Jósló háló

A betegségek akkor érthetők meg igazán, ha a sejtben zajló összes molekuláris kölcsönhatást magában foglaló hálózat egészét vizsgáljuk – vallja Barabási Albert-László hálózatkutató, aki munkatársaival nemrégiben korszakalkotó tanulmányt közölt a témáról a világ legrangosabb folyóiratában, a Science-ben. Barabási nyitotta meg az országos tudományos diákköri konferencia orvos- és egészségtudományi szekcióját a Semmelweis Egyetemen.

A hálózatkutatás az utóbbi években – a mobiltelefonok, a közösségi hálózatok és nem kis részben az amerikai nemzetbiztonsági ügynökség (NSA) évek óta folytatott, szinte a teljes globális kommunikációt elérő megfigyelési praktikái miatt – a figyelem középpontjába került. Könyvek, dokumentum- és játékfilmek sokasága illusztrálta, hogy mi minden deríthető ki életünk legtitkosabb részleteiről is, ha kapcsolatainkat hozzáértők elemzik. Legutóbb azonban a hálózatelmélet annak kapcsán került be a hírekbe, hogy a Science folyóiratban Barabási Albert-László és kutatócsoportja arról számolt be, hogy e tudomány forradalmasíthatja az orvoslást is.
– Már kilenc éve megfogalmazódott bennem a gondolat, hogy ha komolyan akarunk sejthálókat (a sejt összes összetevője és a közöttük lévő összes kapcsolat térképét – M. Cs.) vizsgálni, akkor nem szabad a baktériumok szintjén maradnunk, hanem az emberi sejteket kell kutatnunk. A humángenomprojekt révén mára sok információ összegyűlt sejtjeinkről, az emberi betegségek tünetei pedig az orvosok előtt pontosan ismertek. A teljes örökítőanyagot érintő genetikai analízis azonban csak azt térképezi föl, hogy az ember milyen génekkel rendelkezik. Viszont e gének funkciója és mutációik, illetve a betegségek kapcsolata csak szisztematikus vizsgálat révén deríthető fel – kezdi a történetet Barabási Albert-László, az amerikai Northwestern Egyetem, illetve a Közép-európai Egyetem professzora. – Amit eddig tudunk, abból az látszik, hogy egy-egy gén önmagában általában csak néhány százalékkal emeli meg az adott betegség előfordulásának kockázatát. A prosztatarákban szenvedő emberek genetikai mutációi például szinte sohasem egyeznek meg tökéletesen, mégis mindanynyiuknak ugyanaz a betegségük. Úgy tűnik hát, hogy csak az alkatrészeit ismerjük a rendszernek, de arról vajmi keveset tudunk, hogy ezek hogyan kapcsolódnak egymáshoz.
Ebből még korántsem egyértelmű azonban, hogy van-e gyakorlati jelentősége a teljes kapcsolati háló ismeretének. Pedig van, és ennek megértéséhez – Barabási gondolatmenetét követve – gondoljunk egy autóra! Ha kiterítjük a földre mindazt a hatezer alkatrészt, amelyből felépül a kocsi, akkor még nem mondhatjuk azt, hogy működőképes autónk van. Ehhez tudnunk kell, hogy az alkatrészeket hogyan kell összeszerelni. Ha elromlik valami az autóban, akkor tudjuk megjavítani, ha ismerjük azt, hogy hogyan épül fel a kifogástalanul működő szerkezet. Ugyanez igaz az emberi sejtre is. Ott egyelőre csak az alkatrészeket ismerjük. Ha fel tudnánk rajzolni a sejt „összeszerelési rajzát”, sokkal hatékonyabban tudnánk felismerni a betegségek valódi okait. Természetesen nem kell minden tünet láttán a teljes sejthálót átfésülnünk az okokat keresve. Az már most is látszik, hogy a hasonló betegségek okai a hálózat azonos területein, az úgynevezett modulokban keresendők.
