming te beperk en geen te verminder toksisiteit vir die gasheersel. Fermentasie-optimering het melatonientiter met 'n bykomende 2-voudig verbeter. Die verwydering van yddG, 'n triptofaan-uitvoerder, het 'n bykomende voordelige effek getoon. Die finale gemanipuleerde stam het ~2.0 g/L melatonien geproduseer met triptofaan wat ekstern aangevul is en ~1.0 g/L met glukose as die enigste koolstofbron vir triptofaanvoorsiening. Hierdie studie lê die grondslag vir die verdere ontwikkeling van 'n kommersiële melatonien-produserende E. coli-stam.

Funksionele identifikasie van twee tipes karoteenhidroksilases van die groen alge Dunaliella bardawil Ryk aan Luteïen
  • Ming-Hua Liang,
  • Hong Xie,
  • Hao-Hong Chen,
  • Zhi-Cong Liang, en
  • Jian-Guo Jiang*

Die soutverdraagsame eensellige alg Dunaliella bardawil FACHB-847 kan groot hoeveelhede luteïen ophoop, maar die onderliggende oorsaak van massiewe ophoping van luteïen is nog onbekend. In hierdie studie is gene wat vir twee tipes karoteenhidroksilase kodeer, dit wil sê, β-karoteenhidroksilase (DbBCH) en sitochroom P450 karotenoïedhidroksilase (DbCYP97s DbCYP97A, DbCYP97B en DbCYP97C), barda-gekloon vanaf D. Hul substraatspesifisiteite en ensiemaktiwiteite is getoets deur funksionele komplementasietoetse in Escherichia coli. Dit is getoon dat DbBCH die hidroksilering van die β-ringe van beide β- en α-karoteen kan kataliseer, en het 'n lae vlak van ε-hidroksilase vertoon. Anders as CYP97A van hoër plante, kon DbCYP97A nie β-karoteen hidroksileer nie. DbCYP97A en DbCYP97C het hoë hidroksilase-aktiwiteit teenoor die β-ring en ε-ring van α-karoteen onderskeidelik getoon. DbCYP97B het geringe aktiwiteit teenoor die β-ring van α-karoteen vertoon. Die hoë akkumulasie van luteïen in D. bardawil kan te wyte wees aan die veelvuldige weë vir luteïensintese wat gegenereer word vanaf α-karoteen met zeinoxanthin of α-cryptoxanthin as tussenprodukte deur DbBCH en DbCYP97s. Gesamentlik verskaf hierdie studie insigte om die onderliggende rede vir hoë produksie van luteïen in die halofiele groenalg D. bardawil FACHB-847 te verstaan.

Draai die skroef: Ingenieurswese uiterste pH-weerstand in Escherichia coli deur kombinatoriese sintetiese operone
  • Guilherme M.V. de Siqueira,
  • Rafael Silva-Rocha, en
  • María-Eugenia Guazzaroni*

Die aanvaarding van mikroörganismes as platforms vir volhoubare biogebaseerde produksie vereis dat gasheerselle strawwe toestande kan weerstaan, gewoonlik baie ver van dié waarin hierdie organismes natuurlik aangepas is om te floreer. Nuwe oorlewingsmeganismes wat opgegrawe is deur die studie van mikrobiome uit uiterste habitatte kan egter uitgebuit word om mikrobiese robuustheid te verbeter onder die streng voorwaardes wat nodig is vir verskillende industriële toepassings. In hierdie werk is sintetiese biologie-benaderings gebruik om verhoogde suurweerstand in Escherichia coli te ontwerp deur die karakterisering van 'n versameling unieke operone wat saamgestel is uit kombinatoriese samestellings van drie nuwe gene uit 'n uiterste omgewing en drie sintetiese ribosoombindingsplekke. Die resultate wat hier aangebied word, illustreer die doeltreffendheid van die kombinasie van verskillende metagenomiese gene vir weerstand in sintetiese operone, aangesien uitdrukking van hierdie geenklusters honderdvoudig die oorlewingspersentasie verhoog het van selle wat blootgestel is aan 'n suur skok in minimale media by pH 1.9 onder aërobiese toestande.

Omvattende ontleding van genomiese veilige hawens as teikenterreine vir stabiele uitdrukking van die heteroloë geen in HEK293-selle
  • Seunghyeon Shin,
  • Su Hyun Kim,
  • Sung Wook Shin,
  • Lise Marie Grav,
  • Lasse Ebdrup Pedersen,
  • Jae Seong Lee* , en
  • Gyun Min Lee*

Menslike sellyne word toenemend as gasheerselle gebruik om terapeutiese glikoproteïene te produseer, as gevolg van hul menslike glikosileringsmasjinerie. In 'n poging om 'n platform te ontwikkel vir die generering van isogeniese menslike sellyne wat terapeutiese proteïene produseer gebaseer op geteikende integrasie, is drie bekende menslike genomiese veilige hawens (GSH's) - AAVS1, CCR5 en menslike ROSA26 lokusse - geëvalueer met betrekking tot die transgeenuitdrukking vlak en stabiliteit in menslike embrioniese nier (HEK293) selle. Onder die drie GSH's het die AAVS1 lokus die hoogste eGFP uitdrukking met die hoogste homogeniteit getoon. Transgeen uitdrukking by die AAVS1 lokus is volgehou sonder seleksie vir ongeveer 3 maande. Verder het die CMV promotor die hoogste uitdrukking getoon, gevolg deur die EF1α, SV40 en TK promotors by die AAVS1 lokus. Meestersellyne is geskep met behulp van CRISPR/Cas9-gemedieerde integrasie van die landingsplaat in die AAVS1-lokus en is gebruik vir vinniger generering van rekombinante sellyne wat terapeutiese proteïene met rekombinase-gemedieerde kassetuitruiling produseer.

Outomatiese deurlopende evolusie van proteïene in vivo
  • Ziwei Zhong,
  • Brandon G. Wong,
  • Arjun Ravikumar,
  • Garri A. Arzumanyan,
  • Ahmad S. Khalil* , en
  • Chang C. Liu*

Ons bied outomatiese deurlopende evolusie (ACE), 'n platform vir die handvrye gerigte evolusie van biomolekules. ACE pare OrthoRep, 'n genetiese stelsel vir deurlopende geteikende mutagenese van gebruiker-geselekteerde gene in vivo, met eVOLVER, 'n skaalbare en outomatiese deurlopende kultuurtoestel vir presiese, multiparameter regulering van groeitoestande. Deur intydse terugvoerbeheerde afstemming van seleksie-strengheid met eVOLVER te implementeer, het gene van belang wat op OrthoRep gekodeer is, outonoom multimutasie-aanpasbare paaie deurkruis om gewenste funksies te bereik, insluitend middelweerstand en verbeterde ensiemaktiwiteit. Die duursaamheid, skaalbaarheid en spoed van biomolekulêre evolusie met ACE behoort breedweg van toepassing te wees op proteïeningenieurswese sowel as voornemende studies oor hoe seleksieparameters en skedules aanpassing vorm.

Patrooningenieurswese van lewende bakteriese kolonies met behulp van meniskusgedrewe vloeistofkanale
  • Vasily Kantsler* ,
  • Elena Ontañón-McDonald,
  • Cansu Kuey,
  • Manjari J. Ghanshyam,
  • Maria Chiara Roffin, en
  • Munehiro Asally*

Die skep van aanpasbare, volhoubare en dinamiese biomateriale is 'n komende missie van sintetiese biologie. Ingenieurswese ruimtelik georganiseerde bakteriese gemeenskappe het 'n potensiaal om sulke bio-metamateriale te ontwikkel. Die generering van lewenspatrone met presisie, robuustheid en 'n lae tegniese versperring bly egter 'n uitdaging. Hier bied ons 'n maklik implementeerbare tegniek aan vir die patroon van lewende bakteriese populasies met behulp van 'n beheerde meniskus-gedrewe fluidics-stelsel, genaamd MeniFluidics. Ons demonstreer multiskaal patroonvorming van biofilmkolonies en swerms met submillimeter resolusie. Deur gebruik te maak van die vinniger bakteriese verspreiding in vloeistofkanale, laat MeniFluidics beheerde bakteriese kolonies beide in ruimte en tyd toe om fluoresserend gemerkte Bacillus subtilis-stamme in 'n gekonvergeerde patroon te organiseer en om dinamiese draaikolkpatrone in beperkte bakteriële swerms te vorm. Die robuustheid, akkuraatheid en lae tegniese versperring van MeniFluidics bied 'n hulpmiddel om nuwe lewende materiale te bevorder en uit te vind wat gekombineer kan word met geneties gemanipuleerde stelsels, en by te dra tot fundamentele navorsing oor ekologiese, evolusionele en fisiese interaksies tussen mikrobes.

Dinamiese selprogrammering met kworumwaarneming-beheerde CRISPRi-kring
  • Yilan Liu,
  • Jinjin Chen,
  • David Crisante,
  • Jhoselyn Marisol Jaramillo Lopez, en
  • Radhakrishnan Mahadevan*

Sintetiese biologie maak vinnige vooruitgang op die gebied van biovervaardiging en lewende terapeutika moontlik. Dinamiese stroombane wat gebruik kan word om sellulêre hulpbronne en mikrobiese gemeenskapsgedrag te reguleer verteenwoordig 'n bepalende fokus van sintetiese biologie, en het geweldige belangstelling gelok. Die bestaande dinamiese stroombane is egter meestal geenredigering-afhanklik of sellise-gebaseer, wat hul breë en gerieflike toepassing beperk, en in sommige gevalle kan sulke lysis-gebaseerde stroombane ly aan genetiese onstabiliteit as gevolg van evolusie. Daar is beperkte navorsing oor kworumwaarneming-gesteunde CRISPRi, wat op 'n geenredigering-onafhanklike wyse kan funksioneer. Hier het ons 'n reeks kworumwaarnemingsbeheerde CRISPRI-stelsels (Q-CRISPRi) gebou, wat bakterieë dinamies kan programmeer deur pasgemaakte sgRNA te gebruik sonder om sellise in te voer. Ons het Q-CRISPRi-kringe suksesvol toegepas om geenuitdrukking, bevolkingsdigtheid, fenotipe, fisiese eienskap en gemeenskapsamestelling van mikrobiese konsortia dinamies te programmeer. Die strategieë wat hier gerapporteer word, verteenwoordig metodes vir dinamiese selprogrammering en kan effektief wees in die programmering van industrieel en medies belangrike mikroörganismes om beter beheer van hul metabolisme en gedrag te bied.

Artikels
'n Klein-molekule-responsiewe riboswitch maak voorwaardelike induksie van virale vektor-gemedieerde geenuitdrukking in muise moontlik
  • Benjamin Strobel,
  • Matthias J. Düchs ,
  • Dragica Blazevic,
  • Philipp Rechtsteiner,
  • Clemens Braun,
  • Katja S. Baum-Kroker ,
  • Bernhard Schmid,
  • Thomas Ciossek,
  • Dirk Gottschling,
  • Jörg S. Hartig , en
  • Sebastian Kreuz*

Adeno-geassosieerde virale (AAV) vektor-gemedieerde geenterapie hou groot potensiaal vir toekomstige mediese toepassings in. Om egter veiliger en breër toepaslikheid te fasiliteer en pasiëntgesentreerde sorg moontlik te maak, moet terapeutiese proteïenuitdrukking beheerbaar wees, ideaal deur 'n oraal toegediende geneesmiddel. Die gebruik van proteïen-gebaseerde sisteme word as taamlik ongewens beskou, as gevolg van potensiële immunogenisiteit en die beperkte koderingsruimte van AAV. Ligand-afhanklike riboswitches, daarenteen, is klein en word gekenmerk deur 'n aantreklike werkswyse gebaseer op mRNA-selfsplitsing, onafhanklik van mede-uitgedrukte vreemde proteïen. Alhoewel dit 'n belowende benadering is, het skakelaars wat tot dusver beskikbaar is, slegs matige sterkte by diere getoon. In die besonder, ON-skakelaars wat transgeen-uitdrukking op ligand-toediening veroorsaak tot dusver het nogal teleurstellende resultate behaal. Hier bied ons die gebruik van die voorheen beskryfde tetrasiklien-afhanklike ribosiem K19 aan vir die beheer van AAV-gemedieerde transgeenuitdrukking in muise. Deur hierdie instrumentskakelaar te gebruik, verskaf ons eerste bewys vir die uitvoerbaarheid van klinies gewenste sleutelkenmerke, insluitend multiorgaanfunksionaliteit, kragtige regulering (tot 15-voudige induksie), omkeerbaarheid en die moontlikheid om uitdrukking te verfyn en herhaaldelik te veroorsaak. Die sistematiese assessering van ligand- en verslaggewerproteïenplasmavlakke het die karakterisering van farmakokinetiese-farmakodinamiese verwantskappe verder moontlik gemaak. Ons resultate ondersteun dus toekomstige pogings om gemanipuleerde riboswitches vir toepassings in kliniese geenterapie te ontwikkel.

Gehokaktiveerders van kunsmatige allosteriese proteïenbiosensors
  • Selvakumar Edwardraja,
  • Zhong Guo,
  • Jason Whitfield,
  • Ignacio Retamal Lantadilla,
  • Wayne A. Johnston,
  • Patricia Walden,
  • Claudia E. Vickers, en
  • Kirill Alexandrov*

Die vermoë van proteïene om onverwante biochemiese insette en uitsette te interkonverteer, lê die meeste energie- en inligtingverwerking in biologie onderlê. 'n Algemene omskakelingsmeganisme behels 'n konformasieverandering van 'n proteïenreseptor in reaksie op 'n ligandbinding of 'n kovalente modifikasie, wat lei tot allosteriese aktiwiteitsmodulasie van die effektordomein. Om sulke stelsels rasioneel te ontwerp is 'n sentrale doelwit van sintetiese biologie en proteïeningenieurswese. 'n Twee-komponent sensoriese stelsel gebaseer op die steierwerk van modules in die teenwoordigheid van 'n analiet is een van die mees veralgemeenbare biosensor-argitekture. 'n Inherente probleem van sulke sisteme is afhanklikheid van die respons op die absolute en relatiewe konsentrasies van die komponente. Hier gebruik ons ​​die voorbeeld van twee-komponent sensoriese stelsels gebaseer op calmodulin-aangedrewe sintetiese skakelaars om hierdie probleem te ontleed en aan te spreek. Ons het "gehokte" weergawes van die aktiveringsdomein gebou en sodoende 'n termodinamiese versperring geskep vir spontane aktivering van die stelsel. Ons demonstreer dat die hok-biosensor-argitekture kan werk teen konsentrasies wat oor 3 ordes van grootte strek en van toepassing is op elektrochemiese, luminescerende en fluoresserende twee-komponent biosensors. Ons het die aktiveringskinetika van die ingehokte biosensors ontleed en vasgestel dat die kern allosteriese skakelaar waarskynlik die tempo beperkende komponent van die stelsel sal wees. Hierdie bevindinge verskaf leiding vir voorspelbare ingenieurswese van robuuste sensoriese stelsels met insette en uitsette van keuse.

Oorkom die uitdagings van megabasis-grootte plasmiedkonstruksie in Escherichia coli
  • Takahito Mukai* ,
  • Tatsuya Yoneji,
  • Kayoko Yamada,
  • Hironobu Fujita,
  • Seia Nara, en
  • Masayuki Su'etsugu*

Alhoewel Escherichia coli 'n gewilde hulpmiddel vir plasmiedkonstruksie was, is geglo dat hierdie bakterie "ongeskik" is vir die bou van 'n groot plasmied waarvan die grootte 500 kilobasisse oorskry. Ons het aangeneem dat tradisionele plasmiedvektore sekere regulatoriese DNA-elemente kan kort wat nodig is vir die stabiele replikasie en segregasie van so 'n groot plasmied. Daarbenewens kan die gebruik van 'n paar plekspesifieke rekombinasiestelsels kloning van groot DNA-segmente vergemaklik. Hier wys ons twee strategieë vir die konstruksie van 1-megabasis (1-Mb) sekondêre chromosome deur nuwe bakteriese kunsmatige chromosoom (BAC) vektore te gebruik. Eerstens is die 3-Mb-genoom van 'n genoom-verminderde E. coli-stam in twee chromosome (2-Mb en 1-Mb) verdeel, waarvan die kleiner een die oorsprong van replikasie en die partisielokus van die Vibrio tubiashii sekondêre het chromosoom. Hierdie chromosoomsplytingsmetode (Flp-POP-kloning) werk via flippase-gemedieerde eksisie, wat saamval met die hersamestelling van 'n gesplete chlooramfenikolweerstandsgeen, wat chlooramfenikolseleksie moontlik maak. Vervolgens het ons 'n nuwe kloningsmetode (oriT-POP kloning) en 'n volledig toegeruste BAC vektor (pMegaBAC1H) ontwikkel vir die ontwikkeling van 'n 1-Mb plasmied.Twee 0.5-Mb genomiese streke is opeenvolgend oorgedra vanaf twee skenkerstamme na 'n ontvangerstam via konjugasie en gevang deur pMegaBAC1H in die ontvangerstam om 'n 1-Mb plasmied te produseer. Hierdie 1-Mb plasmied was oordraagbaar na 'n ander E. coli-stam via konjugasie. Verder was hierdie 1-Mb sekondêre chromosome amplifiseerbaar in vitro deur gebruik te maak van die hersaamgestelde E. coli chromosoom replikasie siklus reaksie (RCR). Hierdie strategieë en tegnologieë sal gewilde E. coli-selle 'n produktiewe fabriek maak vir ontwerper-chromosoom-ingenieurswese.

Twee-komponent biosensors: onthulling van die meganismes van voorspelbare instelbaarheid

Baie studies is gewy aan die ingenieurswese van sellulêre biosensors deur intrinsieke natuurlike sensors te ontgin. Biosensors maak egter nie net staat op insetopsporing nie, maar ook op 'n voldoende reaksiereeks. Dit is dus dikwels nodig om natuurlike stelsels in te stel om op 'n voorspelbare wyse aan die eise van spesifieke toepassings te voldoen. In hierdie studie het ons die aanpasbaarheid van twee-komponent bakteriese biosensors ondersoek deur die hoof biosensor komponent, dit wil sê die reseptor proteïen, te moduleer. Ons het 'n wiskundige model ontwikkel wat die funksionele verwantskap tussen reseptor oorvloed en aktiveringsdrempel, sensitiwiteit, dinamiese omvang en bedryfsreeks beskryf. Die gedefinieerde wiskundige raamwerk laat die ontwerp van die genetiese argitektuur van 'n twee-komponent biosensor toe wat kan presteer soos vereis met minimale genetiese ingenieurswese. Om die model en sy voorspellings eksperimenteel te valideer, is 'n biblioteek van biosensors saamgestel. Die goeie ooreenkoms tussen teoretiese ontwerpe en eksperimentele resultate dui daarop dat modulasie van reseptorproteïenoorvloed optimering van biosensorontwerpe met minimale genetiese ingenieurswese moontlik maak.

Bakteriofaag-geïnspireerde groei-ontkoppelde rekombinante proteïenproduksie in Escherichia coli
  • Patrick Stargardt,
  • Lukas Feuchtenhofer,
  • Monika Cserjan-Puschmann,
  • Gerald Striedner, en
  • Juergen Mairhofer*

Modulering van hulpbrontoewysing in bakterieë om metaboliese boustene na die vorming van rekombinante proteïene eerder as biomassa-vorming te herlei, bly 'n groot uitdaging in biotegnologie. Hier bied ons 'n nuwe benadering vir verbeterde rekombinante proteïenproduksie (RPP) met behulp van Escherichia coli (E. coli) deur rekombinante proteïensintese van selgroei te ontkoppel. Ons wys dat seldeling en gasheer-mRNA-transkripsie suksesvol geïnhibeer kan word deur ko-uitdrukking van 'n bakteriofaag-afgeleide E. coli RNA-polimerase (RNAP) inhibeerderpeptied en dat gene wat deur die ortogonale T7 RNAP oorgetranskribeer is, uiteindelik meer as 55% van seldroëmassa kan uitmaak ( CDM). Hierdie RNAP inhibeerder peptied bind die E. coli RNAP en verhoed dus σ-faktor 70-gemedieerde vorming van transkripsie gekwalifiseerde oop promotorkomplekse. Daardeur word die transkripsie van σ-faktor 70-gedrewe gasheergene geïnhibeer, en metaboliese hulpbronne kan uitsluitlik benut word vir sintese van die proteïen van belang (POI). Hier boots ons die laat fase van bakteriofaag infeksie na deur 'n faag-afgeleide xenogene reguleerder saam uit te druk wat die gasheersel herprogrammeer en daardeur in staat is om RPP aansienlik te verbeter onder industriële relevante voer-batch proses toestande op bioreaktor skaal. Ons het produksie van verskeie verskillende rekombinante proteïene op verskillende skale geëvalueer (van mikroskaal tot 20 L voergroepskaal) en was in staat om totale en oplosbare proteïene-opbrengste tot 3,4-voudig te verbeter in vergelyking met die verwysingsuitdrukkingstelsel E. coli BL21 (DE3). Hierdie nuwe benadering vir groei-ontkoppelde RPP het diepgaande implikasies vir biotegnologie en bio-ingenieurswese en help om meer koste-effektiewe en generiese vervaardigingsprosesse vir biologiese middels en biomateriale te vestig.

