O sequenciamento do genoma revolucionou a genética. Também requer novas ferramentas matemáticas para ajudar os cientistas da vida a dar sentido a enormes quantidades de dados. Aplicando nova matemática, Kristina Crona, um professor assistente da American University que pesquisa na área de biologia matemática, e seus colegas mostram como classificar os mutantes do patógeno pode ajudar os cientistas a entender como os mutantes evoluem para resistir aos tratamentos com drogas. Esta linha de pesquisa pode ter implicações para o tratamento de doenças que podem resistir aos tratamentos medicamentosos, como HIV e malária.

Em um novo jornal, publicado no jornal eLife , os pesquisadores mostram que a ordem de classificação é uma forma de identificar interações genéticas complexas. Os métodos convencionais para identificar interações gênicas complexas dependem de medições precisas da aptidão genética dos mutantes. Contudo, medidas de aptidão não são facilmente aplicadas, e nem sempre são confiáveis. Por contraste, o método de classificação funciona, mesmo se os dados estiverem incompletos.

Antes da publicação em eLife , Crona apresentou os resultados em uma conferência acadêmica. Nenhum dos biólogos na platéia tinha ouvido falar da ferramenta matemática que ela usa para analisar as ordens de classificação. No final de sua palestra, todos sabiam como usar a ferramenta para identificar interações gênicas complexas. O novo atalho foi recebido com entusiasmo. E a matemática é fácil.

"É matemática do jardim de infância, "Crona explicou.

Crona usa "palavras Dyck, "uma fórmula com o nome do matemático alemão do século 19 Walther Franz Anton von Dyck, para combinar o genótipo com letras. As letras "x" e "y" são atribuídas aos mutantes do patógeno. Mutantes simples e triplos correspondem a "x, "e não mutado, mutantes duplos e de quatro tuplas correspondem a "y". O número ímpar de mutações produz "x" e os números pares produzem "y". Os mutantes na ordem são classificados de alta a baixa aptidão.

"Da esquerda para a direita, contamos x e y. Se houver sempre mais x's, ou o mesmo número de mutantes são x's, então o que você obtém é uma palavra Dyck. Isso significa que se pode ver que se está lidando com uma interação genética complexa, "Crona disse.

As interações genéticas complexas envolvem três ou mais mutações em um patógeno. É em interações genéticas complexas quando os patógenos têm maior aptidão e evoluem perigosamente, como um patógeno forte o suficiente para resistir aos antibióticos. Os pesquisadores identificaram uma interação genética complexa envolvendo três ou mais mutações para o HIV; um parasita causador da malária; o tipo de fungo que causa o mofo preto em frutas e vegetais; e uma família de mutações genéticas que contribuem para a resistência aos antibióticos.

Crona começou a pensar em ordens de classificação enquanto trabalhava com a bióloga Miriam Barlow sobre o problema do ciclo de antibióticos, pelo qual os médicos do hospital alternam diferentes antibióticos para impedir infecções nos pacientes. Tentando ajudar os médicos a maximizar a eficácia dos antibióticos, a equipe criou um software chamado "Time Machine" que usa probabilidades e retrocede a evolução das bactérias para verificar as opções de tratamento para 15 antibióticos usados ​​no combate a infecções comuns. Crona percebeu que as ordens de classificação eram surpreendentemente robustas. Os números saíram um pouco diferentes em cada experimento, mas os mutantes mais perigosos sempre foram perigosos, e inofensivo sempre inofensivo.

A ordem de classificação pode ajudar os médicos? Crona pensa assim. Na medicina do futuro, os médicos podem tirar proveito das interações gênicas complexas ao desenvolver planos de tratamento. A ordem de classificação pode ajudar a cortar a cadeia de eventos na evolução de um patógeno perigoso. Prevenindo menos, mutantes intermediários podem parar a evolução de um patógeno, Disse Crona.