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大数据挖掘对癌症治疗的重大影响

时间:2016-05-18     泉源:中国生物手艺网
在2016年的瑞士达沃斯天下经济论坛时代,美国副总统Joe Biden询问了阻碍研究职员和临床医生在抗击癌症历程中的突破的障碍 。在众多主要话题中,最主要的是大数据,确切的说,是大数据的网络、剖析和应用 。

    大数据的“大”指的是积累的数据集的量很大,通过合理地剖析这些数据可以获得许多的有用信息 。另一方面,在实践中对大数据的剖析可以获得转变趋势、发明关联以及确认模式 。

    一些研究职员称,大数据很有用,由于它们携带了富厚的信息 。大宗的样本可以展现出一些未被注重到的细节 。然而尚有的研究职员以为大数据手艺所需要的不但仅是很是多的数据 。美国圣犹大儿童研究医院的Keith Perry就是持后者意见的人 。

    Perry说:“大数据岂止于‘大’?还需要具有另外三层意思:数据类型的多样性,数据天生的速率,大宗数据整合的水平 。我们现在拥有的许大都据并没有相互毗连的接口,由于它们在差别的部分爆发 。”

    另一个持此看法的人是Narayan Desai博士,他是爱立信公司的盘算机科学家,他曾说过:“基因组学将要解决的基本问题是应该天生几大都据 。数据网络和剖析处置惩罚的能力怎样越发有用,应该好好研究 。”

    影响一:隐藏的弱点

    最近,一些科学家呼吁越发专注和创立性地使用现存数据来举行临床实践 。好比美国加州大学的细胞和分子药物学教授Nevann Krogan说,基因组学使我们离治愈癌症更近了一大步,这种前进凌驾许多遗传学家的想象 。

    Krogan博士说:“基因测序职员说只要有更多的钱举行更多的测序就可以使问题的谜底越发清朗 。但我不以为这样 。我以为我们已经抵达了可提守信息的饱和点 。”

    Krogan博士以为,只管数据的积累量在变大,可是癌症治疗并没有取得太多突破 。这是由于新天生的数据只是用来形貌癌症惊人的多样性,纵然是简单肿瘤也会包括成千上万种基因突变 。

    Krogan和他的同事以为,研究职员不应该只专注于网络大宗数据,而应该仔细研究已有数据中隐藏的联系 。Krogan在2015年提倡了癌细胞地图妄想(Cancer Cell Map Initiative ,CCMI) 。

    CCMI致力于系统地详细形貌癌症基因之间的重大关系,以及它们在差别的疾病和康健状态之下的区别,并制作出癌细胞中正常基因、突变基因以及卵白质的“连线图” 。

    影响二:肿瘤样本

    肿瘤细胞地图项目(CCMI)将加利福尼亚大学圣迭戈分校(UCSD)的生物医学大数据提取手艺和旧金山加州大学(UCSF)剖析细胞结构和功效的先进手艺相团结 。UCSD的Trey Ideker博士说:“我们已经有了基因组信息 。现在的瓶颈是怎样翻译肿瘤基因组 。”

    在2015年的基因组大会上,Ideker博士指出,正在举行的癌症DNA测序已经完成了20000例基因组 。可是,在没有关于基因网络知识的条件下剖析这些癌症基因组是很是难题的,由于在基因层面上,没有两个癌症患者的肿瘤是一样的 。他以为生物信息学可以解决这个问题 。

    Ideker于2013年9月揭晓在《Nature Methods》上的一篇论文称,癌症基因组图谱(TCGA)和国际癌症基因组同盟(ICGC)已经最先系统地为上万种肿瘤举行归档,包括信使核糖核酸(mRNA)和细小核糖核酸(microRNA)的表达,DNA拷贝数目和甲基化,DNA序列 。文章作者称:“现在急需可以将基因组规模的分子信息整合并翻译的信息手艺,以更深入的洞察驱动癌症生长的分子历程 。这种手艺对临床来说也很急需 。”

    影响三:子网络剖析

    为了知足对这些综合信息手艺的需求,UCSD的研究团队整合了对多组可以编码卵白质的基因的基因表达测定,这些卵白质会在卵白质子网络或者通路数据集中相互作用 。该档案并没有把单独的基因和卵白质列出来,而是将基因和卵白质子网络荟萃地表达出来 。

    研究职员称,这些子网络可以确认差别患者的基因表达的差别 。子网络剖析与其他古板的剖析差别,它可以解读出基因表达的差别 。

    2007年,Ideker博士揭晓在《Molecular Systems Biology》上的一篇论文称,只管携带乳腺癌突变的基因无法通过差别表达剖析检测出来,可是它们在卵白质网络中很是主要,与许多差别的基因相互作用 。

    关于大部分有中等乳腺癌危害的患者来说,古板因素并缺乏以展望,约莫有70–80%淋投合阴性患者要接受不须要的辅助化疗 。Ideker以为,现在的许多危险因素着实只是次要的临床体现,而不是主要的患病机制 。

    现在的挑战是与疾病越发相关的预后指标,越发准确地展望病人的新陈代谢危害 。

    影响四:预后意义

    研究职员最近正在网络更多的证据以证实基因网络剖析可以为预后提供信息 。好比UCSD的Chang博士于2012年在《BLOOD》上揭晓的一篇论文以为,基因网络剖析可以展望慢性淋巴细胞白血(CLL)病患者的效果 。

    特别的,研究职员们使用基因子网络的基因表达档案剖析法区别出了差别病人的CLL危害 。CLL患者的临床病程各不相同 。一些病人在许多年后仍然没有症状,而一些病人很快就会泛起严重的疾病并需要治疗 。

    由于标准疗法会涉及到毒性,准确的展望很主要,由于现在的治疗建议是,在患者体现出明确症状之前不可使用这种标准疗法 。
一些研究报道称,几组基因可以用于CLL已知预后因素替换指标,好比IGHV突变状态 。

    UCSD研究职员称,他们从130名CLL患者中识别出38个预后子网络,这些子网络可以展望疾病希望的危害 。别的,这些子网络标记可以爆发更准确的展望 。

    研究职员得出结论,他们的剖析对明确癌症进货和开发新型治疗计划具有指示意义 。这些指示泉源于生物信息手艺,该手艺使大数据变得有意义,并且可以增进更多的发明 。

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