Multikomponent mikroskaal biosintese van onnatuurlike sianobakteriese indoolalkaloïede
  • Yogan Khatri,
  • Robert M. Hohlman,
  • Johnny Mendoza,
  • Shasha Li,
  • Andrew N. Lowell,
  • Haruichi Asahara, en
  • David H. Sherman*

Genoomvolgordebepaling en bioinformatika-instrumente het die identifikasie en uitdrukking van 'n toenemende aantal kriptiese biosintetiese geenklusters (BGC's) vergemaklik. Funksionele ontleding van alle komponente van 'n metaboliese pad om biokatalitiese eienskappe presies te bepaal, bly egter tydrowend en arbeidsintensief. Een manier om hierdie proses te bespoedig, behels mikroskaal selvrye proteïensintese (CFPS) vir direkte geen-na biochemiese funksie-analise, wat selde toegepas is om multikomponent-ensiematiese stelsels in gespesialiseerde metabolisme te bestudeer. Ons het gepoog om 'n in vitro transkripsie/vertaling (TT)-toets te vestig om samestelling van sianobakteriële-afgeleide hapalindool-tipe natuurlike produkte (cNPs) te bepaal vanweë hul diverse bioaktiwiteitsprofiele en komplekse strukturele diversiteit. Deur gebruik te maak van 'n CFPS-stelsel wat 'n plasmied dra wat famD2 prenieltransferase van Fischerella ambigua UTEX 1903 insluit, het ons produksie van die sentrale geprenyleerde intermediêre (3GC) in die teenwoordigheid van eksogene geraniel-pirofosfaat (GPP) en cis-indool isonitrile getoon. Verdere byvoeging van 'n plasmied wat die famC1 Stig-siklase dra het gelei tot sintese van beide FamD2- en FamC1-ensieme, wat bevestig is deur proteomika-analise, en gekatalyseerde samestelling van 12-epi-hapalindool U. Verdere kombinasies van Stig-siklase (FamC1–C4) het hapalindool geproduseer U en hapalindool H, terwyl FisC geïdentifiseer is vanaf Fischerella sp. SAG46.79 het 12-epi-fischerindool U gegenereer. Die CFPS-stelsel is verder aangewend om ses onnatuurlike gehalogeneerde cis-indool isonitriel substrate met behulp van FamC1 en FisC te sift, en die reaksies is opgeskaal met behulp van chemoënsiematiese sintese en geïdentifiseer as 5- en 6- fluoro-12-epi-hapalindool U, en 5- en 6-fluoro-12-epi-fischerindool U, onderskeidelik. Hierdie benadering verteenwoordig 'n effektiewe, hoë deursetstrategie om die funksionele rol van biosintetiese ensieme van diverse natuurlike produk BGC's te bepaal.

Ontwerp en eksperimentele evaluering van 'n minimale, onskadelike watermerkstrategie om byna identiese DNA- en RNA-volgordes te onderskei
  • Francine J. Boonekamp ,
  • Sofia Dashko,
  • Donna Duiker,
  • Thies Gehrmann,
  • Marcel van den Broek ,
  • Maxime den Ridder,
  • Martin Pabst,
  • Vincent Robert,
  • Thomas Abeel,
  • Eline D. Postma ,
  • Jean-Marc Daran, en
  • Pascale Daran-Lapujade*

Die konstruksie van kragtige selfabrieke vereis intensiewe en uitgebreide hermodellering van mikrobiese genome. Met inagneming van die vinnig toenemende aantal van hierdie sintetiese biologie-pogings, is daar 'n toenemende behoefte aan DNA-watermerkstrategieë wat die diskriminasie tussen sintetiese en inheemse geenkopieë moontlik maak. Alhoewel dit goed gedokumenteer is dat kodongebruik vertaling, en heel waarskynlik mRNA-stabiliteit in eukariote kan beïnvloed, ondersoek merkwaardig min kwantitatiewe studies die impak van watermerk op transkripsie, proteïenuitdrukking en fisiologie in die gewilde model en industriële gis Saccharomyces cerevisiae. Die huidige studie, wat S. cerevisiae as eukariotiese paradigma gebruik, het 'n sistematiese strategie ontwerp, geïmplementeer en eksperimenteel bekragtig om DNS te watermerk met minimale verandering van gisfisiologie. Die 13 gene wat proteïene kodeer wat betrokke is by die hoofweg vir suikerbenutting (d.w.s. glikolise en alkoholiese fermentasie) is gelyktydig watermerk in 'n gisras deur gebruik te maak van die voorheen gepubliseerde wegruilstrategie. Om kodons versigtig om te ruil van hierdie natuurlik kodon-geoptimaliseerde, hoogs uitgedrukte gene, het nie gisfisiologie beïnvloed nie en het nie transkripsie-oorvloed, proteïen-oorvloed en proteïenaktiwiteit verander nie, behalwe 'n ligte effek op Gpm1. Die merkerQuant bioinformatika-metode kan betroubaar onderskei tussen inheemse gene en transkripsies met watermerke. Verder het die teenwoordigheid van watermerke selektiewe CRISPR/Cas-genoomredigering moontlik gemaak, spesifiek gerig op die inheemse geenkopie terwyl die sintetiese, watermerkvariant ongeskonde gelaat is. Hierdie studie bied 'n bekragtigde strategie om gene in S. cerevisiae bloot te watermerk.

Selvrye bakteriofaaggenoomsintese met behulp van laekoste-volgorde-geverifieerde skikking-gesinteteerde oligonukleotiede
  • Huiran Yeom,
  • Taehoon Ryu,
  • Amos Chungwon Lee,
  • Jinsung Noh,
  • Hansaem Lee,
  • Yeongjae Choi,
  • Namphil Kim, en
  • Sunghoon Kwon*

Die sintetisering van gemanipuleerde bakteriofage (fage) vir menslike gebruik het potensiaal in verskeie toepassings wat wissel van dwelmsifting met behulp van 'n faagvertoning tot kliniese gebruik met behulp van fageterapie. Die ingenieurswese van fage behels egter konvensioneel die gebruik van 'n in vivo sisteem wat lae produksiedoeltreffendheid het as gevolg van hoë virulensie teen die gasheer en lae transformasiedoeltreffendheid. Om hierdie kwessies te omseil, het de novo faaggenoomsintese deur gebruik te maak van chemies gesintetiseerde oligonukleotiede (oligos) die potensiaal vir ingenieursfage in 'n selvrye sisteem verhoog. Hier bied ons 'n selvrye, laekoste, de novo geensintese-tegnologie genaamd Sniper-samestelling vir faaggenoomkonstruksie. Met massiewe parallelle volgordebepaling van mikroskikking-gesintetiseerde oligo's, het ons ongeveer 100 000 klonale DNA-klusters in vitro en 5000 foutvryes in 'n selvrye omgewing gegenereer en geïdentifiseer. Om die praktiese toepassing daarvan te demonstreer, het ons die Acinetobacter-faag AP205-genoom (4268 bp) gesintetiseer deur 65 volgorde-geverifieerde DNA-klone te gebruik. In vergelyking met vorige verslae, het Sniper-samestelling die genoomsintesekoste (.0137/bp) verlaag deur laekoste-volgorde-geverifieerde DNA te produseer.

SRNA-gebaseerde sifting Chromosomale geenteikens en modulêre ontwerp Escherichia coli vir hoë-titer produksie van geaglikosileerde immunoglobulien G
  • Jinhua Zhang,
  • Yanshu Zhao,
  • Yingxiu Cao,
  • Zhenpeng Yu,
  • Guoping Wang,
  • Yiqun Li,
  • Xiaoqiong julle,
  • Congfa Li,
  • Xue Lin, en
  • Hao Song*

Die produksie van die geaglikosileerde immunoglobulien G (IgG) in Escherichia coli het wye belangstelling gekry vir sy analitiese en terapeutiese toepassings. Om die produksietiter van IgG te verbeter, het ons eers sintetiese sRNA's gebruik om 'n sistematiese analise van die geenuitdrukking in die translasievlak in die glikolitiese pad (module 1) en die trikarboksielsuur (TCA) siklus (module 2) uit te voer om die kritiese gene vir die doeltreffende IgG-produksie. Tweedens, om voldoende aminosuurvoorlopers vir die proteïenbiosintese te verskaf, is aminosuurbiosintesebane (module 3) verbeter om die IgG-produksie te fasiliteer. Na geïntegreerde ingenieurswese van hierdie gene in die drie modules (module 1, aceF module 2, gltA en acnA module 3, serB) en optimalisering van fermentasie toestande, het die rekombinante E. coli 'n titer van die volledig saamgestelde IgG van 4.5 ± 0.6 moontlik gemaak. mg/L in fleskulture en 184 ± 9.2 mg/L in die 5 L hoëseldigtheid voer-batch fermenteerder, wat, sover ons weet, die hoogste gerapporteerde titer van IgG-produksie in rekombinante E. coli is.

Doeltreffende biosintese van lae-molekulêre gewig poli-y-glutamiensuur gebaseer op stereochemie regulasie in Bacillus amyloliquefaciens
  • Yuanyuan Sha,
  • Yueyuan Huang,
  • Yifan Zhu,
  • Tao Sun,
  • Zhengshan Luo,
  • Yibin Qiu,
  • Yijing Zhan,
  • Peng Lei,
  • Sha Li, en
  • Hong Xu*

Lae-molekulêre gewig poli-γ-glutamiensuur (LMW-γ-PGA) het baie aandag getrek vanweë sy baie potensiële toepassings in voedsel, landbou, medisyne en skoonheidsmiddels. Ensiematiese afbraak is 'n doeltreffende manier vir die sintese van LMW-γ-PGA. Die stereochemie van γ-PGA beperk egter die degradasie van γ-PGA. Hierdie studie identifiseer die rol van γ-PGA sintase (pgsA) en glutamaat racemase (racE) in die regulering van γ-PGA stereochemie en demonstreer hul kombinasie gebruik vir LMW-γ-PGA sintese. Eerstens is die uitdrukking van pgsA en racE verbeter, wat gelei het tot verbeterings in beide die molekulêre gewig (Mw) en die d-glutamaat proporsie van γ-PGA. Toe is 'n optimale kombinasie van pgsA, racE en γ-PGA hidrolase pgdS gekonstrueer deur die geenoorspronge vir die sintese van LMW-γ-PGA uit te ruil. Laastens is die Mw van γ-PGA verlaag tot 6-8 kDa, wat baie laer was in vergelyking met die geval sonder stereochemie-omskakeling (20-30 kDa). Hierdie studie verskaf 'n nuwe strategie om die Mw van γ-PGA te beheer gebaseer op stereochemie regulering en lê 'n stewige grondslag vir sintese van LMW-γ-PGA.

Ontwikkeling van nuwe ribosskakelaars vir sintetiese biologie in die groen alge Chlamydomonas
  • Payam Mehrshahi,
  • Ginnie Trinh D. T. Nguyen,
  • Aleix Gorchs Rovira,
  • Andrew Sayer,
  • Marcel Llavero-Pasquina,
  • Michelle Lim Huei Sin,
  • Elliot J. Medcalf,
  • Gonzalo I. Mendoza-Ochoa,
  • Mark A. Scaife, en
  • Alison G. Smith*

Riboskakelaars is RNA-regulerende elemente wat spesifieke ligande bind om geenuitdrukking te beheer. As gevolg van hul modulêre samestelling, waar 'n ligand-sensitiewe aptamer-domein gekombineer word met 'n uitdrukkingsplatform, bied riboswitches unieke gereedskap vir sintetiese biologie toepassings. Hier het ons 'n mutasiebenadering gevolg om funksioneel belangrike nukleotiedresidue in die tiamienpirofosfaat (TPP) riboswitch in die THI4-geen van die modelalg Chlamydomonas reinhardtii te bepaal, wat ons in staat stel om aptamer-uitruiling uit te voer met THIC aptamers van Chlamydomonas en Arabidopsis thaliana. Hierdie chimeriese riboswitches het 'n duidelike spesifisiteit en dinamiese reeks reaksies op verskillende ligande vertoon. Ons studies demonstreer gemak van samestelling as 5'UTR DNA dele, voorspelbaarheid van uitset, en bruikbaarheid vir beheerde produksie van 'n hoë-waarde verbinding in Chlamydomonas. Die eenvoud van riboswitch-inkorporering in huidige ontwerpplatforms sal die generering van genetiese stroombane vergemaklik om sintetiese biologie en metaboliese ingenieurswese van mikroalge te bevorder.

Verbeterde produksie van appelsuur in Aspergillus niger deur sitroensuurophoping af te skaf en glikolitiese vloed te verbeter

Mikrobiese fermentasie is wyd ondersoek om appelsuur te produseer. Voorheen is Aspergillus niger suksesvol gemanipuleer, en 'n hoë titer appelsuur is bereik met stam S575, maar dit het ook 'n hoë vlak van neweproduk sitroensuur geproduseer. Hier is die vermoë van A. niger in appelsuurbiosintese verder verbeter deur die ophoping van sitroensuur uit te skakel en glikolitiese vloed te verbeter. Karakterisering van variante mutante het voorgestel dat ontwrigting van cexA, 'n geenkodeer sitroensuur-vervoerder wat op selmembraan geleë is, sitroensuurophoping uitgeskakel het. CexA-tekorte stam S895 het egter aansienlik verminderde appelsuurproduksie getoon. Verdere ontleding van S895 het aangedui dat die transkripsievlak van gene betrokke by glukose vervoer en glikolitiese pad aansienlik verminder is, en die ooreenstemmende ensiemaktiwiteit was ook laer as dié van S575. Individuele ooruitdrukking van gene wat kodeer vir glukose-vervoerder MstC en sleutelensieme (heksokinase HxkA, 6-fosfofrukto-2-kinase PfkA, en piruvaatkinase PkiA) betrokke by onomkeerbare reaksies van glikoliese pad het appelsuurproduksie verhoog. Gevolglik is gene van mstC, hxkA, pfkA en pkiA heeltemal ooruitgedruk in S895, en die resulterende stam S1149 is gekonstrueer. Die titer van appelsuur in voer-batch fermentasie met S1149 het 201.13 g/L bereik. In vergelyking met S575, is die neweproduk van sitroensuur heeltemal afgeskaf in S1149, en die verhouding van appelsuur/glukose is verhoog van 1,27 tot 1,64 mol/mol, die hoogste opbrengs wat tot dusver gerapporteer is, en die fermentasieperiode is van 9 tot 8 verkort. dae. Dus is 'n stam met groot industriële toepassingspotensiaal ontwikkel deur nege gene in A. niger te ingenieur, en 'n loodsfermentasietegnologie is ontgin.

Genetiese Ingenieurswese van Oligotropha carboxidovorans Stam OM5—'n Belowende kandidaat vir die aërobiese benutting van sintesegas
  • Daniel Siebert* ,
  • Tobias Busche,
  • Aline Y. Metz ,
  • Medina Smaili,
  • Bastian A.W. Queck,
  • Jörn Kalinowski, en
  • Bernhard J. Eikmanns

As gevolg van klimaatsverandering en wêreldwye besoedeling, is die ontwikkeling van hoogs volhoubare roetes vir industriële produksie van basiese en spesiale chemikalieë deesdae van kritieke belang. Een moontlike benadering is die gebruik van CO2- en CO-benuttende mikroörganismes in biotegnologiese prosesse om waardetoegevoegde verbindings uit sintesegas (mengsels van CO2, CO en H2) of uit C1-bevattende industriële afvalgasse te produseer. Sulke singasfermentasieprosesse is reeds gevestig, bv. biobrandstofproduksie deur gebruik te maak van streng anaërobiese asetogeniese bakterieë. Aërobiese prosesse kan egter gunstig wees vir die vorming van duurder (ATP-intensiewe) produkte. Oligotropha carboxidovorans stam OM5 is 'n aërobiese karboksidotrofiese bakterie en potensieel 'n belowende kandidaat vir sulke prosesse. Ons het hier RNA-Seq analise uitgevoer wat selle van hierdie organisme wat heterotrofies gegroei het met asetaat of outotrofies met CO2, CO en H2 as koolstof- en energiebron vergelyk en gevind dat 'n verskeidenheid chromosomale en van inheemse plasmied-gekodeerde gene hoogs differensieel uitgedruk word. In die besonder, gene en geengroepe wat proteïene kodeer wat benodig word vir outotrofiese groei (CO2-fiksasie via Calvin-Benson-Bassham-siklus), vir CO-metabolisme (CO-dehidrogenase), en vir H2-benutting (hidrogenase), alles geleë op megaplasmied pHCG3, was baie hoër uitgedruk tydens outotrofiese groei met sintesegas. Verder het ons suksesvol reproduseerbare transformasie van O. carboxidovorans deur elektroporasie gevestig en geen-uitwissing en geenuitruilprotokolle ontwikkel via twee-stap rekombinasie, wat induseerbare en stabiele uitdrukking van heteroloë gene moontlik maak, asook konstruksie van gedefinieerde mutante van hierdie organisme. Hierdie studie is dus 'n belangrike stap in die rigting van metaboliese ingenieurswese van O. carboxidovorans en effektiewe benutting van C1-bevattende gasse met hierdie organisme.

'n Omkeerbaar-geïnduseerde CRISPRi-stelsel wat fotosisteem II in die sianobakterie teiken Synechocystis sp. PCC 6803

Die sianobakterie Synechocystis sp. PCC 6803 word as 'n model-organisme gebruik om fotosintese te bestudeer, aangesien dit glukose as die enigste koolstofbron kan benut om sy groei onder heterotrofiese toestande te ondersteun. CRISPR interferensie (CRISPRi) is wyd toegepas om die transkripsie van gene op 'n geteikende wyse in sianobakterieë te onderdruk. 'n Robuuste en omkeerbare geïnduseerde CRISPRi-stelsel is egter nie in Synechocystis 6803 ondersoek om die uitdrukking van 'n geteikende geen af ​​te breek en te herstel nie.In hierdie studie het ons 'n streng beheerde chimeriese promotor, PrhaBAD-RSW, gebou waarin 'n teofillien-responsiewe riboswitch geïntegreer is in 'n rhamnose-induseerbare promotorsisteem. Ons het hierdie promotor toegepas om die uitdrukking van ddCpf1 (DNase-dooie Cpf1-nuklease) in 'n CRISPRI-stelsel te dryf en die PSII-reaksiesentrumgeen psbD (D2-proteïen) gekies om vir onderdrukking te teiken. psbD is spesifiek deur meer as 95% van sy inheemse uitdrukking afgebreek, wat gelei het tot erg geïnhibeerde fotosisteem II-aktiwiteit en groei van Synechocystis 6803 onder foto-outotrofiese toestande. Dit is betekenisvol dat die verwydering van die induseerders rhamnose en teofillien onderdrukking deur CRISPRi omgekeer het. Uitdrukking van PsbD herstel na vrystelling van onderdrukking, tesame met verhoogde fotosisteem II inhoud en aktiwiteit. Hierdie omkeerbaar geïnduseerde CRISPRi-stelsel in Synechocystis 6803 verteenwoordig 'n nuwe strategie vir die studie van die biogenese van fotosintetiese komplekse in sianobakterieë.

Bottom-up-konstruksie van 'n minimale stelsel vir sellulêre respirasie en energie-herlewing
  • Olivier Biner* ,
  • Justin G. Fedor,
  • Zhan Yin, en
  • Judy Hirst*

Adenosientrifosfaat (ATP), die sellulêre energie-geldeenheid, is noodsaaklik vir lewe. Die vermoë om 'n konstante toevoer van ATP te voorsien is dus van kardinale belang vir die konstruksie van kunsmatige selle in sintetiese biologie. Hier beskryf ons die onderstebo-samestelling en karakterisering van 'n minimale respiratoriese stelsel wat NADH as brandstof gebruik om ATP uit ADP en anorganiese fosfaat te produseer, en dus in staat is om beide stroomop metaboliese prosesse wat op NAD+ staatmaak, en stroomaf energie te onderhou- veeleisende prosesse wat deur ATP-hidrolise aangedryf word. 'n Skoonmaakmiddel-gemedieerde benadering is gebruik om respiratoriese mitochondriale kompleks I en 'n F-tipe ATP sintase saam te herkonstitueer in nanogrootte liposome. Byvoeging van die alternatiewe oksidase tot die resulterende proteoliposome het 'n minimale kunsmatige "organel" geproduseer wat die energie-omskakelende katalitiese reaksies van die mitochondriale respiratoriese ketting weergee: NADH-oksidasie, ubiquinone-siklus, suurstofreduksie, protonpomping en ATP-sintese. As 'n bewys-van-beginsel, demonstreer ons dat ons nanovesicles in staat is om 'n NAD+-gekoppelde substraat te gebruik om selvrye proteïenuitdrukking te dryf. Ons nanovesicles is beide doeltreffend en duursaam en kan toegepas word om kunsmatige selle in toekomstige werk te onderhou.

Konstruksie van induceerbare genetiese skakelaar vir die globale reguleerder WblA om beide oorproduksie van tiancimycins en on-demand sporulering in stand te hou Streptomies sp. CB03234
  • Fan Zhang,
  • Die Gao,
  • Jing Lin,
  • Manxiang Zhu,
  • Zhoukang Zhuang,
  • Yanwen Duan* , en
  • Xiangcheng Zhu*

Die komplekse lewensiklus van streptomysete is nou verwant aan hul sekondêre metabolismes, alles beheer deur kaskade regulasies. Tiancimycins (TNMs) is tien-ledede enediynes wat groot potensiaal vir antitumor dwelm ontwikkeling besit. Hulle lae opbrengste in Streptomyces sp. CB03234 het daaropvolgende studies baie beperk. Deur transkriptoomanalise en genetiese karakterisering het ons bewys dat WblA een deurslaggewende globale reguleerder is om die biosintese van TNM'e te onderdruk. Die skrapping van wblA kan die produksie van TNM'e aansienlik verhoog, maar ook die sporulering in CB03234 afskaf. Deur die NitR-ε-caprolactam-induseerbare genetiese skakelaar te konstrueer, is die uitdrukking van wblA in CB03234-NRW beheer, waardeur die oorproduksie van TNM'e gehandhaaf en die normale sporulering by induksie herstel is, wat prakties was vir die opgeskaalde produksie van TNM'e. Met inagneming van die voorkoms en bewaarde regulerende rolle van WblA in streptomisete, sal ons ontwikkelde strategie 'n effektiewe en praktiese benadering bied om titerverbetering en ontdekking van natuurlike produkte te fasiliteer.

