Teorie grafů pomáhá při výzkumu infekce anaplazmy

Z pohledu matematiky je teorie grafů skvělým nástrojem, jak zkoumat rozmanité problémy, které se týkají sítí. S teorií grafů je možné analyzovat dopravu ve městě, provoz počítačové sítě nebo třeba strukturu vzájemného propojení článků ve Wikipedii. Jedním z nejznámějších ukázkových problémů, který řeší teorie grafů, je problém obchodního cestujícího. Ten spočívá v hledání nejkratší možné cesty procházející všemi zadanými body na mapě. 

Mezi největší výzvy soudobé biologie náleží smysluplné využití ohromných souborů dat, které produkuje genomika, proteomika, transkriptomika a další podobné přístupy, při řešení komplexních otázek. Platí to i pro výzkum odpovědi buněk hostitelů na přítomnost infekce. Právě proto Alejandro Cabezas-Cruz z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, Biologického centra AV ČR a francouzské Université Paris-Est, společně s kolegy využili nástrojů teorie grafů. S jejich pomocí prostudovali odpověď lidských buněk a buněk vektoru, což bylo v tomto případě klíště, na infekci anaplazmy Anaplasma  phagocytophilum. 

Badatelé sestavili a analyzovali sít vzájemných vztahů interagujících proteinů a buněčných procesů, která zahrnovala člověka, klíště i anaplazmu. Výsledky výzkumu, který zajímavě propojuje biologii s matematikou, ukázaly, že infekce anaplazmou má větší dopad na proteiny klíštěte, než na proteiny člověka. Týkalo se to přitom z větší části proteinů, které jsou spojené s více buněčnými procesy. V důsledku toho zasahuje infekce anaplazmou současně různé biologické procesy. Použití teorie grafů podle badatelů umožnilo rozlišit buněčné procesy hostitelů, které jsou zasaženy infekcí anaplazmy, od procesů, které tato infekce neovlivňuje. S tímto přístupem by bylo možné vystopovat klíčové proteiny hostitele, které jsou zapojené do reakce na infekci, i v případě dalších patogenů. Takové poznatky by měly přispět k vývoji nových metod detekce, prevence a léčby patogenů přenášených členovci.

Estrada-Peña, A., Villar, M., Artigas-Jerónimo, S., López, V., Alberdi, P., Cabezas-Cruz, A., de la Fuente, J. 2018. Use of Graph Theory to Characterize Human and Arthropod Vector Cell Protein Response to Infection With Anaplasma phagocytophilum. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology online 8: 265.

 Kontakt: MVDr. Alejandro Cabezas-Cruz (alejandrocabezascruz at yahoo.es)

Využití teorie grafů při analýze odpovědi lidských proteinů a proteinů klíšťat na infekci anaplazmy. Kredit: Estrada-Peña et al. (2018).