Hoë-deurset sifting vir substraat spesifisiteit-aangepaste mutante van die Nisin Dehidrase NisB
  • Xinghong Zhao,
  • Rubén Cebrián,
  • Yuxin Fu,
  • Rick Rink,
  • Tjibbe Bosma ,
  • Gert N. Moll, en
  • Oscar P. Kuipers*

Mikrobiese lanthipeptiede word gevorm deur 'n twee-stap ensiematiese bekendstelling van (metiel)lanthionienringe. 'n Dehidrase kataliseer die dehidrasie van serien- en treonienreste, wat onderskeidelik dehidroalanien en dehidrobutirien lewer. Siklase-gekataliseerde koppeling van die gevormde dehidroreste aan sisteïene vorm (metiel)lantionienringe in 'n peptied. Lantipeptied biosintetiese stelsels laat die ontdekking van teikenspesifieke, lantionien-gestabiliseerde terapeutiese peptiede toe. Die substraat-spesifisiteit van bestaande modifikasie-ensieme stel egter beperkings op die installering van lantioniene in nie-natuurlike substrate. Die doel van die huidige studie was om 'n lantipeptied dehidrase te verkry met die vermoë om substrate te dehidreer wat nie geskik is vir die nisien dehidrase NisB nie. Ons rapporteer hoë-deurset sifting vir pasgemaakte spesifisiteit van intrasellulêre, geneties gekodeerde NisB dehidrases. Die beginsel is gebaseer op die sifting van bakteriële vertoonde lantionien-beperkte streptavidien-ligande, wat 'n baie hoër affiniteit vir streptavidien het as lineêre ligande. Die ontwerpte NisC-sikliseerbare hoë-affiniteitsligande kan gevorm word deur mutante NisB-gekataliseerde dehidrasie maar minder effektief deur wilde-tipe NisB aktiwiteit. In Lactococcus lactis is 'n seloppervlak vertoonvoorloper ontwerp wat uit DSHPQFC bestaan. Die Asp-residu wat die serien in hierdie volgorde voorafgaan, benadeel die dehidrasie daarvan deur wildtipe NisB. Die seloppervlak vertoonvektor is saam met 'n mutante NisB biblioteek en NisTC uitgedruk. Vervolgens is mutante NisB-bevattende bakterieë wat gecycliseerde strep-ligande op die seloppervlak vertoon, geselekteer deur middel van panning rondtes met streptavidien-gekoppelde magnetiese krale. Op hierdie manier is 'n NisB variant met 'n pasgemaakte kapasiteit van dehidrasie verkry, wat verder geëvalueer is met betrekking tot sy kapasiteit om nisien mutante te dehidreer. Hierdie resultate demonstreer 'n kragtige metode vir die selektering van lantipeptied modifikasie ensieme met aangepaste substraat spesifisiteit.


Toepassing van Rekenaarbiologie en Kunsmatige Intelligensie Tegnologieë in Kanker Presisie Dwelm Ontdekking

Kunsmatige intelligensie (KI) het 'n enorme potensiaal op baie gebiede van gesondheidsorg, insluitend navorsing en chemiese ontdekkings. Deur groot hoeveelhede saamgevoegde data te gebruik, kan die KI ontdek en verder leer om hierdie data in "bruikbare" kennis te transformeer. Omdat hulle deeglik hiervan bewus is, het die wêreld se voorste farmaseutiese maatskappye reeds begin om kunsmatige intelligensie te gebruik om hul navorsing rakende nuwe middels te verbeter. Die doel is om moderne rekenaarbiologie en masjienleerstelsels te ontgin om die molekulêre gedrag en die waarskynlikheid om 'n bruikbare middel te kry, te voorspel, om sodoende tyd en geld op onnodige toetse te bespaar. Kliniese studies, elektroniese mediese rekords, hoë-resolusie mediese beelde en genomiese profiele kan as hulpbronne gebruik word om geneesmiddelontwikkeling aan te help. Farmaseutiese en mediese navorsers het uitgebreide datastelle wat deur sterk KI-stelsels ontleed kan word. Hierdie oorsig het gefokus op hoe rekenaarbiologie en kunsmatige intelligensie-tegnologieë geïmplementeer kan word deur die kennis van kankermedisyne, middelweerstand, volgende generasie volgordebepaling, genetiese variante en strukturele biologie in die ontdekking van kankerpresisiemedisyne te integreer.

1. Inleiding

Persoonlike of presisie kankerterapie behels die identifikasie van kankermedisyne vir individuele tumor molekulêre profiele, kliniese kenmerke en gepaardgaande mikro-omgewing van kankerpasiënte [1, 2]. Presisiemedisyne het ook ten doel om kanker meer effektief te behandel met minder nadelige effekte. Volgens 'n verslag deur die Internasionale Agentskap vir Kankernavorsing (IARC), is ongeveer 18,1 miljoen nuwe register oor kankergevalle en 9,6 miljoen kankerverwante sterftes wêreldwyd in 2018 aangemeld [3]. Gekombineer met klassieke kankerbehandelingsmetodes, is onlangse innovasies in kankerbehandeling soos geteikende chemoterapie, anti-angiogene middels en immunoterapie deur dokters aangepas op 'n geval-tot-geval basis vir beter resultate [4]. In 'n aantal gevalle toon kankers soos hepatosellulêre karsinoom, kwaadaardige melanoom en nierkanker dikwels intrinsieke weerstand teen middels sonder voorafgaande dosis antikankermiddels [5]. In ander gevalle is die aanvanklike reaksie op die chemoterapie merkwaardig. So 'n tydperk word egter gevolg deur 'n swak uitkoms, aangesien kanker aanvanklik goed reageer op chemoterapie, maar later weerstand toon as gevolg van die ontwikkeling van weerstand. Miljoene gevalle rakende nadelige middelweerstand in kankerbehandelings word jaarliks ​​aangemeld, wat neerkom op 'n moontlikheid van duisende vermybare sterftes. So 'n haglike situasie vereis dus die ontwerp van potensiële middels. Dit is egter 'n tydrowende en komplekse proses aangesien elke kankerpasiënt verskillend op chemoterapie-middel reageer en die skadelike effekte daarvan is dikwels onvoorspelbaar [6].

Uiteindelik is daar 'n deurslaggewende behoefte om die primêre meganisme te identifiseer met 'n vermoë om weerstand teen kankerterapieë te voorspel. Die inkorporering van tumorgenetiese profilering in die kliniese praktyk het die bestaande kennis met betrekking tot die komplekse biologie van tumorinisiasie en -progressie verbeter. Volgende-generasie volgordebepaling (NGS) is 'n platform wat algemeen deur navorsers gebruik word om die genetiese patroon van kankerpasiënte te dekodeer, wat voorsiening maak vir presisie antitumor behandeling gebaseer op hul onderskeie genomiese profiele. Dit is duidelik dat NGS 'n groot rol speel in die behandeling van siektes, maar dit staar baie tegniese uitdagings in die implementering daarvan in die gesig. Die hoogs akkurate data verkry vanaf NGS lei tot die identifisering van 'n groot stel genomiese variasies, ten einde die skadelike variasies van siektes verder te identifiseer. As sodanig word spesifieke moderne berekeningsalgoritmes vereis om die data te ontleed en te interpreteer. 'n Aantal berekeningsinstrumente is ontwikkel om die datastel te ontleed wat geïntegreer is met genomiese volgorde en biochemiese data oor genetiese polimorfisme. Sulke instrumente sal die voorspelling van funksionele gevolge van skadelike polimorfisme moontlik maak. Die meeste van die gereedskap is ontwerp, gevolg deur die kombinasie van fisies-chemiese eienskappe van aminosure, proteïenstruktuurinligting en evolusionêre volgordebewaringsanalise. Die ontleding van die funksionele gevolge van genetiese variasie is dus nie die limiet nie, en om so 'n analise te rig op presisie geneesmiddelontdekking en die strukturele eienskappe van geneesmiddelinteraksie sal 'n nuwe dimensie in die kankerbehandeling teweegbring. NGS-tegnologie produseer gewoonlik 'n groot stel data, en dit is baie moeilik om die data met die huidige bestaande gereedskap te ontleed. KI-benaderings het egter die vermoë om NGS-data ten gunste te ontleed om geskikte geneesmiddel vir individuele pasiënte te identifiseer.

Kunsmatige intelligensie (KI) het 'n enorme potensiaal op baie gebiede van gesondheidsorg, insluitend biomediese data-analise en geneesmiddelontdekking. Die moderne superrekenaars en masjienleerstelsels is in staat om die genetiese data te verken om die presisiemiddels te identifiseer. Die belangrikste rede vir die toepassing van KI in genetiese data-analise is die voltooiing van die menslike genoomprojekte, wat groot hoeveelhede genetiese inligting gerapporteer het. Oor die afgelope paar jaar het die idee om KI te gebruik om presisie-medikasie-identifikasie te versnel om die sukseskoerse van farmaseutiese navorsingsprogramme te verwerk en 'n hupstoot te gee, 'n oplewing van aktiwiteit op hierdie gebied. Deesdae kan biomediese studies toegang tot uitgebreide datastelle kry as gevolg van die bevordering van volgordebepalingstegnieke en die ophoping van inligting oor genetiese variasies. As sodanig is daar tans groter vooruitsigte vir presisiemedisyne om op die voorgrond van kankerbehandeling te kom. Aangesien kunsmatige intelligensie gebruik maak van die genetiese profiel vir elke pasiënt, kan die regte geneesmiddel geïdentifiseer word om in die pasiënt se behoeftes te voorsien. Boonop is die kunsmatige intelligensiestelsel in staat om die sleutelinligting binne 'n kort tydjie te verfyn. In hierdie oorsig beoog ons om die integrasie van onlangse berekenings- en biologiese tegnieke te bespreek om 'n meer effektiewe kankerbehandeling te ontwikkel. Dit sal die vervaardiging van 'n presisie dwelm identifikasie platform moontlik maak deur die toepassing van kunsmatige intelligensie.

2. Literatuuropname oor volgende generasie volgordebepalingstegnologieë en variante roepalgoritmes

In die vroeë 1970's is 'n nuwe tegnologie gevestig om die DNA-molekule te volgorde. Die tegniese kompleksiteit daarvan, werkskoste en beperkte beskikbaarheid van radioaktiewe reagens het dit egter vir die navorsers moeilik gemaak om hierdie tegnologie in die laboratorium te gebruik. Hierna het die eerste-generasie outomatiese DNA-volgorde-tegnologie wat deur Sanger en kollegas ontwerp is, 'n kettingbeëindigingsmetode aangeneem [7]. Maiden et al. in 1990 die DNA-volgordebepalingstegnologie in die multilokus-volgorde-tikskema gebruik vir Neisseria meningitidis [8]. Haemophilus influenzae is die eerste omgewings-lewende mikro-organisme wat in 1995 met die gebruik van die Sanger-volgordebepalingsmetodologie gevolgorde is [9]. Dit is egter baie duur en tydrowend om die hele menslike selgenoom met hierdie tegnologie te volgorde. In 1990 is die menslike genoomprojek van stapel gestuur met 'n doel om 3,2 miljard basispare menslike genome te dekodeer vir biomediese navorsing in siektediagnostiek en -behandeling. Aanvanklik is die Sanger-volgordetegnologie gebruik in hierdie projek ter waarde van 3,8 miljard met internasionale samewerking [10, 11]. Later in die vroeë 2000's het nog 'n nuwe tegnologie na vore gekom, naamlik volgende generasie volgordebepaling (NGS) tegnologie, wat werklik die DNA-volgordebepalingsproses 'n rewolusie laat ontstaan ​​het deur die tyd, koste en arbeid te verminder. Ná 2010 is genoomvolgordebepaling op bakteriële patogene gedoen, wat die gebruik van tegnologie van binne die laboratorium na openbare gesondheidspraktyke oordra. Die volgordebepalingtegnologieë is gebruik in verskeie gebeurtenisse van die kritieke aansteeklike siekte-uitbraak. Enkele voorbeelde sluit in die cholera-uitbreking na 'n massiewe aardbewing in Haïti gedurende 2010 en die E coli O104: H4-siekte-uitbraak, wat geassosieer is met die verbruik van fenegriekspruit in 2011 [12, 13]. In beide gevalle was dit belangrik om die virulente eienskap dadelik te verstaan, om die vordering van die siekte te verminder, wat massiewe morbiditeit en mortaliteit sal veroorsaak. In hierdie geleenthede het beide akademiese en regeringsnavorsingslaboratoriums vinnig gereageer met NGS-tegnologie deur skare-verkryging en openlike deel van data te gebruik. Na hierdie uitbrake het meer openbare gesondheidslaboratoriums NGS-tegnologie begin gebruik. Gestandaardiseerde NGS-toetse is in baie lande se openbare laboratoriums aangeneem vir toesig en boonop het NGS hoog aangeslaan in gespesialiseerde hospitaallaboratoriums [14, 15].

Tussen 1975 en 2005 was die Sanger-metode die oorheersende volgordebepalingsmetodologie. Dit is beskou as die goue standaard vir volgordebepaling van DNS wat 500–1000 bp lang DNS-lesings van hoë gehalte kan produseer. In 2005 het 454 Lewenswetenskap-korporasies 'n omwenteling van pyrosequencing-tegnologie bekendgestel waarna verwys word as "next generation sequencing (NGS)-tegnologie" [16]. Hierdie massiewe DNA-volgordebepalingstegnologie is in staat om duisende tot miljoene kort DNS-fragmente in 'n enkele masjienloop te lees en op te spoor sonder dat dit nodig is om te kloon. Latere weergawes van DNA-volgordebepalingstegnologie kon kort lesings (50–400 bp) en langlesings (1–100 kb) genereer. Die werkmeganisme en werkverrigting is breedvoerig in baie oorsigartikels bespreek [17, 18]. Die MiSeq- en MiniSeq-tegnologieë bied lae tot middel-monsterverwerking, matige instrumentasiekoste en gebruikersvriendelike werkmetodes met outomatiese en bekostigbare koste per monster rondom $120 per 5 MB genoomvolgordebepaling. Daarom was hulle die primêre keuse van tegnologie vir openbare gesondheid en siekte diagnostiese laboratoriums. Die tegnologieë HiSeq, NextSeq en NovaSeq word beskou as meer geskik vir kernvolgorde-fasiliteite, ongeag hul hoë instrumentasiekoste aangesien die koste per monster laag is regdeur die volgordebepaling. Hulle benodig egter outomatisering vir biblioteekvoorbereiding. Deur die volle kapasiteit van 'n volgordebepalingmasjien te benut, kan die koste effektief verder verminder word. Boonop is die intydse toetsing van kritieke belang, aangesien die laboratoriumspesifieke monsters in volgordebepalingmasjiene in die laboratorium besit word, wat hoogs ingestel is vir die roetine-monsters. Ongeveer 4000 isolate kan byvoorbeeld jaarliks ​​verwerk word met 'n enkele MiSeq-instrument en die gebruik van v3-reagens, wat intydse toetsing in 'n laboratorium sal dek. Onder die NGS-volgorde-platforms genereer HiSeq as 'n produk van Illumina die beste kwaliteit van basisoproepdata. Ion Torrent, as 'n produk van termosvisserye, voer ook volgordebepaling uit deur sintese en die opsporing daarvan gebaseer op die waterstofione wat vrygestel word tydens DNA-polimerisasie wat deur die vastestof pH-meter gemeet kan word [19]. Die PGM- en S5-instrumente is die IonTorrent-ekwivalente vir die Illumina MiniSeq en MiSeq, die ioonproton is ekwivalent van Illumina NextSeq. Die prestasie, die sterkte en die swakheid van prominente genomiese volgordebepalingsplatform is vergelyk en in tabel 1 getabelleer.

Mutasie/variasie in die genetiese kode word as 'n belangrike oorsaak van kanker beskou en daarom is dit die hooffokus in kankernavorsing en -behandeling. Die onlangse vooruitgang in die volgordebepalingtegnologie kan 'n groot stel data genereer wat deur berekeningsmetodes ondersoek kan word om die de novo-mutasie te identifiseer. Teoreties kan alle mutasies, insluitend in die genomiese streek of variant alleel frekwensie (VAF) geïdentifiseer word met voldoende lees diepte. Die geraas in die lêers maak dit egter moeilik om hulle met selfvertroue te identifiseer. 'n Aantal berekeningsmetodes is ontwerp om die genetiese variasie of mutasie uit die komplekse DNS-volgordelesings te identifiseer (Tabel 2). Die proses behels 'n prosedure met drie kenmerke: leesverwerking, kartering en belyning, en variantoproep. As 'n eerste stap is die leesverwerkingsalgoritmes soos NGS QC Toolkit [20], Cutadapt [21] en FASTX Toolkit gebruik om die lae kwaliteit en eksogene rye soos volgordebepalingadapter uit te sny. Tydens die biblioteekvoorbereiding van geteikende volgordebepaling, gebruik sommige van die protokol unieke molekulêre identifiseerders (UMI) en PCR-inleiders. Om die oligonukleotied te snoei en te verwyder, moet 'n pasgemaakte leesverwerkingskrip ontwikkel word. Tweedens word die verwerkte leeswerk met die verwysingsgenoom gekarteer om die volgorde te identifiseer, wat gevolg word deur basis-vir-basis-belyning. Mees algemene toepassings-, kartering- en belyningsinstrumente vir DNA-volgorde sluit in NovoAlign, BWA [22] en TMAP (vir Ion Torrent-lesings) en soos vir RNA-volgordebepaling, splitsbewuste belyningsinstrumente soos STAR [23] en TopHat [24] word gebruik. Genome Analysis Toolkits (GATK's) is die wyd gebruikte instrument vir variant-oproepe na aanleiding van die prosedures wat oor die algemeen belangrik is in hierdie stap soos PCR-deduplisering, indel-herbelyning en herkalibrasie van basiskwaliteit [25, 26]. Die finale proses is die variant-oproep, wat 'n belangrike stap is vir die identifisering van korrekte variante/mutasies van artefakte wat voortspruit uit die voorbereide biblioteek, volgordebepaling, kartering of belyning, en monsterverryking. 'n Aantal kiemlyn- en somatiese variant-oproepinstrumente is ontwikkel wat vrylik beskikbaar is vir ontleding. Die onderliggende kennis is redelik uiteenlopend vir somatiese en kiemlyn-variante oproepinstrumente. Die koers van alleelfrekwensie in kiemlynvariante wat algoritmes oproep, sal na verwagting 50 of 100% wees, en dus het kiemlynvariant-oproepalgoritmes AA of AB of BB akkuraat geïdentifiseer onder hierdie drie genotipes, wat die beste pas [26-29]. Die meeste artefakte kom in minder frekwensie voor en is minder geneig om 'n probleem te skep, aangesien homosigotiese verwysing in hierdie geval die mees waarskynlike genotipe sou wees.Die verwaarlosing van hierdie tipe artefak word egter nie aanbeveel in somatiese variant-oproepe nie, want sommige oorspronklike variante kan ook in baie lae frekwensies voorkom in situasies soos onsuiwer monster, seldsame tumorsubkloon en in sirkulerende DNA. Die grootste uitdaging van die somatiese variant-oproepalgoritme is dus om die lae-frekwensie-variante van artefakte akkuraat te identifiseer, wat gedoen kan word met behulp van gevorderde foutkorreksie-tegnologie en 'n meer sensitiewe statistiese model. Genetiese variante kan in drie hoofgroepe geklassifiseer word: invoeging en delesie (indel), strukturele variant (soos duplisering, translokasie, kopiegetalvariasie, ens.), en enkelnukleotiedvariant (SNV). Tans is slegs minimum aantal variant-oproepalgoritmes beskikbaar om al hierdie tipe variante te voorspel, aangesien hulle spesifieke opgeleide algoritmes benodig. Vir enkelnukleotiedvariasie en kort indele (tipies grootte ≤10 bp), is die primêre prosedure om te kyk vir nie-verwysingsnukleotiedbasisse uit die stapel volgorde wat elke posisie dek. Om die genotipiese variante te evalueer, word meestal probabilistiese modelleringsinstrumente gebruik of om die artefak te klassifiseer vanaf die kans op variant. Vir strukturele variante en lang indels, aangesien die leesstukke te kort is om oor enige variant te strek, is die fokus om die breekpunte te identifiseer gebaseer op die patrone van wanbelyning met gepaarde eindlesings of skielike verandering van leesdiepte. Gesplete lees-samestelling en de novo-metodes word gereeld gebruik vir somatiese variant-analise en lang indel-opsporing. GATK Unified Genotyper/Haplotype Caller, GAP en MAQ is sommige van die instrumente wat gebruik word vir kiemlyn-variant-oproepe [25, 26, 30, 31]. Vir somatiese variantoproepe is verenigde haplotipe en genotipeoproepalgoritmes gebruik, maar die kernalgoritmes is nie vir hierdie analise geformuleer nie, aangesien dit swak presteer vir lae-frekwensie somatiese variante, en hierdie inligting word uitgelig in sommige onafhanklike studies sowel as in die GATK-dokumentasie [32, 33]. Sommige ander variant oproepers soos donder en CRISP wat hoofsaaklik gebruik word vir saamgevoeg monsters word ook gebruik vir variant analise [34].

3. Wêreldwye kankerverslag

'N Rede vir die meeste wêreldwye sterftes is die voorkoms van nie-oordraagbare siektes (NCD's) [35]. Gedurende die 21ste eeu in byna elke land van die wêreld is kanker die primêre oorsaak van sterftes en hierdie algemene probleem belemmer die verlenging van lewensverwagting. In 2015 het die Wêreldgesondheidsorganisasie (WGO) beraam dat kanker 'n dominante oorsaak van mortaliteit en morbiditeit voor die ouderdom van 70 jaar in 91 van 172 lande is, en in die res van die 22 lande is dit die derde of vierde rede. vir die dood. Kankermorbiditeit en -sterftes neem wêreldwyd vinnig toe. Uiteindelik is daar komplekse redes soos die gebrek aan die siektevoorkoms en verspreiding asook 'n verouderende bevolking. Daarbenewens dien die bevolkingstoename en sy sosio-ekonomiese toestande as hoofoorsake van kankersterfte [36, 37]. Kankervoorkoms word meestal in ontwikkelende lande gerapporteer, waar die stygende aantal van die siekte parallel is met 'n verandering in die genetiese profiel van algemene tumorgenetiese tipes. 'n Ernstige waarneming wat gemaak word met betrekking tot die voortdurende veranderinge in die armoede-verwante en infeksie-verwante kankers is dat hulle toenemend algemeen voorkom in sommige ontwikkelde vastelande met die hoogste inkomste, soos Oseanië, Asië, Noord-Amerika en Europa. Die hoofoorsaak van hierdie kankers is dikwels die gemoderniseerde lewenstyl [37-39]. Die verskillende kankergewas genetiese profiele van verskeie lande en selfs tussen spesifieke etniese sones dui egter daarop dat geografiese variasie steeds bestaan, met 'n volharding van plaaslike faktore in bevolkings in baie verskillende fases van ekonomiese en sosiale oorgang. Dit word toegelig deur die groot verskille in frekwensie van infeksie wat verband hou met kankers, insluitend maag, lewer en serviks in die streke aan die teenoorgestelde punte van die menslike ontwikkelingspektrum [38]. Met betrekking tot hierdie inligting, is 'n statistiese ontleding oor die kankerlas wêreldwyd in 2018 gemaak gebaseer op die GLOBOCAN 2018-waarneming van kankermorbiditeit en mortaliteit wat deur die Internasionale Agentskap vir Kankernavorsing (IARC) [40] ontleed is. Dieselfde parameters as wat in 2002 [41], 2008 [41] en 2012 [42] gebruik is, is in ag geneem om die kanker morbiditeit en mortaliteit op wêreldvlak waar te neem. Gevolglik is 'n beoordeling gemaak oor die geografiese verskille wat oor twintig voorafbepaalde globale streke waargeneem is. In die totale aantal gevalle is 11,6% longkanker waargeneem en wat die totale aantal kankerverwante sterftes betref, was 18,4% oorsaak van longkanker. Vir vroue is borskanker die volgende algemeenste kanker teen 11,6%, gevolg deur kolorektale kanker teen 10,2% en prostaatkanker met 7,1% vir voorkoms. Wat mortaliteit betref, is die prominente oorsake kolorektale kanker teen 9,2% gevolg deur beide lewer- en maagkanker op 8,2%. By mans is longkanker die kanker wat die meeste voorkom en die primêre rede vir kankersterftes. Daarbenewens is prostaat- en kolorektale kankers die hoofoorsake vir die voorkoms van kanker en lewer- en maagkanker vir kankerverwante sterftes. In die vroulike bevolking is borskanker die kanker wat die meeste voorkom en die primêre rede vir kankersterfte, gevolg deur kolorektale en longkanker. Naas hierdie voormalige redes is servikale kanker vierde vir beide morbiditeit en mortaliteit. Meer as 65% van nuut geïdentifiseerde kankermorbiditeit en -sterftes word veroorsaak deur top tien kankertipes wat wêreldwyd waargeneem is.

4. Komplikasie in Kanker Dwelm Ontdekking

Van die begin van die menslike beskawing was daar 'n lang geskiedenis van geneesmiddelontdekking en -ontwikkeling. Die ontdekking en ontwikkeling van geneesmiddels is steeds 'n tydsame proses, waardeur ongeveer 10–15 jaar nodig is om 'n enkele doeltreffende middel van die laboratorium na die mark te bring. Boonop verg dit groot beleggings, gemiddeld van US$500 miljoen tot $2 miljard [43, 44]. Die hoë koste van geneesmiddelontwikkeling sal waarskynlik die vermoë van pasiënte met finansiële beperkings om die behandeling te verkry, beïnvloed. Die besteding vir die behandeling van kanker in die VSA sal na verwagting styg van $124,57 miljard in 2010 tot $157,77 miljard teen 2020 [45]. Benewens ontdekking en ontwikkeling, moet geneesmiddelproduksie voldoen aan bevredigende vlakke van toksisiteit, doeltreffendheid, en farmakodinamika en farmakokinetiese profiele van die potensiële geneesmiddelkandidaat in in vitro en in vivo studies. Daarbenewens is prekliniese studies uitgevoer om die doeltreffendheid en veiligheid van die middel by mense in vier verskillende fases te ondersoek. Basies word geneesmiddelontwikkeling belemmer deur 'n hoë koers van mislukking met betrekking tot hul toksisiteit- en doeltreffendheidprofiele. Volgens die onlangse verslae, al het nuwe geneesmiddelkandidate 'n hoë veiligheidsprofiel in Fase I-proewe, misluk die meeste van die dwelmresultate as gevolg van swak doeltreffendheid in Fase II-kliniese proewe [46]. In vergelyking met ander prosesse van geneesmiddelontdekking, het onkologie-verwante terapeutiese ontdekking die hoogste mislukkingsyfer in kliniese proewe. Onlangse ontwikkeling in kankerbehandeling maak voorsiening vir die ontdekking van teikenspesifieke middels. Slegs 1 van elke 50 000 tot 100 000 teikenspesifieke teenkankermiddels word egter deur die Amerikaanse FDA goedgekeur. Verder word slegs 5% van teenkankermedisyne wat in Fase I-kliniese proewe kom, dikwels goedgekeur [47]. Die teikenspesifieke teenkankermiddelbenadering het misluk en dit word steeds deur onkoloë ondersoek om die onderliggende molekulêre meganisme te verstaan. Uit die ondersoekverslae word verstaan ​​dat in die ontwikkeling van kanker meer as 500 seinmolekules bygedra is [48]. Die teikengebaseerde geneesmiddelontdekking fokus egter meestal op die inhibering van die geïdentifiseerde seinmolekules. 'n Ondersoek moet verder gedoen word om die dwelm-gewelteikens anders as die bekende seinmolekules te ondersoek. Die meeste van die geneesmiddelteikens word geklassifiseer op grond van die prekliniese studies, maar die meeste voorbevindings is nie presies herhaalbaar in die kliniese behandeling nie. Die aantal potensiële middels soos olaparib en iniparib het belowende resultate in prekliniese stadiums getoon. Hierdie prekliniese in vitro en in vivo studies neem egter nie presies die menslike kankermikro-omgewing in ag nie [49-51]. Daarbenewens lei die gebrek aan kwaliteit in die farmakodinamika en farmakokinetika-ondersoek van geneesmiddels tot mislukking. Verdere swak toetsstrategieë het ook 'n groot invloed op die geneesmiddel se potensiaal om van die prekliniese bevindings na die mediese behandeling te vertaal [52].

5. Kanker Dwelm Weerstand

Geneesmiddelweerstand kan toegeskryf word aan die afname in die middel se sterkte en doeltreffendheid om die gewenste effekte te produseer. Dit staan ​​as 'n groot obstruksie vir die behandeling van die siekte en beïnvloed die algehele oorlewing van die pasiënt. Veral plaaslike of lokoregionale, sowel as verafgeleë tumormetastases wat lei tot die paradoks van terapie-geïnduseerde metastase (TIM), kan weerstand teen kankerbehandelings tot gevolg hê [5, 53, 54]. In 'n aantal gevalle toon gewasse soos hepatosellulêre karsinoom, kwaadaardige melanoom en nierkanker dikwels intrinsieke weerstand teen kankermedisyne, selfs sonder vooraf blootstelling aan chemoterapie, wat lei tot 'n swak reaksie tydens die aanvanklike stadiums van die behandeling [5]. In sommige ander gevalle kan 'n chemoterapie-middel aanvanklik sy gewenste uitkoms toon. Dit word egter dikwels gevolg deur 'n swak reaksie met skadelike newe-effekte as gevolg van die opkoms van verworwe middelweerstand. Tot dusver is radioterapie en chirurgie die moontlike behandelingsmetodes vir die verwydering van kankerselle. Meer sistemiese behandelings is nodig om metastatiese gewasse of hematologiese maligniteite te behandel. Huidige vorme van die implementering van sistemiese behandeling is teikenspesifieke chemoterapie, immunoterapie en anti-angiogene middels [53]. In die meeste gevalle ontwikkel middelweerstandigheid as gevolg van verworwe en/of intrinsieke genetiese modulasies. Intrinsieke weerstand kan geïnduseer word deur (a) verandering van funksie en/of uitdrukking van die geneesmiddelteiken, (b) geneesmiddelafbreek, (c) veranderinge in die geneesmiddeldrameganisme tussen die sellulêre membraan, (d) veranderinge in die geneesmiddelbindingsdoeltreffendheid /doeltreffendheid met sy bindende teiken [54, 55]. Kernreseptore en ATP-afhanklike membraanvervoerders is die primêre faktore wat die intrinsieke sellulêre weerstand bemiddel [56]. Verder verminder sellulêre metaboliese padstelsels, soos ceramiedglikosilering, die doeltreffendheid van antikankermiddels [57]. Boonop verhoog verbeterde DNA-skadeherstelmeganisme dwelmweerstand deur invloei te verminder, uitvloei te verhoog, geneesmiddelophoping deur selmembraanvervoerders te inhibeer en dwelms te inaktiveer [58, 59]. In verslae van onlangse studies het die primêre teenkankermiddels tekens van weerstand teen die bekende teikens begin toon, soos TP53 [60]. Verder, verworwe middelweerstand wat veroorsaak word deur omgewings- en genetiese faktore wat die ontwikkeling van geneesmiddelweerstandige tumorsel verbeter of mutasies van gene wat betrokke is by relevante metaboliese weë veroorsaak [61, 62].

6. Berekeningsmetodes vir Variantklassifikasie

In onlangse dae kan die genetiese meganisme agter menslike siektes verstaan ​​word deur volgende-generasie volgordebepaling tegnologie benaderings soos hele eksoom volgordebepaling (WES) [63, 64]. Deur WES-volgordebepalingstegnologie kan die genetiese variante in die menslike genoom opgespoor word. Tot dusver het verskeie verslae gedokumenteer dat missense-variante die hoofoorsaak van genetiese siektes is [65, 66]. Nie al die missense-variante is egter betrokke by menslike genetiese siektes nie, aangesien slegs skadelike variante met Mendeliese siektes, kankers en ongediagnoseerde siektes geassosieer word [67]. Die identifisering van alle skadelike variante deur eksperimentele validering is nogal ingewikkelde werk aangesien dit groot hoeveelhede arbeid en hulpbronne sal verg. Daarom is berekeningsmetodes ontwikkel om hierdie probleem effektief aan te spreek deur verskillende benaderings soos volgorde evolusionêre, volgorde homologie en proteïen strukturele ooreenkoms aan te neem [68-87]. Gewoonlik is daar drie metodes van voorspelling: (i) Reeksbewaringsmetodes, wat oor die algemeen die graad van nukleotiedbasisbewaring by 'n spesifieke posisie in vergelyking met die meervoudige volgorde-belyningsinligting aandui. (ii) Proteïenfunksie-voorspellingsmetodes wat die kans bereken dat 'n missense-variant strukturele modifikasie skep wat proteïenfunksie beïnvloed. (iii) Ensemble metodes wat beide volgorde en strukturele inligting integreer om die effek van skadelike variante te bereken. In die meeste gevalle vir die ontwikkeling van die missense variant identifikasie instrument, is al hierdie metodes aangeneem [88-90] en daardie instrumente word gebruik in ons studies [91-94]. VarCards is 'n databasis wat ontwikkel is met die inligting oor geklassifiseerde menslike genetiese variante [95, 96]. Dit het die funksionele gevolge van alleelfrekwensies, verskillende berekeningsmetodes en ander kliniese en genetiese inligting wat verband hou met alle moontlike koderingsvariante geïntegreer [97]. Dit is egter steeds moeilik om die variansie in werkverrigting van die berekeningsmetodes, wat onder verskillende toestande verskil, te verstaan. Verskillende studies het die prestasie van die missense variant voorspelling berekeningsmetodes vergelyk, maar hulle het nie gebruik gemaak van die eksperimenteel geëvalueerde en beskou maatstaf datastelle [98-103]. Hierdie studies fokus veral op die assessering van die ontvanger bedryfskenmerk (ROC) kurwes. Ander parameters soos akkuraatheid, spesifisiteit, sensitiwiteit en area onder die kurwe (AUC) is egter nie volledig geëvalueer nie. Daar kan gevalle wees waar genetici en klinici rekenaargereedskap gebruik om die skadelike variante onder die missense variante te voorspel tydens die genetiese berading vir bekende siekteveroorsakende gene [104]. Daarom word verwag dat hierdie instrumente die patogene variante met 'n hoë sensitiwiteitsyfer moet onderskei [87]. Daarbenewens is VEST3 [78], REVEL [85] en M-CAP [87] 'n paar onlangs ontwikkelde algoritmes wat nie heeltemal in die vorige studies geassesseer is nie. 'n Onlangse studie het egter 23 berekeningspatogenisiteitvoorspellingsinstrumente vergelyk, soos (i) tien funksie-voorspellingsmetodes: fitCons [81], FATHMM [88], LRT [70], Mutation Taster [75], Mutation Assessor [76], PolyPhen2 -HVAR [73], PolyPhen2-HDIV [73], SIFT [72], PROVEAN [77], en VEST3 [78] (ii) vier bewaringsmetodes: PhastCons [68], phyloP [69], GERP++ [74], en SiPhy [71] en (iii) nege ensemblemetodes: DANN [83], CADD [79], Eigen [86], GenoCanyon [82], FATHMMMKL [84], MetaLR [80], M-CAP [87], REVEL [85], en MetaSVM [80]. Die patogenisiteit voorspelling tellings van die 23 metodes kan afgelaai word vanaf die dbNSFP databasis v3.3 [105]. Hierdie voorspelde tellings is algemeen gebruik in mediese genetika om die skadelike variant van die benigne te identifiseer. Verder is voorspelling tellings en ander kliniese inligting en genetiese inligting saam met die VarCards [97] databasis gebruik. Die afsnywaardes wat gebruik word om die skadelike missense-variante te identifiseer, is waargeneem vanaf ANNOVAR [106], dbNSFP-databasis [105] en die oorspronklike studies.

7. Kunsmatige Intelligensie in Precision Drug Discovery

Die Nasionale Instituut vir Gesondheid (NIH) het beklemtoon dat presisiemedisyne 'n opkomende strategie vir siektevoorkoming en -behandeling is, wat die individuele variasie in die geen, lewenstyl en omgewing in ag neem [107]. Hierdie strategie help navorsers en dokters om die siekte meer akkuraat te voorkom en te behandel op grond van die genetiese profiel van die individue. Om die strategie meer omvattend te maak, vereis dit kragtige superrekenaarfasiliteite en kreatiewe algoritmes wat onafhanklik op 'n ongekende manier uit die opgeleide stel data kan leer. Kunsmatige intelligensie gebruik die kognitiewe vermoë van dokters en biomediese data vir verdere leer om resultate te lewer. Kunsmatige intelligensie word breedweg in drie kategorieë geklassifiseer: kunsmatige algemene intelligensie, kunsmatige nou intelligensie (ANI) en kunsmatige superintelligensie [108]. ANI is nog in 'n stadium van ontwikkeling en sal na verwagting teen die volgende dekade in die mark wees. ANI het ook die kaliber om die datastel diep te ontleed, nuwe korrelasie te vind, gevolgtrekkings te maak en dokters te ondersteun. Goed gevestigde farmaseutiese maatskappye het begin om die deep learning, superrekenaars en ANI te gebruik in presisiemedisynontdekkingsproses. Dokters kan die diep leeralgoritmes gebruik in baie areas van siektediagnose en behandeling soos onkologie [109], dermatologie [110], kardiologie [111], en selfs in neurodegeneratiewe versteurings. Die ontwikkeling van sulke algoritmes is egter noodsaaklik en krities in terme van die ondersoek van die kennis van 'n geneesheer in sinchronisering met die algoritme-ontwikkeling. Diep leer het ten doel om unieke genetiese patrone in groot genomiese datastelle en mediese rekords te identifiseer en gevolglik genetiese variasies/mutasies en hul assosiasie met verskeie siektes te identifiseer. ’n Sisteem van biologiese benadering gekombineer met kunsmatige intelligensie kan nuwe algoritmes vorm wat in staat is om die veranderinge binne die sel te monitor op genetiese modulasie in die DNA [112]. Dwelmontwikkeling is 'n uiters ingewikkelde proses wat 'n groot hoeveelheid tyd en finansies verg. In kliniese proewe word die meeste van die middels egter afgekeur weens toksisiteit en gebrek aan doeltreffendheid. Om die proses vinniger en meer koste-effektief te maak, sal 'n geweldige impak hê op hedendaagse gesondheidsorg en hoe innovasies in die ontdekking van geneesmiddels gemaak word. Atomwise is die biofarma wat 'n kunsmatige intelligensie-geïntegreerde superrekenaarfasiliteit gebruik om die databasis se inligting oor klein molekulêre strukture te ontleed. Met die KI-fasiliteit het Atomwise 'n program van stapel gestuur om medisyne te identifiseer om die Ebola-virus te behandel. Deur die KI-tegnologie het die maatskappy twee beter middels gevind, wat meer belowend is om Ebola-virus dood te maak. Sonder sulke KI-tegnologie sal so 'n geneesmiddelontdekking etlike jare neem, maar die KI-stelsel sal dit binne minder as een dag doen [113]. Alhoewel die gebruik van KI dalk belowend lyk in die ontdekking van medisyne, sal hierdie farmaseutiese maatskappye die veiligheid en potensiaal van hul metode moet bewys met eweknie-geëvalueerde navorsing. In voortsetting van hierdie kort opsomming, is die rol van kunsmatige intelligensie-metodologieë in genetiese variant/mutasie-identifikasie uit genetiese data, virtuele sifting van klein molekules en molekulêre dinamika-simulasieprogramme onder die toepaslike subopskrif uitgebrei.

7.1. Kunsmatige intelligensie-metodes wat toegepas word om variante/mutasies uit genetiese data te identifiseer

Die doel van voorspellende modelle wat op masjienleerbenaderings gebou is om gevolgtrekkings uit 'n steekproef van vorige waarnemings te maak en om hierdie gevolgtrekkings na die hele populasie oor te dra. Voorspelde patrone kan in verskillende formate wees, soos nie-lineêre, lineêre, grafiek-, cluster- en boomfunksies [114-116]. Die masjienleerwerkmeganisme word oor die algemeen in vier stappe geklassifiseer: filtering, datavoorverwerking, kenmerkonttrekking, en modelpassing en model-evaluering. Leerbenaderings onder toesig of sonder toesig is die twee metodes wat in masjienleermodelle gebruik word. In toesigmetode om die model op te lei, word 'n bekende stel genetiese inligting benodig (byvoorbeeld die begin en einde van die geen, promotors, versterkers, aktiewe terreine, funksionele streke, splitsingsterreine en regulatoriese streke) om die voorspellende modelle. Hierdie model word dan gebruik om nuwe gene te vind wat soortgelyk is aan die gene van die opleidingsdatastel.Metodes onder toesig kan slegs gebruik word indien 'n bekende opleidingsdatastel van genetiese kodes beskikbaar is. Metodes sonder toesig word gebruik as ons daarin belangstel om die beste stel ongemerkte rye te vind wat die data verduidelik [117]. Masjienleermetodologieë het 'n wye reeks toepassingsareas, en een van die belangrikste toepassings is die identifikasie van genetiese variante en mutasies [114, 118]. Die masjienleerbenadering genaamd konvolusionele neurale netwerke (CNN's) is toegepas op die identifikasie van genetiese variante en mutasies. Die onlangs ontwikkelde sagteware se Torracina en Campagne het genomiese data ontleed om genetiese variante/mutasies en indel's te identifiseer deur die CNN-metode te gebruik. In vergelyking met vorige metodes [119], kan CNN's die prestasie in variante identifikasies aansienlik verbeter [120]. Herhalende variante in die genoominhoud kan doeltreffend deur middel van hierdie metode geïdentifiseer word [120, 121]. In die CNN-metode word die genetiese volgorde ontleed as 'n 1D-venster met behulp van vier kanale (A,C,G,T) [122]. Genomiese data wat in masjienleermodelle gebruik word, word onder drie kategorieë geklassifiseer 60% as opleidingsdata, 30% as modeltoetsdata en 10% as modelvalideringsdata. Deep Variant is die onlangse metode wat deur Popolin et al. [123] vir SNPs en indel opsporing met voorspelling presisie >99% (teen 90% herroeping). Diepvolgorde is die sagteware wat gebruik word om die mutasies te identifiseer [124], wat ook latente veranderlikes gebruik ('n model wat 'n dekodeerder en 'n enkodeerdernetwerk gebruik om die invoervolgorde te voorspel).

7.2. Toepassings van kunsmatige intelligensie in die identifisering van dwelms

Die virtuele siftingspyplyn is ontwikkel om die koste van hoë deurset sifting te verminder en verder om doeltreffendheid en voorspelbaarheid te verhoog in die optimalisering van die potensiële klein molekule [125, 126]. Die sterk veralgemenings- en leerproses en masjienleermetodes wat aspekte van KI-modelle implementeer, is suksesvol geïmplementeer in verskillende stadiums van die virtuele siftingspyplyn. Virtuele sifting kan in twee tipes geklassifiseer word: ligand- en struktuurgebaseerde virtuele sifting en met eersgenoemde wat ooreenstem met situasies waarin strukturele inligting van ligand-reseptorbinding gebruik word en laasgenoemde met situasies met die afwesigheid daarvan. Met die kennis van die diepte van die toepassing van KI-metodes in virtuele sifting, het ons die nuwe bevindinge in struktuurgebaseerde virtuele sifting bespreek wat deur sulke benaderings gedryf word.

Gevorderde struktuurgebaseerde virtuele siftingsmetodes is ontwikkel met behulp van potensiële KI-algoritmes gebaseer op nieparametriese puntetellingfunksies. Die korrelasie tussen die bydraes tot proteïen-ligand-bindende vrye energie en die kenmerkvektore word implisiet waargeneem deur 'n data-gedrewe wyse uit bestaande eksperimentele data, wat die onttrekking van betekenisvolle nie-lineêre verhoudings moet moontlik maak om veralgemenende puntefunksies te verkry [127-129]. Die RF-gebaseerde RF-telling [128], SVM-gebaseerde ID-telling [130], en ANN-gebaseerde NNScore is die KI-gebaseerde nie-voorafbepaalde telling funksies wat ontwikkel is om potensiële ligande met 'n hoë akkuraatheid koers te identifiseer. Die onlangse gevorderde KI-gebaseerde nie-voorafbepaalde tellingmetodes presteer goed in vergelyking met klassieke benaderings in bindingsaffiniteitsvoorspellings wat in verskeie resensies bespreek is [131-133].

Ten einde die prestasie van die tellingfunksie te verbeter, het die meeste van die KI-tegnieke die vyf hoofalgoritmes aangeneem, naamlik SVM, Bayesian, RF, diep neurale netwerk, en feed-forward ANN benaderings. Ballester et al. die belangrikheid van masjienleer-regressie-algoritmes in die verbetering van AI-gebaseerde nie-voorafbepaalde puntetellingfunksies hersien om beter bindingsaffiniteitsvoorspelling tussen proteïen-ligand-komplekse te verskaf. Op grond van die studie het Ballester et al. 'n RF-gebaseerde sagteware ontwikkel om die proteïen-ligand-doktelling te voorspel [134, 135]. Sommige ander RF-gebaseerde telling funksies soos B2B telling [136], SFC telling RF [137], en RF-IChem [138] is ontwikkel om die dok tellings te bereken. In vergelyking met die bogenoemde gereedskap, is RF-telling voorspellings uitstaande en dit is dus ingesluit by die istar-platform, wat grootskaalse proteïen-ligand-koppeling [139] behels het. SVM-gebaseerde outomatiese pyplyn is ontwikkel, wat gebruik maak van die bekende swakheid en sterkte van beide ligand- en struktuur-gebaseerde virtuele sifting.

Byvoorbeeld, uit 'n poel van 18 miljoen verbindings om die nuwe c-Met-tyrosienkinase-inhibeerders te voorspel, Xie et al. [140] ontwerp en gebruik gekombineerde dok- en SVM-gebaseerde metode. PROFILER is die outomatiese werkvloei wat ontwerp is deur Meslamani et al. [141] om die perfekte teikens te identifiseer wat die hoogste waarskynlikheid het om met bioaktiewe verbindings te bind. PROFILER integreer met twee struktuur-gebaseerde benaderings (proteïen-ligand-gebaseerde farmakofore soektog en koppel) en vier ligand-gebaseerde benaderings (ondersteun vektorregressie-affiniteitsvoorspelling, SVM-binêre klassifikasie, driedimensionele ooreenkomssoektog en naaste buuraffiniteitsinterpolasie). In struktuurgebaseerde virtuele sifting is RF-telling toegepas en goed presteer in die identifisering van die teikens. RF-Score-VS is die verbeterde (DUD-E) puntefunksie wat opgelei is in die volledige gids van nuttige lokmiddel-datastelle ('n stel van 102 teikens is vasgemaak met 15,426 aktiewe en 893,897 onaktiewe ligande) [142].

Die integrasie van KI-tegnieke met struktuurgebaseerde virtuele siftingsmetodes is die belowende idee in die voorspelling van waarskynlike potensiële ligande. Die KI-tegnologie is aangeneem om die naverwerkingsproses na die struktuurgebaseerde virtuele siftingsproses te verbeter deur die tellingproses wat bereken is met koppelalgoritmes met behulp van masjienleermodelle te heroorweeg, met of sonder 'n konsensustelling. Byvoorbeeld, AutoDock Vina kan geïnkorporeer word met RF-Score-VS-verbeterde metode om beter prestasie in die virtuele vertoning te kry. Die integrasie van gevorderde masjienleeralgoritmes en outomatiese ligand-sifting kan help om die aantal vals positiewe en vals negatiewe voorspellings te verminder. Toekomstige werk op hierdie gebied sal na verwagting fisies-chemiese eienskappe en strukturele inligting van die teikenproteïen oorweeg.

7.3. Verbeterde molekulêre dinamika-simulasies met kunsmatige intelligensie

Rekenkundige chemie is 'n potensiële tegnologie om biochemiese en strukturele gedrag van belang in 'n wye reeks omgewings te verken. Molekulêre dinamika-simulasies gekombineer met multiskaal molekulêre of kwantummeganika-metodes om die atoomvlakbeweging van 'n biomolekulêre stelsel te meet, is hoofsaaklik gebruik om die gedrag van molekules in onlangse studies te verstaan ​​[143-145]. Dit is egter te moeilik om die beweging van groot groepe atoom in 'n stuk te ontleed, en dit vereis kragtige berekeningsfasiliteite. Integrasie van AI-tegnologie en rekenaarchemie kan die hoë volume simulasie op 'n doeltreffende manier voltooi [146-148]. 'n Gevestigde voorbeeld is die konstruksie van neurale netwerkpotensiale vir hoë-dimensionele stelsels met die Behler-Parinello-simmetriefunksie om duisende atome te assesseer [149-151]. Baie wetenskaplik verskerpte probleme is onlangs ondersoek, soos oplossing vir Schrodinger-vergelyking [152], masjien-aangeleerde digtheid funksionele ontwikkeling [153-156], klassifikasie van chemiese trajekdata, voorspellings van die molekulêre eienskappe voorspelling van die opgewekte toestand elektrone [157, 158], veel-liggaam uitbreidings [159], klassifikasie van chemiese trajek data [160], hoë-deurset virtuele sifting om nuwe materiale te identifiseer [161-166], heterogene katalisators [167], en bandgaping voorspelling [168, 169] .

Baie vooruitgang is in hierdie veld gemaak, soos die bekendstelling van herweegkorreksie om die uitset op 'n geskatte vlak van teorie met hoë akkuraatheid te bereken (byvoorbeeld: kwantumchemie-metodes) gebaseer op die uitset wat voorspel word op 'n goedkoop basislynteorievlak (byvoorbeeld : semi-empiriese kwantumchemie), wat ondersoek is vir die skatting van termochemiese eienskappe van aktiewe molekules [170] en meer onlangs in die berekening van vrye energieveranderinge tydens chemiese reaksies [171]. Selfs al is dit 'n uitdagende taak om KI-algoritmes en rekenaarchemie te kombineer om die chemiese datastelle te verken om die potensiële geneesmiddelkandidate in 'n hoë tydsduur te identifiseer, sal die molekulêre meganika/kwantummeganika-geïnspireerde kunsmatige intelligensie-ontwikkelaars waarskynlik wyd gebruik word om te bespoedig verbeter die proses terwyl kwantummeganiese presisie behou word. Hierdie tegniese kombinasie wat werklik KI-benaderings ondersteun, word 'n lewendige tegniek in geneesmiddelontdekking.

8. Opsomming en Outlook

Nuwe geteikende middels vir kankerbehandeling moet ontwikkel word om sellulêre chemoterapie-weerstand te oorkom en moet boonop die potensiaal hê om "hub"-gene te inhibeer. Die primêre rol van daardie geïdentifiseerde middels is om die hoogste terapeutiese effek te bereik deur tumorselle uit te skakel, met minder nadelige effekte. Om die onderliggende meganismes van die pasiënt se reaksies op kankermedisyne te verstaan ​​en die ontrafeling van hul genetiese kode sal lei tot die identifikasie van nuwe presisieterapieë wat die pasiënt se algehele gesondheid en lewenskwaliteit kan verbeter. Klassieke metodes wat gebruik word in die ontdekking van dwelms is tyd- en kosterowend. In reaksie hierop het rekenaarbiologie die doeltreffendheid om die presisiemedisyne vinnig te identifiseer. Huidige rekenaarhulpmiddels en sagteware het 'n impak op die verskillende fases van die geneesmiddelontdekkingsproses. 'n Aantal studies is uitgevoer deur verskillende berekeningsbenaderings te gebruik om die presisiemiddels te identifiseer wat geskik is vir spesifieke genetiese variant/s [91-94]. Die metodologie gekombineer met die versameling van genetiese variante, voorspelling van patogenisiteit deur gebruik te maak van verskeie berekeningsinstrumente, modellering van die proteïen driedimensionele struktuur met spesifieke variant/s, molekulêre koppeling van standaard geneesmiddel met variant/mutant strukture, virtuele sifting om die spesifieke geneesmiddel te identifiseer, en die uitvoering van molekulêre dinamika-simulasie maak voorsiening vir 'n beter begrip van die doeltreffendheid van die geneesmiddel (Figuur 1). Een beperking van die toegepaste metodologie was egter dat al die stappe met die hand uitgevoer is. Dit is nodig om radikale verandering in die huidige berekeningsmetodologie te bring om presisiemiddels te identifiseer. Ons het in hierdie oorsig gewys hoe kunsmatige intelligensie en berekeningsbiologie-benaderings geïntegreer kan word om kankerpresisiemedisyne te identifiseer en te ontdek.

Kunsmatige intelligensie geïntegreer met rekenaarbiologie het die potensiaal om die manier waarop dwelms ontwerp en ontdek word, te verander. Hierdie benadering is aanvanklik by die Chapel Hill Eshelman Skool vir Farmasie aan die Universiteit van Noord-Carolina geïmplementeer. Die stelsel staan ​​bekend as Reinforcement Learning for Structural Evolution, en dit is welbekend onder sy akroniem ReLeaSE. Dit is die rekenaarsagteware wat 'n stel algoritmes behels wat by twee neurale netwerkprogramme geïnkorporeer is, wat beskou kan word om beide rolle van 'n student en 'n onderwyser te vervul. Die onderwyser ken die linguistiese reëls en die sintaksis, wat die woordeskat van ongeveer 1,7 miljoen bekende biologies aktiewe klein molekules onderlê. Nadat die onderwyser opgelei is, sal die student die proses mettertyd verstaan ​​en uiteindelik vaardig word om die potensiële molekules te vind wat oorweeg kan word vir die ontwikkeling van nuwe geneesmiddels. KI beïnvloed ook presisiemedisyne positief. Die tradisionele geneesmiddelontdekkingsproses van die ontleding van klein datastelle wat op 'n spesifieke siekte gefokus is, word geneutraliseer deur KI-tegnologie, wat doeltreffende kombinasies van chemoterapieë rasioneel kan ontdek en optimeer gebaseer op groot datastelle. Die KI-stelsels is gebou op grond van die eksperimentele resultate en behels nie meganistiese hipoteses of enige voorspellingsmodelle nie. Verder kan kunsmatige intelligensie-tegnologie op verskeie maniere toegepas word, soos om biomerkers te identifiseer, beter diagnoses te ontwikkel en nuwe middels te identifiseer. Een belangrike toepassing van kunsmatige intelligensie lê egter in die vind van teikengebaseerde presisiemiddels. Soos ons kan sien, het kunsmatige intelligensie 'n sleutelrol in die vorming van die toekoms van die gesondheidsektor verkry. 'n Geoutomatiseerde geïntegreerde stelsel, wat die ontleding van genetiese variante deur diep/masjienleermetodes, molekulêre modellering, hoë deursetstruktuur-gebaseerde virtuele sifting, molekulêre dok- en molekulêre dinamika-simulasiemetodes behels, sal vinnige en akkurate identifikasie van presisiemiddels moontlik maak (Figuur 2) ). Die ontwikkeling van 'n KI-gebaseerde stelsel sal inderdaad voordelig wees in die geneesmiddelontdekkingsproses en in die ontdekking van kankerpresisiemedisyne.

Botsende belange

Die skrywers het geen botsing van belange verklaar nie.

Skrywers se bydraes

NN en HYY was betrokke by die ontwerp van die eksperimente. Verkryging, ontleding en interpretasie van die data is uitgevoer deur NN, HYY, EKYY, NQKL, BK en AMAS. Al die skrywers het die manuskrip goedgekeur.

Erkennings

Die skrywers gebruik hierdie geleentheid om die Nanyang Tegnologiese Universiteit te bedank vir die verskaffing van die fasiliteite en vir aanmoediging om hierdie werk uit te voer.

Verwysings

  1. C. Massard, S. Michiels, C. Ferté et al., "Hoë-deurset genomika en kliniese uitkoms in moeilik-behandelbare gevorderde kankers: resultate van die MOSCATO 01-proef," Kanker Ontdekking, vol. 7, nee. 6, pp. 586–595, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  2. F. Meric-Bernstam en G. B. Mills, "Oorkom implementeringsuitdagings van persoonlike kankerterapie," Natuur Resensies Kliniese Onkologie, vol. 9, nr. 9, pp. 542–548, 2012. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  3. F. Bray, J. Ferlay, I. Soerjomataram, R. L. Siegel, L. A. Torre en A. Jemal, "Globale kankerstatistieke 2018: GLOBOCAN skattings van voorkoms en mortaliteit wêreldwyd vir 36 kankers in 185 lande," CA: 'n Kankerjoernaal vir Klinici, vol. 68, nee. 6, pp. 394–424, 2018. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  4. M. M. Jemal, J. Ludwig, D. Xia, en G. Szakacs, "Verslaan dwelmweerstand in kanker," Discovery Medicine, vol. 69, pp. 18–23, 2006. Kyk by: Google Scholar
  5. M. M. Gottesman, "Meganismes van kankermiddelweerstand," Jaarlikse oorsig van medisyne, vol. 53, nee. 1, pp. 615–627, 2002. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  6. Wereld gesondheids Organisasie, Global Health Observatory, Wêreldgesondheidsorganisasie, Genève, Switserland, 2018, http://who.int/gho/database/en/.
  7. F. Sanger, S. Nicklen, en A. R. Coulson, "DNA-volgordebepaling met kettingterminerende inhibeerders," Verrigtinge van die National Academy of Sciences, vol. 74, nr. 12, pp. 5463–5467, 1977. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  8. M.C.J. Maiden, J.A. Bygraves, E. Feil et al., "Multilocus-volgordetipering: 'n draagbare benadering tot die identifikasie van klone binne populasies van patogeniese mikroörganismes," Verrigtinge van die National Academy of Sciences, vol. 95, nee. 6, pp. 3140–3145, 1998. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  9. R. Fleischmann, M. Adams, O. White et al., "Whole-genome ewekansige volgordebepaling en samestelling van Haemophilus influenzae Rd," Wetenskap, vol. 269, nr. 5223, pp. 496–512, 1995. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  10. E. S. Lander, "Aanvanklike impak van die volgordebepaling van die menslike genoom," Natuur, vol. 470, nr. 7333, pp. 187–197, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  11. S. Tripp en M. Grueber, Ekonomiese impak van die menslike genoomprojek, Battelle Memorial Institute, Columbus, OH, VSA, 2011, http://www.battelle.org.
  12. L. A. King, F. Nogareda et al., “Uitbreek van Shiga-toksienproduserende Escherichia coli O104 : H4 geassosieer met organiese fenegriek spruite, Frankryk, Junie 2011,” Kliniese aansteeklike siektes, vol. 54, nee. 11, pp. 1588–1594, 2012. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  13. A. Mellmann, D. Harmsen, C. A. Cummings, E. B. Zentz, S. R. Leopold en A. Rico, “Prospektiewe genomiese karakterisering van die Duitse enterohemorragiese Escherichia coli O104: H4-uitbreking deur vinnige volgende generasie volgordebepalingtegnologie,” PloS Een, vol. 6, Artikel ID e22751, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  14. C. Nadon, I. Van Walle, I. Chinen, J. Campos, E. Trees en B. Gilpin, "Pulse Net International visie vir die implementering van heelgenoomvolgordebepaling vir wêreldwye voedseloordraagbare siektetoesig." Eurosurveillance, vol. 22, nee. 23, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  15. M. Struelens, “Snelle mikrobiese NGS en bioinformatika: vertaling in die praktyk. Hamburg: 9–11 Junie,” ECDC Padkaart vir integrasie van molekulêre en genomiese tik in Europese vlak toesig, Stockholm, Swede, 2016. Kyk by: Google Scholar
  16. M. Margulies, M. Egholm, W. E. Altman, S. Attiya, J. S. Bader en L. A. Bemben, "Genoomvolgordebepaling in mikrovervaardigde hoëdigtheid pikoliterreaktors," Natuur, vol. 437, pp. 376–80, 2005. Kyk by: Google Scholar
  17. H.P.J. Buermans en J.T. den Dunnen, "Next generation sequencing technology: advances and applications," Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molekulêre basis van siekte, vol. 1842, nr. 10, pp. 1932–1941, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  18. E. L. van Dijk, H. Auger, Y. Jaszczyszyn en C. Thermes, "Tien jaar van volgende-generasie volgordebepaling tegnologie," Tendense in genetika, vol. 30, nee. 9, pp. 418–426, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  19. J. Rothberg en J. Myers, "Semiconductor sequencing for life," Tydskrif vir Biomolekulêre Tegnieke, vol. 22, pp. S41–S2, 2011. Kyk by: Google Scholar
  20. R.K.Patel en M. Jain, "NGS QC toolkit: 'n toolkit vir gehaltebeheer van volgende generasie volgorde-data," PLoS One, vol. 7, nee. 2, Artikel ID e30619, 2012. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  21. M. Martin, "Cutadapt verwyder adapterreekse van hoë-deurset-volgorde-lesings," EMBnet.Joernaal, vol. 17, nee. 10, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  22. H. Li en R. Durbin, "Vinnige en akkurate kortleesbelyning met gate-wiel-transformasie," Bioinformatika, vol. 25, nr. 14, pp. 1754–1760, 2009. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  23. A. Dobin, C. A. Davis, F. Schlesinger et al., "STAR: ultrafast universal RNA-seq aligner," Bioinformatika, vol. 29, nee. 1, pp. 15–21, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  24. C. Trapnell, L. Pachter, en S. L. Salzberg, "TopHat: ontdek splitsingverbindings met RNA-Seq," Bioinformatika, vol. 251, pp. 105–11, 2009. Kyk by: Google Scholar
  25. A. McKenna, M. Hanna, E. Banks et al., "Die genoomanalise-instrumentstel: 'n MapReduce-raamwerk vir die ontleding van die volgende generasie DNA-volgordedata," Genoomnavorsing, vol. 20, nr. 9, pp. 1297–1303, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  26. M. A. DePristo, E. Banks, R. Poplin et al., "'n Raamwerk vir variasie-ontdekking en genotipering deur gebruik te maak van die volgende generasie DNA-volgordedata." Natuurgenetika, vol. 43, nee. 5, pp. 491–498, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  27. H. Li, "'n Statistiese raamwerk vir SNP-oproepe, mutasie-ontdekking, assosiasiekartering en populasie genetiese parameterberaming uit volgordebepalingsdata," Bioinformatika, vol. 27, nee. 21, pp. 2987–2993, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  28. D.C. Koboldt, Q. Zhang, D.E. Larson et al., "Varscan 2: ontdekking van somatiese mutasie en kopiegetalverandering in kanker deur eksoomvolgordebepaling," Genoomnavorsing, vol. 22, nee. 3, pp. 568–576, 2012. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  29. F. Xu, W. Wang, P. Wang, M. J. Li, C. Sham Pak en J. Wang, "'n Vinnige en akkurate SNP-opsporingsalgoritme vir die volgende generasie volgordebepalingsdata," Natuurkommunikasie, vol. 3, bl. 1258, 2012. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  30. J. Qi, F. Zhao, A. Buboltz en S.C. Schuster, "inGAP: 'n geïntegreerde volgende generasie genoomanalise pyplyn," Bioinformatika, vol. 26, nee. 1, pp. 127–129, 2009. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  31. H. Li, J. Ruan en R. Durbin, "Kartering van kort DNS-volgorde-lees en roepvariante deur gebruik te maak van kartering kwaliteit tellings," Genoomnavorsing, vol. 18, pp. 851–858, 2008. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  32. H. Xu, J. DiCarlo, R. Satya, Q. Peng en Y. Wang, "Vergelyking van metodes vir somatiese mutasie-oproepe in amplikon- en hele eksoomvolgordedata," BMC Genomika, vol. 15, nr. 1, bl. 244, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  33. S. Sandmann, A. O. De Graaf, M. Karimi, B. A. Van Der Reijden, E. Hellstrom-Lindberg en J. H. Jansen, "Evaluating variant calling tools for non-matched next generation sequencing data," Wetenskapverslae, vol. 74, pp. 31–69, 2017. Kyk by: Google Scholar
  34. V. Bansal, "'n Statistiese metode vir die opsporing van variante van die volgende generasie hervolgordebepaling van DNA-poele," Bioinformatika, vol. 26, nee. 12, pp. i318–i324, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  35. A. R. Omran, "Die epidemiologiese oorgang: 'n teorie van die epidemiologie van bevolkingsverandering," Die Milbank Memorial Fund Quarterly, vol. 49, nr. 4, pp. 509–538, 1971. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  36. O. Gersten en J.R. Wilmoth, "Die kankeroorgang in Japan sedert 1951," Demografiese Navorsing, vol. 7, pp. 271–306, 2002. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  37. F. Bray, "Oorgange in menslike ontwikkeling en die globale kankerlas," in Wêreldkankerverslag 2014, B. W. Stewart en C. P. Wild, Eds., pp. 42–55, IARC Press, Lyon, Frankryk, 2014. Kyk by: Google Scholar
  38. M. Maule en F. Merletti, "Kankeroorgang en prioriteite vir kankerbeheer," Die Lancet Onkologie, vol. 13, nr. 8, pp. 745-746, 2012. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  39. J. Ferlay, M. Colombet, I. Soerjomataram et al., "Globale en plaaslike skattings van die voorkoms en sterftes vir 38 kankers," GLOBOCAN 2018, Internasionale Agentskap vir Navorsing oor Kanker/Wêreldgesondheidsorganisasie, Lyon, Frankryk, 2018. Kyk by: Google Scholar
  40. D.M. Parkin, F. Bray, J. Ferlay en P. Pisani, "Globale kankerstatistieke, 2002," CA: 'n Kankerjoernaal vir Klinici, vol. 55, nr. 2, pp. 74–108, 2005. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  41. A. Jemal, F. Bray, M. M. Center, J. Ferlay, E. Ward, en D. Forman, "Globale kankerstatistieke," CA: 'n Kankerjoernaal vir Klinici, vol. 61, nr. 2, pp. 69–90, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  42. L. A. Torre, F. Bray, R. L. Siegel, J. Ferlay, J. Lortet-Tieulent, en A. Jemal, "Globale kankerstatistieke, 2012," CA: 'n Kankerjoernaal vir Klinici, vol. 65, nr. 2, pp. 87–108, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  43. C.P. Adams en V.V. Brantner, "Beraming van die koste van nuwe geneesmiddelontwikkeling: is dit regtig $802 miljoen?" Gesondheidsake, vol. 25, nr. 2, pp. 420–428, 2006. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  44. J. A. Di Masi, R. W. Hansen en H. G. Grabowski, "Die prys van innovasie: nuwe skattings van medisyne-ontwikkelingskoste," Tydskrif vir Gesondheidsekonomie, vol. 22, pp. 15–185, 2003. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  45. A.B. Mariotto, K. Robin Yabroff, Y. Shao, E.J. Feuer en M.L. Brown, "Projeksies van die koste van kankersorg in die Verenigde State: 2010–2020," JNCI Tydskrif van die Nasionale Kankerinstituut, vol. 103, nr. 2, pp. 117–128, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  46. G. A. Petsko, "Wanneer mislukking die opsie moet wees," BMC Biologie, vol. 8, nee. 1, bl. 61, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  47. I. Kola en J. Landis, "Kan die farmaseutiese industrie uitvalkoerse verminder?" Natuur Resensies Dwelm Discovery, vol. 3, nr. 8, pp. 711–716, 2004. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  48. S. C. Gupta, J. H. Kim, S. Prasad, en B. B. Aggarwal, "Regulering van oorlewing, proliferasie, indringing, angiogenese en metastase van tumorselle deur modulasie van inflammatoriese weë deur nutraceuticals," Kanker en Metastase Resensies, vol. 29, nee. 3, pp. 405–434, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  49. H. Ledford, "Dwelmkandidate ontspoor in geval van verkeerde identiteit," Natuur, vol. 28, bl. 483, 2012. Bekyk by: Google Scholar
  50. B. B. Aggarwal, D. Danda, S. Gupta en P. Gehlot, "Modelle vir die voorkoming en behandeling van kanker: probleme teenoor beloftes," Biochemiese farmakologie, vol. 78, nr. 9, pp. 1083–1094, 2009. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  51. G. Francia en R. S. Kerbel, "Verhoog die lat vir kankerterapiemodelle," Natuurbiotegnologie, vol. 28, nee. 6, pp. 561-562, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  52. C. G. Begley en L. M. Ellis, "Verhoog standaarde vir prekliniese kankernavorsing," Natuur, vol. 483, nr. 7391, pp. 531–533, 2012. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  53. M. Clynes, Veelvuldige dwelmweerstand in kanker 2: molekulêre, sellulêre en kliniese aspekte, Kluwer Academic Publishers, Dodrecht, Nederland, 1998.
  54. J. M. L. Ebos, "Prodding the beast: assessing the Impact of behandeling-geïnduseerde metastase," Kankernavorsing, vol. 75, nr. 17, pp. 3427–3435, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  55. M. M. Gottesman, J. Ludwig, D. Xia, en G. Szakács, "Verslaan dwelmweerstand in kanker," Discovery Medicine, vol. 6, pp. 18–23, 2006. Kyk by: Google Scholar
  56. K.S. Sherlach en P.D. Roepe, "Dwelmweerstand-geassosieerde membraanproteïene," Grense in fisiologie, vol. 5, bl. 108, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  57. B. Mansoori, A. Mohammadi, S. Davudian, S. Shirjang en B. Baradaran, "Die verskillende meganismes van kanker dwelmweerstand: 'n kort oorsig," Gevorderde Farmaseutiese Bulletin, vol. 7, nee. 3, pp. 339–348, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  58. T. W. Synold, I. Dussault en B. M. Forman, "Die wees-kernreseptor SXR reguleer geneesmiddelmetabolisme en -uitvloei op 'n koördinerende manier." Natuurgeneeskunde, vol. 7, nee. 5, pp. 584–590, 2001. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  59. Y.-Y. Liu, T.-Y. Han, A. E. Giuliano, en M. C. Cabot, "Ceramide-glikosilering versterk sellulêre multigeneesmiddelweerstand," Die FASEB-joernaal, vol. 15, nr. 3, pp. 719–730, 2001. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  60. G. Housman, S. Byler, S. Heerboth et al., "Dwelmweerstand in kanker: 'n oorsig," Kankers, vol. 6, nee. 3, pp. 1769–1792, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  61. A. Sarkar en B. Schumacher, "DNA-herstelmeganismes in kankerontwikkeling en -terapie," Grense in Genetika, vol. 6, bl. 157, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  62. S. W. Lowe, H. E. Ruley, T. Jacks, en DE Housman, "p53-afhanklike apoptose moduleer die sitotoksisiteit van antikankermiddels," Sel, vol. 74, nr. 6, pp. 957–967, 1993. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  63. B. Rabbani, M. Tekin en N. Mahdieh, "Die belofte van heel-eksoom volgordebepaling in mediese genetika," Tydskrif vir Mensgenetika, vol. 59, nee. 1, pp. 5–15, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  64. S. Goodwin, J. D. McPherson, en W. R. McCombie, "Wordwording: tien jaar van volgende generasie opeenvolging tegnologieë," Natuur Resensies Genetika, vol. 17, nee. 6, pp. 333–351, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  65. M. Lek, K. J. Karczewski, E. V. Minikel et al., "Analise van proteïenkoderende genetiese variasie in 60 706 mense," Natuur, vol. 536, nr. 7616, pp. 285–291, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  66. K. M. Boycott, M. R. Vanstone, D. E. Bulman, en A. E. MacKenzie, “Genetika vir seldsame siektes in die era van volgende generasie volgordebepaling: ontdekking tot vertaling,” Natuur Resensies Genetika, vol. 14, nr. 10, pp. 681–691, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  67. D. G. MacArthur, T. A. Manolio, D. P. Dimmock et al., "Riglyne vir die ondersoek van oorsaaklikheid van volgordevariante in menslike siektes," Natuur, vol. 508, nr. 7497, pp. 469–476, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  68. A. Siepel, G. Bejerano, J. S. Pedersen, A. S. Hinrichs, M. Hou, en K. Rosenbloom, "Evolusionêr bewaarde elemente in gewerwelde-, insek-, wurm- en gisgenome." Genoomnavorsing, vol. 15, nr. 8, pp. 1034–1050, 2005. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  69. A. Siepel, K.S. Pollard en D. Haussler, "Nuwe metodes vir die opsporing van geslagspesifieke seleksie," in RECOMB 2006. LNCS (LNBI), A. Apostolico, C. Guerra, S. Istrail, P. A. Pevzner, en M. Waterman, Eds., vol. 3909, pp. 90–205, Springer, Heidelberg, Berlyn, Duitsland, 2006. Kyk by: Google Scholar
  70. S. Chun en J.C. Fay, "Identifisering van skadelike mutasies binne drie menslike genome," Genoomnavorsing, vol. 19, nee. 9, pp. 1553–1561, 2009. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  71. M. Garber, M. Guttman, M. Clamp, M. C. Zody, N. Friedman en X. Xie, "Identifisering van nuwe beperkte elemente deur bevooroordeelde vervangingspatrone te ontgin." Bioinformatika, vol. 25, nr. 12, pp. i54–i62, 2009. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  72. P. Kumar, S. Henikoff en P. C. Ng, "Voorspelling van die effekte van kodering van nie-sinonieme variante op proteïenfunksie deur die SIFT-algoritme te gebruik," Natuurprotokolle, vol. 4, nee. 7, pp. 1073–1081, 2009. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  73. I. A. Adzhubei, S. Schmidt, L. Peshkin et al., "'n Metode en bediener vir die voorspelling van skadelike missense mutasies," Natuur Metodes, vol. 7, nee. 4, pp. 248-249, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  74. E.V. Kondrashov, D.L. Goode, M. Sirota, G.M. Cooper, A. Sidow en S. Batzoglou, "Identifiseer 'n hoë fraksie van die menslike genoom om onder selektiewe beperking te wees deur GERP++ te gebruik," PLoS berekeningsbiologie, vol. 6, nee. 12, Artikel ID e1001025, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  75. J.M. Schwarz, C. Rödelsperger, M. Schuelke en D. Seelow, "MutationTaster evalueer siekteveroorsakende potensiaal van volgordeveranderings," Natuur Metodes, vol. 7, nee. 8, pp. 575-576, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  76. B. Reva, Y. Antipin en C. Sander, "Voorspelling van die funksionele impak van proteïenmutasies: toepassing op kankergenomika," Nukleïensure Navorsing, vol. 39, nr. 17, bl. e118, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  77. Y. Choi, G. E. Sims, S. Murphy, J. R. Miller en A. P. Chan, "Voorspelling van die funksionele effek van aminosuurvervangings en indels," PLoS One, vol. 7, nee. 10, Artikel ID e46688, 2012. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  78. H. Carter, C. Douville, P. D. Stenson, D. N. Cooper, en R. Karchin, "Identifisering van Mendeliese siekte-gene met die variant-effek-telling-instrument," BMC Genomic, vol. 14, nr. S3, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  79. M. Kircher, D. M. Witten, P. Jain, B. J. O'Roak, G. M. Cooper, en J. Shendure, "'n Algemene raamwerk vir die skatting van die relatiewe patogenisiteit van menslike genetiese variante." Natuurgenetika, vol. 46, nr. 3, pp. 310–315, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  80. C. Dong, P. Wei, X. Jian et al., "Vergelyking en integrasie van skadelike voorspellingsmetodes vir nie-sinonieme SNV's in hele eksoomvolgordebepalingstudies," Menslike molekulêre genetika, vol. 24, nr. 8, pp. 2125–2137, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  81. B. Liu, M. J. Hubisz, I. Gronau en A. Siepel, "'n Metode vir die berekening van waarskynlikhede van fiksheidsgevolge vir puntmutasies oor die menslike genoom." Natuurgenetika, vol. 47, nr. 3, pp. 276–283, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  82. Q. Lu, Y. Hu, J. Sun, Y. Cheng, K. H. Cheung en H. Zhao, "'n Statistiese raamwerk om funksionele nie-koderende streke in die menslike genoom te voorspel deur geïntegreerde analise van annotasiedata." Wetenskapverslae, vol. 5, nee. 1, bl. 10576, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  83. D. Quang, Y. Chen en X. Xie, "DANN: 'n diep leerbenadering om die patogenisiteit van genetiese variante te annoteer," Bioinformatika, vol. 31, nee. 5, pp. 761–763, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  84. H. A. Shihab, M. F. Rogers, J. Gough et al., "'n Integrerende benadering tot die voorspelling van die funksionele effekte van nie-kodering en kodering volgorde variasie." Bioinformatika, vol. 31, nee. 10, pp. 1536–1543, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  85. N.M. Gaunt, J.H. Rothstein, V. Pejaver et al., "REVEL: 'n ensemble-metode om die patogenisiteit van seldsame missense-variante te voorspel," Die American Journal of Human Genetics, vol. 99, nr. 4, pp. 877–885, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  86. I. Ionita-Laza, K. McCallum, B. Xu, en J. D. Buxbaum, "'n Spektrale benadering wat funksionele genomiese annotasies vir kodering en niekoderende variante integreer," Natuurgenetika, vol. 48, nr. 2, pp. 214–220, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  87. K. A. Jagadeesh, A. M. Wenger, M. J. Berger et al., "M-CAP elimineer 'n meerderheid variante van onsekere betekenis in kliniese eksome met hoë sensitiwiteit," Natuurgenetika, vol. 48, nr. 12, pp. 1581–1586, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  88. H. A. Bernstein, J. Gough, D. N. Cooper et al., "Voorspelling van die funksionele, molekulêre en fenotipiese gevolge van aminosuurvervangings met behulp van verborge Markov-modelle." Menslike mutasie, vol. 34, nr. 1, pp. 57–65, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  89. L. G. Day en R. C. Green, "Diagnostiese kliniese genoom en eksoomvolgordebepaling," Die New England Journal of Medicine, vol. 370, pp. 2418–2425, 2013.Kyk by: Google Scholar
  90. F. Cheng, J. Zhao en Z. Zhao, "Vooruitgang in rekenaarbenaderings vir die prioritisering van bestuurdersmutasies en aansienlik gemuteerde gene in kankergenome." Opdragte in Bioinformatika, vol. 17, nee. 4, pp. 642–656, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  91. N. Nagasundaram, H. Zhu, J. Liu et al., "Die ontleding van die effek van mutasie op proteïenfunksie en die ontdekking van potensiële inhibeerders van CDK4: molekulêre modellering en dinamika studies," PLoS One, vol. 7, nee. 10, Artikel ID e0133969, 2015. Bekyk by: Google Scholar
  92. N. Nagasundaram, H. Zhu, J. Liu et al., "Meganisme van artemisinienweerstand vir malaria PfATP6 L263 mutasies en die ontdekking van potensiële antimalariamiddels: 'n geïntegreerde rekenaarbenadering." Wetenskapverslae, vol. 29, nee. 6, Artikel ID 30106, 2016. Bekyk by: Google Scholar
  93. N. Nagasundaram, C. R. Wilson Alphonse, P. V. Samuel Gnana, en R. K. Rajaretinam, "Molekulêre dinamika validering van crizotinib weerstand teen ALK mutasies (L1196M en G1269A) en identifikasie van spesifieke inhibeerders," Tydskrif vir Sellulêre Biochemie, vol. 118, nr. 10, pp. 3462–3471, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  94. N. Nagasundaram, K. Y. Edward, N. Q. Khanh Le, en H.-Y. Yeh, "In silico-sifting van suikeralkoholverbindings om virale matriksproteïen VP40 van Ebola-virus te inhibeer," Molekulêre Biologie Verslae, vol. 46, nr. 3, pp. 3315–3324, 2019. Kyk by: Google Scholar
  95. K. A. Johansen Taber, B. D. Dickinson en M. Wilson, "Die belofte en uitdagings van die volgende generasie genoomvolgordebepaling vir kliniese sorg." JAMA Interne Geneeskunde, vol. 174, nr. 2, pp. 275–280, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  96. C.F. Wright, D.R. FitzPatrick en H.V. Firth, "Pediatriese genomika: diagnose van seldsame siekte by kinders," Natuur Resensies Genetika, vol. 19, nee. 5, pp. 253–268, 2018. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  97. J. Li, L. Shi, K. Zhang et al., "VarCards: 'n geïntegreerde genetiese en kliniese databasis vir kodering van variante in die menslike genoom," Nukleïensure Navorsing, vol. 46, nr. D1, pp. D1039–D1048, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  98. J. Thusberg, A. Olatubosun, en M. Vihinen, "Prestasie van mutasie patogenisiteit voorspelling metodes op missense variante," Menslike mutasie, vol. 32, pp. 58–368, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  99. D. G. Grimm, C.-A. Azencott, F. Aicheler et al., "Die evaluering van gereedskap wat gebruik word om die impak van misverstandvariante te voorspel word belemmer deur twee tipes sirkulariteit," Menslike mutasie, vol. 36, nee. 5, pp. 513–523, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  100. P. Wei, X. Liu en Y.-X. Fu, "Inkorporering van voorspelde funksies van nie-sinonieme variante in geengebaseerde analise van eksoomvolgordedata: 'n vergelykende studie," BMC Verrigtinge, vol. 5, nee. S9, bl. S20, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  101. F. Gnad, A. Baucom, K. Mukhyala, G. Manning, en Z. Zhang, "Assessering van berekeningsmetodes vir die voorspelling van die gevolge van missense mutasies in menslike kankers," BMC Genomika, vol. 14, nr. S7, 2013. Kyk by: Google Scholar
  102. C. Rodrigues, A. Santos-Silva, E. Costa, en E. Bronze-Da-Rocha, "Prestasie van in silico gereedskap vir die evaluering van UGT1A1 missense variante," Menslike mutasie, vol. 36, nee. 12, pp. 1215–1225, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  103. E. König, J. Rainer en F. S. Domingues, "Rekenkundige assessering van kenmerkkombinasies vir patogeniese variantvoorspelling." Molekulêre Genetika en Genomiese Geneeskunde, vol. 4, nee. 4, pp. 431–446, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  104. S. Richards, N. Aziz, S. Bale et al., "Standaarde en riglyne vir die interpretasie van volgordevariante: 'n gesamentlike konsensusaanbeveling van die Amerikaanse Kollege vir Mediese Genetika en Genomika en die Vereniging vir Molekulêre Patologie." Genetika in Geneeskunde, vol. 17, nee. 5, pp. 405–423, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  105. X. Liu, C. Wu, C. Li en E. Boerwinkle, "dbNSFP v3.0: 'n eenstopdatabasis van funksionele voorspellings en aantekeninge vir menslike nie-sinonieme en splitsingswerf SNV's," Menslike mutasie, vol. 37, nr. 3, pp. 235–241, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  106. K. Wang, M. Li en H. Hakonarson, "ANNOVAR: funksionele annotasie van genetiese variante van hoë-deurset-volgordedata," Nukleïensure Navorsing, vol. 38, nr. 16, bl. e164, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  107. F. Collins, Presisiegeneeskunde-inisiatief, National Institutes of Health, Bethesda, MD, VSA, 2015, https://www.nih.gov/precision-medicine-initiative-cohort-program111.
  108. N. Bostrom, “Superintelligensie: paaie, gevare, strategieë. Superintelligensie: paaie, gevare, strategieë,” 2014, http://ovidsp.112. Kyk by: Google Scholar
  109. D. Wang, A. Khosla, en R. Gargeya, "Diep leer vir die identifisering van metastatiese borskanker," 2016, http://arxiv.org/abs/1606.05718. Kyk by: Google Scholar
  110. A. Esteva, B. Kuprel, R. A. Novoa et al., "Dermatoloog-vlak klassifikasie van velkanker met diep neurale netwerke," Natuur, vol. 542, nr. 7639, pp. 115–118, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  111. G. Luo, G. Sun, K. Wang et al., "'n Nuwe linker ventrikulêre volume voorspelling metode gebaseer op diep leer netwerk in hart MRI." Rekenaar in kardiologie, vol. 2–5, 2010. Kyk by: Google Scholar
  112. Deep Genomics, 2017, https://www.deepgenomics.com/.
  113. Atomwise vind eerste bewyse vir nuwe Ebola-behandelings, 2017, http://www.atomwise.com/atomwise-finds-first-evidence-towards-newebola-treatments.
  114. M. W. Libbrecht en W. S. Noble, "Masjineleertoepassings in genetika en genomika," Natuur Resensies Genetika, vol. 16, nr. 6, pp. 321–332, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  115. I. Sutskever, O. Vinyals en Q.V. Le, Vooruitgang in neurale inligtingverwerkingstelsels, MIT Press, Cambridge, MA, VSA, 2014.
  116. T. Wasson en A. J. Hartemink, "'n Ensemble model van mededingende multi-faktor binding van die genoom," Genoomnavorsing, vol. 19, pp. 2102–2112, 2009. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  117. K. Y. Yip, C. Cheng en M. Gerstein, "Masjienleer en genoomannotasie: 'n pasmaat wat bedoel is om te wees?" Genoom Biologie, vol. 14, nr. 5, bl. 205, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  118. J. Zhou en O. G. Troyanskaya, "Voorspelling van effekte van nie-koderende variante met diep leer-gebaseerde volgorde model," Natuur Metodes, vol. 12, nee. 10, pp. 931–934, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  119. R. Torracinta en F. Campagne, "Training genotipe callers with neural networks," 2016, bioRxiv, 097469. Kyk by: Google Scholar
  120. A. Krizhevsky, I. Sutskever, en G. E. Hinton, "ImageNet-klassifikasie met diep konvolusionele neurale netwerke," in Verrigtinge van die 25ste internasionale konferensie oor neurale inligtingverwerkingstelsels, pp. 1097–1105, Lake Tahoe, NV, VSA, 2012. Kyk by: Google Scholar
  121. J. Lanchantin, Z. Lin en Y. Qi, "Deep motif: visualizing genomic sequence classifications," 2016, http://arxiv.org/abs/1605,01133. Kyk by: Google Scholar
  122. H. Zeng, M. D. Edwards, G. Liu, en D. K. Gifford, "Konvolusionele neurale netwerkargitekture vir die voorspelling van DNA-proteïenbinding," Bioinformatika, vol. 32, pp. 121–127, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  123. R. Poplin, D. Newburger, J. Dijamco et al., "Die skep van 'n universele SNP en klein indel variant oproeper met diep neurale netwerke," 2018, bioRxiv. Kyk by: Google Scholar
  124. J. Schreiber, M. Libbrecht, J. Bilmes en W. Noble, "Nukleotiedvolgorde en dnasei-sensitiwiteit is voorspellend van 3d-chromatien-argitektuur," 2017, bioRxiv, 103614. Kyk by: Google Scholar
  125. G. Schneider, "Virtuele vertoning: 'n eindelose trap?" Natuur Resensies Dwelm Discovery, vol. 9, nr. 4, pp. 273–276, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  126. T. Scior, A. Bender, G. Tresadern et al., "Recognizing pitfalls in virtual screening: a critical review," Tydskrif vir Chemiese Inligting en Modellering, vol. 52, nee. 4, pp. 867–881, 2012. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  127. Q. U. Ain, A. Aleksandrova, F. D. Roessler, en P. J. Ballester, "Masjien-leer telling funksies om struktuur-gebaseerde binding affiniteit voorspelling en virtuele sifting te verbeter," Wiley Interdissiplinêre Resensies: Computational Molecular Science, vol. 5, nee. 6, pp. 405–424, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  128. P.J. Ballester en J.B.O. Mitchell, "'n Masjienleerbenadering om proteïen-ligandbindingsaffiniteit met toepassings op molekulêre dok te voorspel," Bioinformatika, vol. 26, nee. 9, pp. 1169–1175, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  129. S.L. Kinnings, N. Liu, P.J. Tonge, R.M. Jackson, L. Xie en P.E. Bourne, "'n Masjienleer-gebaseerde metode om dokpuntfunksies te verbeter en die toepassing daarvan op dwelmhergebruik." Tydskrif vir Chemiese Inligting en Modellering, vol. 51, nee. 2, pp. 408–419, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  130. G.-B. Li, L.-L. Yang, W.-J. Wang, L.-L. Li en S.-Y. Yang, "ID-telling: 'n nuwe empiriese tellingfunksie gebaseer op 'n omvattende stel beskrywings wat verband hou met proteïen-ligand-interaksies," Tydskrif vir Chemiese Inligting en Modellering, vol. 53, nee. 3, pp. 592–600, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  131. T. Cheng, Q. Li, Z. Zhou, Y. Wang en S. H. Bryant, "Struktuurgebaseerde virtuele sifting vir geneesmiddelontdekking: 'n probleemgesentreerde oorsig," Die AAPS-joernaal, vol. 14, nr. 1, pp. 133–141, 2012. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  132. S.-Y. Huang, S. Z. Grinter, en X. Zou, "Stelling funksies en hul evaluering metodes vir proteïen-ligand docking: onlangse vooruitgang en toekomstige rigtings," Fisiese Chemie Chemiese Fisika, vol. 12, nee. 40, pp. 12899–12908, 2010. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  133. D.-L. Ma, D.S.-H. Chan, en C.-H. Leung, "Dwelmherposisionering deur struktuurgebaseerde virtuele sifting," Chemiese Vereniging Resensies, vol. 42, nee. 5, pp. 2130–2141, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  134. P. J. Ballester, A. Schreyer en T. L. Blundell, "Lei 'n meer presiese chemiese beskrywing van proteïen-ligand komplekse tot meer akkurate voorspelling van bindingsaffiniteit?" Tydskrif vir Chemiese Inligting en Modellering, vol. 54, nee. 3, pp. 944–955, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  135. H. Li, K.-S. Leung, M.-H. Wong, en P. J. Ballester, "Die verbetering van AutoDock vina met behulp van ewekansige woud: die groeiende akkuraatheid van bindingsaffiniteitsvoorspelling deur die effektiewe ontginning van groter datastelle." Molekulêre Informatika, vol. 34, nr. 2-3, pp. 115–126, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  136. Q. Liu, C. K. Kwoh, en J. Li, “Bindingsaffiniteitsvoorspelling vir proteïen-ligand komplekse gebaseer op β kontakte en B-faktor,” Tydskrif vir Chemiese Inligting en Modellering, vol. 53, nee. 11, pp. 3076–3085, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  137. D. Zilian en C. A. Sotriffer, "SFCscoreRF: 'n ewekansige woud-gebaseerde puntefunksie vir verbeterde affiniteitsvoorspelling van proteïen-ligand komplekse," Tydskrif vir Chemiese Inligting en Modellering, vol. 53, nee. 8, pp. 1923–1933, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  138. J. Gabel, J. Desaphy en D. Rognan, "Pasop vir masjienleer-gebaseerde puntetellingfunksies - oor die gevaar om swart bokse te ontwikkel," Tydskrif vir Chemiese Inligting en Modellering, vol. 54, nee. 10, pp. 2807–2815, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  139. H. Li, K. S. Leung, P. J. Ballester, en M. H. Wong, "Istar: 'n webplatform vir grootskaalse proteïen-ligand dok," PLoS One, vol. 9, Artikel ID e85678, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  140. V.-V. Xie, L. Zhong, Y.-L. Pan et al., "Gekombineerde SVM-gebaseerde en dok-gebaseerde virtuele sifting vir die herwinning van nuwe inhibeerders van c-met," Europese Tydskrif vir Medisinale Chemie, vol. 46, nr. 9, pp. 3675–3680, 2011. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  141. J. Meslamani, R. Bhajun, F. Martz en D. Rognan, "Rekenkundige profilering van bioaktiewe verbindings met behulp van 'n teikenafhanklike saamgestelde werkvloei," Tydskrif vir Chemiese Inligting en Modellering, vol. 53, nee. 9, pp. 2322–2333, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  142. M. Wojcikowski, P. J. Ballester, en P. Siedlecki, "Prestasie van masjienleer-puntfunksies in struktuurgebaseerde virtuele sifting," Wetenskapverslae, vol. 7, bl. 46710, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  143. H. M. Senn en W. Thiel, "QM/MM-studies van ensieme," Huidige mening in Chemiese Biologie, vol. 11, nr. 2, pp. 182–187, 2007. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  144. G. D. M. Seabra, R. C. Walker, M. Elstner, D. A. Case, en A. E. Roitberg, "Implementering van die SCC-DFTB-metode vir hibriede QM/MM-simulasies binne die amber molekulêre dinamikapakket," Die Tydskrif vir Fisiese Chemie A, vol. 111, nr. 26, pp. 5655–5664, 2007. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  145. H. M. Senn en W. Thiel, "QM/MM-metodes vir biomolekulêre stelsels," Angewandte Chemie Internasionale Uitgawe, vol. 48, nr. 7, pp. 1198–1229, 2009. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  146. L. Li, J. C. Snyder, I. M. Pelaschier et al., "Verstaan ​​masjien-aangeleerde digtheidsfunksies," International Journal of Quantum Chemistry, vol. 116, nr. 11, pp. 819–833, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  147. M. Rupp, "Masjienleer vir kwantummeganika in 'n neutedop," International Journal of Quantum Chemistry, vol. 115, nr. 16, pp. 1058–1073, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  148. J. Behler, "Verteenwoordiging van potensiële energie-oppervlaktes deur hoë-dimensionele neurale netwerkpotensiale," Tydskrif vir Fisika: Gekondenseerde Materie, vol. 26, nee. 18, Artikel ID 183001, 2014. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  149. J. Behler, "Perspektief: masjienleerpotensiale vir atomistiese simulasies," Die Tydskrif vir Chemiese Fisika, vol. 145, Artikel ID 170901, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  150. J. Behler, "Konstruksie van hoëdimensionele neurale netwerkpotensiale: 'n tutoriaaloorsig," International Journal of Quantum Chemistry, vol. 115, nr. 16, pp. 1032–1050, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  151. J. Behler, "Eerste beginsels neurale netwerkpotensiale vir reaktiewe simulasies van groot molekulêre en gekondenseerde stelsels," Angewandte Chemie Internasionale Uitgawe, vol. 56, nee. 42, pp. 12828–12840, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  152. K. Mills, M. Spanner, en I. Tamblyn, "Deep learning and the Schroodinger equation," Fisiese oorsig A, vol. 96, Artikel ID 042113, 2017. Bekyk by: Publisher Site | Google Scholar
  153. J. C. Snyder, M. Rupp, K. Hansen, K. R. Muller en K. Burke, "Vind digtheidsfunksies met masjienleer." Fisiese hersieningsbriewe, vol. 108, Artikel ID 253002, 2012. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  154. F. Brockherde, L. Vogt, L. Li, M. E. Tuckerman, K. Burke en K. R. Muller, "Omseil die Kohn-Sham-vergelykings met masjienleer." Natuurkommunikasie, vol. 8, nee. 1, bl. 872, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  155. K. Yao en J. Parkhill, "Kinetiese energie van koolwaterstowwe as 'n funksie van elektrondigtheid en konvolusionele neurale netwerke," Tydskrif vir Chemiese Teorie en Berekening, vol. 12, nee. 3, pp. 1139–1147, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  156. J.C. Snyder, M. Rupp, K. Hansen, L. Blooston, K.R. Muller en K. Burke, “Orbitaalvrye bandverbreking via masjienleer,” Die Tydskrif vir Chemiese Fisika, vol. 139, nr. 22, Artikel ID 224104, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  157. F. Liu, L. Du, D. Zhang en J. Gao, "Direkte leer van verborge opgewonde toestand interaksie patrone van ab initio dinamika en die implikasie daarvan as alternatiewe molekulêre meganisme modelle," Wetenskapverslae, vol. 7, bl. 8737, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  158. F. Häse, S. Valleau, E. Pyzer-Knapp en A. Aspuru-Guzik, "Masjienleer opwindingsdinamika," Chemiese Wetenskap, vol. 7, nee. 8, pp. 5139–5147, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  159. K. Yao, J.E. Herr en J.Parkhill, "Die veel-liggaam uitbreiding gekombineer met neurale netwerke," Die Tydskrif vir Chemiese Fisika, vol. 146, nr. 1, Artikel ID 014106, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  160. B.K. Carpenter, G.S. Ezra, S.C. Farantos, Z.C. Kramer en S. Wiggins, "Empiriese klassifikasie van trajekdata: 'n geleentheid vir die gebruik van masjienleer in molekulêre dinamika," Die Tydskrif vir Fisiese Chemie B, vol. 122, nr. 13, pp. 3230–3241, 2018. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  161. A. Mannodi-Kanakkithodi, G. Pilania, T. D. Huan, T. Lookman en R. Ramprasad, "Masjienleerstrategie vir versnelde ontwerp van polimeerdiëlektrika," Wetenskapverslae, vol. 6, nee. 1, Artikel ID 20952, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  162. T. D. Huan, A. Mannodi-Kanakkithodi en R. Ramprasad, "Versnelde materiaal-eienskapvoorspellings en -ontwerp met behulp van motiefgebaseerde vingerafdrukke." Fisiese hersiening B, vol. 92, nee. 1, Artikel ID 014106, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  163. G. Pilania, C. Wang, X. Jiang, S. Rajasekaran en R. Ramprasad, "Versnelling van materiaal-eienskapvoorspellings deur masjienleer te gebruik," Wetenskapverslae, vol. 3, nr. 1, bl. 2810, 2013. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  164. J. Lee, A. Seko, K. Shitara, K. Nakayama en I. Tanaka, "Voorspellingsmodel van bandgaping vir anorganiese verbindings deur kombinasie van digtheid funksionele teorieberekeninge en masjienleertegnieke." Fisiese hersiening B, vol. 93, nr. 11, bl. 115104, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  165. E. O. Pyzer-Knapp, K. Li en A. Aspuru-Guzik, "Leer uit die Harvard Skoon Energieprojek: die gebruik van neurale netwerke om materiaalontdekking te versnel," Gevorderde funksionele materiale, vol. 25, nr. 41, pp. 6495–6502, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  166. R. Gómez-Bombarelli, J. Aguilera-Iparraguirre, T. D. Hirzel et al., "Ontwerp van doeltreffende molekulêre organiese lig-emitterende diodes deur 'n hoë-deurset virtuele sifting en eksperimentele benadering," Natuur Materiaal, vol. 15, nr. 10, pp. 1120–1127, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  167. X. Ma, Z. Li, L. E. K. Achenie, en H. Xin, "Masjien-leer-vergrote chemisorpsie model vir CO2 elektroreduksie katalisator sifting,” The Journal of Physical Chemistry Letters, vol. 6, nee. 18, pp. 3528–3533, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  168. G. Pilania, J. E. Gubernatis en T. Lookman, "Multi-getrou masjienleermodelle vir akkurate bandgaping voorspellings van vaste stowwe," Berekeningsmateriaalwetenskap, vol. 129, pp. 156–163, 2017. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  169. G. Pilania, A. Mannodi-Kanakkithodi, B. Uberuaga, R. Ramprasad, J. Gubernatis, en T. Lookman, "Masjien leer bandgapings van dubbele perovskiete," Wetenskapverslae, vol. 6, nee. 1, Artikel ID 19375, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  170. R. Ramakrishnan, P. O. Dral, M. Rupp, en O. A. von Lilienfeld, "Big data meets quantum chemistry approximations: the Δ-machine learning approach," Tydskrif vir Chemiese Teorie en Berekening, vol. 11, nr. 5, pp. 2087–2096, 2015. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar
  171. L. Shen, J. Wu en W. Yang, "Multiscale kwantummeganika/molekulêre meganika-simulasies met neurale netwerke," Tydskrif vir Chemiese Teorie en Berekening, vol. 12, nee. 10, pp. 4934–4946, 2016. Kyk by: Publisher Site | Google Scholar

Kopiereg

Kopiereg © 2019 Nagasundaram Nagarajan et al. Dit is 'n oop toegangsartikel wat onder die Creative Commons Attribution License versprei word, wat onbeperk gebruik, verspreiding en reproduksie in enige medium moontlik maak, mits die oorspronklike werk behoorlik aangehaal word.


Wat gebeur tydens 'n fase 3 dwelmproef?

Tydens die eerste fase van 'n kliniese geneesmiddelproef word 'n nuwe medikasie op 'n klein groepie pasiënte getoets. Sodra die middel veilig genoeg geag word om verdere toetsing te regverdig, beweeg dit na fase 2, wat behels dat dit op 'n veel groter pasiëntpopulasie getoets word. Tydens 'n fase 3-proef word 'n nuwe geneesmiddel tipies getoets op 'n paar duisend pasiënte wat die toestand of siekte het wat dit ontwerp is om te behandel. Fase 3 dwelmproewe kan enige plek van een tot vier jaar neem, en omdat dit so lank is, is dit meer geneig om langtermyn newe-effekte te openbaar as die vroeëre proewe.

Pasiënte in 'n fase 3-proef word ewekansig toegewys om óf die huidige standaard van sorg vir hul toestand óf die nuwe behandeling wat getoets word, te ontvang. Fase 3 dwelmproewe is tipies dubbelblind, wat beteken dat nie die pasiënte of die navorsers weet watter groep die nuwe behandeling of die bestaande standaard ontvang nie. Die voordeel van dwelmtoetse op hierdie manier is dat dit navorsers 'n heeltemal onbevooroordeelde siening gee van die newe-effekte en voordele van die behandeling wat voorhande is.

Soos die geval is tydens die eerste twee stadiums van dwelmtoetsing, word die betrokke pasiënte tydens 'n fase 3-proef noukeurig gemonitor vir beide newe-effekte en verbeterings. As getoon word dat die middel doeltreffend en veilig is, kan die maatskappy wat dit maak, goedkeuring van die FDA soek om dit aan die publiek te bemark. Die meerderheid dwelms wat fase 3 betree, eindig hierdie stadium van die toetsproses suksesvol te voltooi.


Toets dwelms met stamselle

Om die toksisiteit van farmaseutiese kandidate in laboratoriumrotte te toets voordat die verbindings veilig genoeg vir menslike kliniese proewe beoordeel word, is berug onbetroubaar. Dikwels blyk verbindings wat veilig voorkom in die knaagdiere giftig te wees by mense.

Giftige teikens: Navorsers aan die Universiteit van Wisconsin-Madison het embrioniese stamselle gebruik om die toksiese effekte van valproaat, 'n anti-epileptiese middel wat aan gevalle van outisme en spina bifida gekoppel is, op te spoor.

Om vorendag te kom met 'n beter manier om toksisiteit te voorspel, wend Gabriela Cezar, assistent-professor in dierewetenskap aan die Universiteit van Wisconsin-Madison, na menslike embrioniese stamselle. In die huidige uitgawe van Stamselle en Ontwikkeling, Cezar en haar kollegas openbaar 'n nuwe manier om dwelmtoksisiteit te toets: deur die gedrag van embrioniese stamselle wat aan 'n geneesmiddelkandidaatverbinding blootgestel is, te monitor. Om te bestudeer hoe potensiële middels embrioniese stamselle beïnvloed, kan 'n baie meer akkurate voorspelling van 'n geneesmiddel se potensiële toksisiteit bied as wat konvensionele diermodelle kan.

Tydens normale ontwikkeling produseer embrioniese stamselle molekules wat sellulêre metabolisme en differensiasie rig. Cezar het veronderstel dat blootstelling aan 'n toksiese middel konsentrasies van hierdie molekules kan skeeftrek, sel-tot-sel-interaksies kan ontwrig en 'n biologiese kaskade kan veroorsaak wat potensiële ontwikkelingsafwykings tot gevolg kan hê.

As 'n bewys van konsep het Cezar se groep gekyk na menslike embrioniese stamselle se reaksie op valproaat, 'n anti-epileptiese middel wat verbind is met gevalle van outisme en spina bifida in die nageslag van moeders wat met die middel behandel is. "Ontwikkelingsversteurings en geboortedefekte begin in utero tydens swangerskap, en ons het geen manier om te meet of te kyk na meganismes wat kan deelneem aan die aanvang van hierdie siektes nie," sê Cezar. "Met menslike embrioniese stamselle kan ons die ontwikkeling van die menslike brein hersien en konkrete veranderinge van chemikalieë aan dwelms soos valproaat meet."

In die eksperiment het Cezar verskeie dosisse valproaat, van baie laag tot hoog, in drie stelle embrioniese stamselkulture ingebring, wat die dosisse oor verskillende tydsduur verander het. Kontrolegroepe het stamselle bevat wat nie aan die middel blootgestel is nie. Cezar het dan elke monster deur 'n massaspektrometer laat loop, wat konsentrasies van die molekules wat in kultuur teenwoordig is, gemeet het.

In vergelyking met die kontrolegroep het monsters met valproaat beduidende veranderinge in die konsentrasies van twee sleutelmolekules getoon: glutamaat en kynurenien. Beide molekules is baie betrokke by vroeë breinontwikkeling, en Cezar het gevind dat blootstelling aan valproaat stygings in elke molekule se konsentrasies veroorsaak het, wat aandui dat sulke molekules as biomerkers vir 'n geneesmiddel se potensiële toksisiteit kan dien.

"Ons voorspel toksisiteit vir mense in menslike selle," sê Cezar. "Om hierdie meetbare molekules van toksisiteit te ontdek, hoop ons om ander ernstige nadelige reaksies wat veroorsaak word deur middels in diere te toets, voor te stel, met die hoop om veiliger medisyne aan pasiënte te bring."

Die gebruik van embrioniese stamselle as toetsgronde vir dwelmveiligheid is egter steeds 'n relatief nuwe konsep, en volgens sommige wetenskaplikes is baie meer navorsing nodig voordat vasgestel kan word dat die metode lewensvatbaar is. Steven Tannenbaum, professor in chemie en toksikologie aan MIT, sê dat dwelmmetabolisme in die liggaam 'n komplekse proses is. Veral dwelms wat in die liggaam ingeneem word, word eers in die lewer verwerk, en neem verskillende vorms aan voordat dit deur die res van die liggaam en in die baarmoeder beweeg. "Meer as 90 persent van dwelms word in die lewer gemetaboliseer na ander vorme van die dwelm, waarvan sommige giftig kan wees," sê Tannenbaum. "Hierdie groep het valproïensuur, wat normaalweg op groot skaal in die liggaam gemetaboliseer word, geneem en dit onder onrealistiese toestande blootgestel."

Cezar sê 'n moontlike oplossing kan wees om embrioniese stamselle te lei om in lewerselle te groei voordat hulle aan dwelms blootgestel word - 'n projek wat sy in die toekoms kan aanpak. "Solank ons ​​die selle van menslike embrioniese stamselle kan maak, kan ons, sodra ons die volwasse selle in 'n skottel het, biomerkers in lewertoksisiteit ontdek," sê Cezar.


Verdunningstoetse

Figuur 1. In 'n verdunningstoets is die laagste verdunning wat troebelheid (bewolkheid) inhibeer, die MIC. In hierdie voorbeeld is die MIC 8 μg/mL. Sous van monsters sonder troebelheid kan op plate geënt word wat nie die antimikrobiese middel het nie. Die laagste verdunning wat ≥99.9% van die begininokulum doodmaak, word op die plate waargeneem, is die MBC. (krediet: wysiging van werk deur Suzanne Wakim)

Soos bespreek, laat die beperkings van die Kirby-Bauer skyfdiffusietoets nie 'n direkte vergelyking van antibakteriese potensiaal toe om die keuse van die beste terapeutiese keuse te lei nie. Antibakteriese verdunningstoetse kan egter gebruik word om 'n spesifieke geneesmiddel te bepaal minimale inhiberende konsentrasie (MIC), die laagste konsentrasie van geneesmiddel wat sigbare bakteriese groei inhibeer, en minimale bakteriedodende konsentrasie (MBC), die laagste geneesmiddelkonsentrasie wat ≥99.9% van die begininokulum doodmaak. Die bepaling van hierdie konsentrasies help om die korrekte geneesmiddel vir 'n spesifieke patogeen te identifiseer. Vir die makrobouillon-verdunningstoets word 'n verdunningsreeks van die geneesmiddel in sous in proefbuise gemaak en dieselfde aantal selle van 'n toetsbakteriestam word by elke buis gevoeg (Figuur 1). Die MIC word bepaal deur die buise te ondersoek om die laagste geneesmiddelkonsentrasie te vind wat sigbare groei inhibeer, dit word waargeneem as troebelheid (bewolkheid) in die sous. Buisies met geen sigbare groei word dan op agar media geënt sonder antibiotika om die MBC te bepaal. Oor die algemeen moet serumvlakke van 'n antibakteriese middel minstens drie tot vyf keer bo die MIC wees vir behandeling van 'n infeksie.

Die MIC-toets kan ook uitgevoer word deur gebruik te maak van 96-put mikroverdunningsbakkies, wat die gebruik van klein volumes en outomatiese resepteringstoestelle moontlik maak, asook die toetsing van veelvuldige antimikrobiese middels en/of mikroörganismes in een skinkbord (Figuur 2). MIC's word geïnterpreteer as die laagste konsentrasie wat sigbare groei inhibeer, dieselfde as vir die makrobouillonverdunning in proefbuise. Groei kan ook visueel geïnterpreteer word of deur a spektrofotometer of soortgelyke toestel om troebelheid of 'n kleurverandering op te spoor indien 'n toepaslike biochemiese substraat wat van kleur verander in die teenwoordigheid van bakteriese groei ook in elke put ingesluit is.

Figuur 2. 'n Mikroverdunningsskinkbord kan ook gebruik word om MIC's van veelvuldige antimikrobiese middels in 'n enkele toets te bepaal. In hierdie voorbeeld neem die geneesmiddelkonsentrasies van links na regs toe en die rye met klindamisien, penisillien en eritromisien is aan die linkerkant van die plaat aangedui. Vir penisillien en eritromisien word die laagste konsentrasies wat sigbare groei inhibeer deur rooi sirkels aangedui en was 0.06 μg/ml vir penisillien en 8 μg/ml vir eritromisien. Vir klindamisien is sigbare bakteriese groei by elke konsentrasie tot 32 μg/mL waargeneem en die MIC word geïnterpreteer as >32 μg/mL. (krediet: wysiging van werk deur Centers for Disease Control and Prevention)

Die Etest is 'n alternatiewe metode wat gebruik word om MIC te bepaal, en is 'n kombinasie van die Kirby-Bauer skyf diffusie toets en verdunningsmetodes. Soortgelyk aan die Kirby-Bauer-toets, word 'n samevloeiende grasperk van 'n bakteriese isolaat op die oppervlak van 'n agarplaat geënt. Eerder as om sirkelvormige skywe te gebruik wat met een konsentrasie geneesmiddel geïmpregneer is, word kommersieel beskikbare plastiekstroke wat 'n gradiënt van 'n antibakteriese middel bevat, op die oppervlak van die geënte agarplaat geplaas (Figuur 3). Soos die bakteriese inokulum groei, diffundeer antibiotika uit die plastiekstroke in die agar en tree in wisselwerking met die bakteriese selle. Omdat die tempo van geneesmiddeldiffusie direk verband hou met konsentrasie, is 'n elliptiese sone van inhibisie word waargeneem met die Etest geneesmiddelgradiënt, eerder as 'n sirkelvormige sone van inhibisie wat met die Kirby-Bauer-toets waargeneem word. Om die resultate te interpreteer, dui die kruising van die elliptiese sone met die gradiënt op die geneesmiddelbevattende strook die MIC aan. Omdat veelvuldige stroke wat verskillende antimikrobiese middels bevat op dieselfde plaat geplaas kan word, kan die MIC van veelvuldige antimikrobiese middels gelyktydig en direk vergelyk word. Anders as die makrobouillon- en mikrobouillon-verdunningsmetodes, kan die MBC egter nie met die Etest bepaal word nie.

Figuur 3. Die Etest kan gebruik word om die MIC van 'n antibiotika te bepaal. In hierdie Etest word getoon dat vankomisien 'n MIC van 1,5 μg/ml teenoor Staphylococcus aureus.

Dink daaroor

Kliniese fokus: Nakry, Resolusie

Nakry se UTI is waarskynlik veroorsaak deur die kateterisasies wat sy in Viëtnam gehad het. Die meeste bakterieë wat UTI's veroorsaak, is lede van die normale dermmikrobiota, maar hulle kan infeksies veroorsaak wanneer dit in die urienweg ingebring word, soos moontlik plaasgevind het toe die kateter ingevoeg is. Alternatiewelik, as die kateter self nie steriel was nie, kon bakterieë op sy oppervlak in Nakry se liggaam ingebring gewees het. Die antimikrobiese terapie wat Nakry in Kambodja ontvang het, was dalk ook 'n kompliserende faktor omdat dit moontlik geselekteer het vir antimikrobiese weerstandbiedende stamme wat reeds in haar liggaam voorkom. Hierdie bakterieë sou reeds gene vir antimikrobiese weerstand bevat het, hetsy verkry deur spontane mutasie of deur horisontale geenoordrag, en het dus die beste evolusionêre voordeel vir aanpassing en groei in die teenwoordigheid van die antimikrobiese terapie gehad. Gevolglik is een van hierdie weerstandbiedende stamme moontlik later in haar urienweg ingebring.

Laboratoriumtoetse by die CDC het bevestig dat die stam van Klebsiella pneumoniae van Nakry se urinemonster was positief vir die teenwoordigheid van NDM, 'n baie aktiewe karbapenemase wat begin na vore kom as 'n nuwe probleem in antimikrobiese weerstand. Terwyl NDM-positiewe stamme bestand is teen 'n wye reeks antimikrobiese middels, het hulle vatbaarheid getoon vir tigesiklien (struktureel verwant aan tetrasiklien) en die polimiksiene B en E (colistin).

Om te keer dat haar infeksie versprei, is Nakry in 'n aparte kamer van die ander pasiënte geïsoleer. Alle hospitaalpersoneel wat met haar omgaan, is aangeraai om streng protokolle te volg om oppervlak- en toerustingbesmetting te voorkom. Dit sal veral streng handhigiënepraktyke en versigtige ontsmetting van alle items wat met haar in aanraking kom insluit.

Nakry se infeksie het uiteindelik op tigesiklien gereageer en uiteindelik opgeklaar. Sy is 'n paar weke na opname ontslaan, en 'n opvolg-stoelgangmonster het getoon dat haar stoelgang vry is van NDM-bevattende K. pneumoniae, wat beteken dat sy nie meer die hoogs weerstandbiedende bakterie huisves nie.

Belangrike konsepte en opsomming

  • Die Kirby-Bauer skyf diffusie toets help om die vatbaarheid van 'n mikro-organisme vir verskeie antimikrobiese middels te bepaal. Die sones van inhibisie gemeet moet gekorreleer word met bekende standaarde om vatbaarheid en weerstand te bepaal, en verskaf nie inligting oor bakteriedodende versus bakteriostatiese aktiwiteit nie, of maak voorsiening vir direkte vergelyking van geneesmiddelkragte.
  • Antibiogramme is nuttig vir die monitering van plaaslike neigings in antimikrobiese weerstand/vatbaarheid en om toepaslike keuse van empiriese antibakteriese terapie te rig.
  • Daar is verskeie laboratoriummetodes beskikbaar vir die bepaling van die minimum inhiberende konsentrasie (MIC) van 'n antimikrobiese middel teen 'n spesifieke mikrobe. Die minimale bakteriedodende konsentrasie (MBC) kan ook bepaal word, tipies as 'n opvolg eksperiment na MIC bepaling deur gebruik te maak van die buisverdunningsmetode.

Meervoudige keuse

In die Kirby-Bauer skyfdiffusietoets word die _______ van die sone van inhibisie gemeet en vir interpretasie gebruik.

Watter van die volgende tegnieke kan nie gebruik word om die minimum inhiberende konsentrasie van 'n antimikrobiese middel teen 'n spesifieke mikrobe te bepaal nie?

  1. Etest
  2. mikrobouillon verdunningstoets
  3. Kirby-Bauer skyf diffusie toets
  4. makrobouillon verdunningstoets

Die nut van 'n antibiogram is dat dit antimikrobiese vatbaarheidstendense toon

  1. oor 'n groot geografiese gebied.
  2. vir 'n individuele pasiënt.
  3. in navorsingslaboratoriumstamme.
  4. in 'n gelokaliseerde bevolking.

Vul die spasie in

Die metode wat die MIC's van veelvuldige antimikrobiese middels teen 'n mikrobiese stam kan bepaal deur 'n enkele agarplaat te gebruik, word die ________ genoem.

Waar vals

As geneesmiddel A 'n groter sone van inhibisie produseer as geneesmiddel B op die Kirby-Bauer skyfdiffusietoets, moet geneesmiddel A altyd voorgeskryf word.


Inleiding

Verskillende tipes nuut-gemanipuleerde nanomateriale is onder belowende ontwikkeling vir verskeie biomediese toepassings, insluitend diagnostiese en terapeutiese hulpmiddels vir die behandeling van baie ernstige patologieë, soos kanker [1] of neurodegeneratiewe siektes [2]. Die veelsydige eienskappe van nanopartikels (NP's) kan help om baie probleme te oorkom wat verband hou met die suksesvolle aflewering van geneesmiddels in die plek van die letsel. NP's het 'n hoë oppervlak-tot-volume verhouding wat die aflewering van 'n groot vrag vervoerde geneesmiddel moontlik maak [3]. Die klein grootte van NP's verleng hul sirkulasie in die bloed [4, 5] en ondersteun hul akkumulasie by die tumorplek [6]. In die geval van toksiese NPs kan langdurige NPs sirkulasie egter die endoteelselle van bloedvate meer diepgaande beïnvloed [7, 8]. Die voordeel van NP's is hul byna eindelose spektrum van modifikasies wat hulle in staat maak om na die teiken van keuse te mik [9].Algemeen gebruikte veranderinge in NP's is funksionalisering deur poli(etileenglikol), karboksilering, konjugasie met lipiede, peptiede, proteïene, ensieme, DNA of RNA, ens. [9-11]. Hierdie wysigings lei tot die beskikbaarheid van 'n groot aantal verskillende NP's, wat ondersoek moet word vir hul moontlike impak op menslike gesondheid. Sifting van die in vitro toksisiteit van die kandidaat-NP's is die eerste noodsaaklike stap in prekliniese evaluerings van die veiligheid van hierdie nanomateriale [12]. Die standaardmetode vir basiese ondersoeke van sellewensvatbaarheid is gebaseer op 'n kolorimetriese tegniek wat afhanklik is van tetrazoliumsout MTT (3-(4,5-Dimetiel-2-tiasooliel)-2,5-difeniel-2H-tetrazoliumbromied). Die MTT word in lewensvatbare selle gereduseer tot onoplosbare formazan, wat opgelos moet word voordat die absorpsie gemeet word [13]. Sommige NP's, soos koolstofnanobuise (CNT's), kan die struktuur van formazan-kristalle stabiliseer en sodoende lei tot hul onoplosbaarheid in oplosmiddels [14]. Om hierdie rede is die MTT-toets onvanpas vir die toets van sekere NP's en vir gebruik in 'n hoë-deurset siftingsformaat. Die kaspase- en Annexin V-toetse word gereeld gebruik om apoptose te bepaal. Hierdie toetse vereis egter bykomende selhantering (d.w.s. losmaak, was en soms oordrag), wat tot selskade kan lei. Ander apoptose-toetse, soos die komeettoets en DNA-leer, is gebaseer op die evaluering van DNA-skade wat deur gelelektroforese opgespoor is [15]. Die komeettoets is ontwikkel vir die toets van NP-toksisiteit in 'n hoë-deurset siftingsformaat [16], maar as 'n selfstandige metode verskaf hierdie toets nie inligting oor nekrotiese seldood nie. Nekrose kan ondersoek word met neutrale rooi of tripaanblou kleurstowwe wat geïnkorporeer of uitgesluit word van lewensvatbare selle. Anders as neutrale rooi, wat aan die membrane van lisosome in lewensvatbare selle bind [17], word tripaanblou slegs in die nie-lewensvatbare eweknieë [18] opgehoop. Ten spyte van die bruikbaarheid daarvan vir daaglikse laboratoriumroetines, vereis die tripaanblou-metode gewoonlik die oes van selle deur tripsien, en die neutrale rooi moet uit die lewensvatbare selle onttrek word deur versuurde etanoloplossing [17, 18]. Hierdie komplikasies maak hulle ongerieflik vir hoë deurset of veelvuldige toetsvertonings.

Om die doeltreffender sifting van NP-endoteelseltoksisiteit moontlik te maak, het ons drie onafhanklike toetse in een seldoodsiftingstoets gekombineer, wat in endoteelselkultuur uitgevoer word sonder om die selle te oes. Eerstens is die lewensvatbaarheidstoets gebaseer op 'n nuwe generasie tetrazoliumsout WST-8 (2-(2-metoksi-4-nitrofeniel)-3-(4-nitrofeniel)-5-(2,4-disulfofeniel)-2H- tetrazolium, mononatriumsout) wat hoogs wateroplosbaar is en dus meer geskik is vir gebruik in selkulture [19]. Boonop verhoed die negatiewe netto lading dat WST-8 die selle binnedring, en die vermindering daarvan vind plaas deur elektronvervoer oor die plasmamembraan van lewensvatbare selle [20]. Tweedens word die selmembraanintegriteit en dus selnekrose (insluitend nekroptose en sekondêre nekrose wat voortspruit uit terminale stadium van apoptose [21]) geëvalueer deur laktaatdehidrogenase (LDH)-toets gebaseer op die kolorimetriese assessering van die LDH-ensiem wat vrygestel word van beskadigde selle in die media [22]. Derdens word apoptose bepaal met behulp van die DNA-kleurende fluoresserende kleurstof Hoechst 33342. Die proporsie apoptotiese liggame word getel vanaf die fluoresserende beelde van vaste selle met 'n spesifiek ontwerpte outomatiese makro in ImageJ sagteware. Verder bekragtig en bevestig die gebruik van Hoechst 33342-kleuring ook inligting oor die omvang van lewende selle verkry uit die WST-8-toets en verminder dus die waarskynlikheid van vals data. Alle toetse word in volgorde op die selle in dieselfde put uitgevoer, wat inligting gee oor die lewensvatbaarheid, nekrose en apoptose van dieselfde populasie selle en dus bydra tot die samehang, betroubaarheid en relevansie van die resultate.


Onwettige dwelmsifting, kort intervensie en behandelingsplasing Siftingsmetodes: Biologiese toetse

Benewens waarneming en selfverslae, word biologiese toetse dikwels gebruik om te kyk vir onwettige dwelmgebruik. Hierdie toetse sluit urine-, hare-, bloed-, sweet- en mondelinge (speeksel) toetse in.

Urine toets is tans die mees algemene vorm van dwelmtoetsing, deels omdat urine maklik is om te versamel en die meeste dwelms in urine opgespoor kan word ('n uitsondering is metakwaloon). Urinetoetsing is goed vir korttermyn-opsporing, veral van dwelms wat vinnig uitgeskei word soos kokaïen, heroïen en amfetamiene, omdat dit 'n beeld van die afgelope 48 tot 72 uur kan bied. Urinetoetsing is minder effektief om langtermynpatrone van dwelmgebruik op te spoor.[1-3]

Hare toets is minder indringend en is gebruik vir sifting voor indiensneming. Dit word ook gebruik vir ondersoeke wanneer ander toetse nie beskikbaar is nie, soos kriminele sake of sterftes. Hare kan vir die meeste dwelms getoets word en het die voordeel dat dit inligting oor 'n langer tydperk verskaf. Die lewensduur van 'n menslike haar wissel van ongeveer vier maande tot vier jaar, afhangende van liggaamsligging. Dwelms betree hare terwyl dit groei en bied dus 'n rekord van dwelmgebruik gedurende die hele groeiperiode. Haartoetsing is 'n beter alternatief vir die opsporing van langtermyn dwelmgebruik, en dit is 'n proses wat moeiliker is om te vermy en mee te peuter as urinetoetsing. Baie middels word vir maande na die toediening van die middel redelik stabiel in hare bewaar.[1] Aangesien hare tipies 1 cm per maand groei, kan 'n monster van 3 cm hare 'n geskiedenis van dwelmgebruik vir ongeveer 90 dae verskaf. Benewens die verskaffing van langtermyngebruikopsporing, is die versameling van haarmonsters minder indringend en makliker om te stoor as urine.[1]

Sommige van die nadele van haarontleding verhoed dat dit ander metodes van dwelmtoetsing vervang. Een so 'n nadeel is dat dit nie korttermyn dwelmgebruik opspoor nie aangesien dwelms nie dadelik in hare ingewerk word nie.[1] Dwelms kan eers na 3 tot 5 dae na inname opgespoor word, aangesien dit die tyd is wat nodig is vir die hare om uit die epidermis te kom.[2] Nog 'n nadeel van haarontleding is dat die verband tussen die geneesmiddeldosis en vlakke wat in hare gevind word, nie duidelik vasgestel is nie.[1] Daarbenewens sny sommige gebruikers hul hare te kort of het geen kophare nie, wat dit onvoldoende maak om 'n haarontleding te doen. Hare kan egter van ander dele van die liggaam versamel word, soos die pubis of oksels (oksels) om 'n haarmonster vir dwelmtoetsing te verskaf.[4] Nog 'n probleem is dat sjampoe-reste, haarbehandelings, rook, lugbesoedeling en ander omgewingseffekte kan optree as kontamineer en die akkuraatheid van haartoetsing nadelig kan beïnvloed. Ook, donkerharige mense het 'n hoër konsentrasie melanien, wat dwelms in 'n hoër mate inkorporeer en behou. Die gevolg is dat 'n donkerkop persoon aansienlik meer geneig is om positief te toets as 'n ligter hare wat dieselfde hoeveelheid van die dwelm gebruik het.[4]

Bloedtoetsing word meestal gedoen vir kliniese, diagnostiese en dwelmoordosisdoeleindes, en is roetine in hospitaalnoodafdelings. Bloedtoetse word bevoordeel vir ondersoek na 'n ongeluk omdat dit selfs met 'n ernstig besope, beseerde of dooie persoon gedoen kan word. Die meeste dwelms kan in bloed getoets word, hoewel THC (dagga) besonder moeilik is om te meet.[3]

Sweet toets word soms deur die strafregstelsel gebruik om paroolvrygesteldes en gevangenes te monitor. Navorsing het vasgestel dat oorblyfsels van 'n aantal dwelms in menslike sweet opgespoor kan word, insluitend alkohol, amfetamien, kokaïen, heroïen, morfien, metadoon, metamfetamien en fensiklidien (PCP). Die proses behels die dra van 'n sweetpleister, wat soortgelyk aan 'n gewone pleister kan wees, om sweet van deelnemers te versamel. Die pleister, wat ophopende sweet op 'n absorberende sellulosekussing versamel, is tipies ontwerp om vir 'n paar dae gedra te word, alhoewel kolle vir korter tydperke ontwikkel is. Om te verhoed dat daar gepeuter word om dwelmgebruik te verberg, is die pleister spesiaal so ontwerp dat dit nie weer aan die vel geheg word sodra dit verwyder is nie. Die opgehoopte sweetresidu in die pleister word getoets deur gaschromatografie-massaspektrometrie, 'n presiese analitiese proses om chemiese verbindings te skei en te identifiseer. Sweettoetsing het 'n voordeel deurdat dit minder indringend is as urine- of bloedtoetsing.[3,5,6]

Mondvloeistof (speeksel) toetsing word uitgevoer deur 'n depper binne-in die wang te vryf, dit in 'n verseëlde houer te plaas en dit dan vir toetsing in te dien. Speeksel sal amfetamiene, barbiturate, kokaïen, dagga, opiate en PCP wys. Mondvloeistoftoetsing is meer doeltreffend as urine om onlangse gebruik op te spoor, maar is minder effektief na drie dae. Voordele sluit in die gemak van versameling en die moeilikheid van vervalsing of vervanging. Hierdie vorm van toetsing blyk al hoe meer gewild te word.[3,7]


Kyk die video: Verwijswoorden uitleg in 4 makkelijke stappen (September 2022).


Kommentaar:

  1. Byreleah

    Ek is eindig, ek vra om verskoning, maar na my mening is hierdie onderwerp reeds verouderd.

  2. Acwellen

    Ek dink dat u nie reg is nie. Ek stel dit voor om te bespreek. Skryf vir my in PM, ons sal praat.

  3. Luduvico

    Dieselfde 'n verstedeliking enige

  4. Royal

    Ek vra om verskoning, maar ek dink jy is verkeerd. Voer in ons bespreek dit. Skryf vir my in PM.

  5. Mayir

    Die eiendomme laat, wat dit



Skryf 'n boodskap