Bár a betegségek mögött rejlő molekuláris és genetikai okok eddig is ismertek voltak, ezek az izolált információk önmagukban nem mindig adnak kellő mennyiségű információt az orvosok számára a gyógyításhoz.
– A genetika csak azt képes megmondani, hogy egyik vagy másik gén felelős egy betegség kialakulásáért, de azt nem, hogy miért. Ha viszont előrefutunk ötven-száz évet az időben, szinte biztos, hogy az orvoslás a következőképpen fog kinézni. Az orvos először elemezni fogja a beteg génállományát, majd a talált mutációkat megkeresi az addigra feltérképezett sejthálóban. Abból, hogy az érintett gének a hálózat mely tartományában helyezkednek el, tudni fogja, hogy milyen betegségekre kell figyelni – mondja Barabási. – Látnunk kell, hogy ez alapvető változást jelent az orvoslás klasszikus megközelítéséhez képest. A jövőben nemcsak a szervekben felismerhető tüneteket fogják vizsgálni, hanem azt is, hogy a sejt kölcsönhatási hálózatában az adott defektus milyen hibákat okozhat, és ezek a hibák a különböző szervekben milyen betegségeket váltanak ki.
A kutatás első lépéseként, még mielőtt a rendszer rejtett összefüggéseire fényt tudnának deríteni, a hálózatkutatóknak térképezniük kell. Fel kell rajzolniuk a sejtben zajló összes kölcsönhatást. Az alkotórészeket (a hálózat csomópontjait) mára nagyjából már ismerjük, de a pontok összeköttetéseiben, a közöttük fennálló kapcsolatokban még jelentős fehér foltok vannak. Jelenleg nagyjából e térkép húsz százaléka készült el. Barabásiék ezután az elkészült térképet elemezték, és azt igyekeztek megérteni, hogy a hálón belül hogyan áll össze a betegségek képe. A legutóbbi cikkükben azt mutatták ki, hogy a legtöbb betegség okai nem véletlenszerűen szétszórva helyezkednek el a sejthálózatban, hanem egy-egy modulban koncentrálódnak. Ez azért fontos, mert jó eséllyel feltételezhetjük, hogy azok a gének és fehérjék, amelyek e betegségközpontokhoz közel helyezkednek el a hálón, valószínűleg ugyancsak részt vesznek a kór kialakulásában – még ha nem is ismert jelenleg a szerepük. A hálózat ismerete alapján így előre jelezhetjük, megjósolhatjuk azokat az alkatrészeket, amelyeket érdemes a jövőben kutatni. Úgy mondják, nagy a hálózat jósló értéke.
A sejthálózatok ismeretében rejlő lehetőségeket például az asztma példáján keresztül demonstrálták. Megkeresték a térképen azokat a géneket, amelyek tudottan szerepet játszanak az asztma kialakulásában, ezáltal meghatározták azt, hogy a sejthálózatban hol helyezkedik el a betegség központja. Ezután megnézték, hogy milyen gének vannak e központ közelében. Így három-négy száz potenciálisan az asztmában szerepet játszó gént sikerült azonosítaniuk, a legígéretesebbeket pedig a Harvard Egyetemen dolgozó munkatársaik kísérletesen is tesztelték. Ezáltal máris több olyan molekulát azonosítottak, amelyek talán a jövőben új asztmagyógyszerek célpontjai lehetnek.
De a hálózatelméletnek nem is a jövőbeli gyógyszerek kutatása a legfontosabb gyakorlati alkalmazása. Az elmúlt év közép-afrikai ebolajárványa elleni nemzetközi fellépés tervezői most először napi szinten konzultáltak a hálózatkutatókkal – főként a Barabási kutatócsoportjában dolgozó Alessandro Vespignanival –, akik számítógépes szimulációk segítségével próbálták előre jelezni a betegség terjedését és a szóba jöhető ellenintézkedések hatását.
– Az utazási adatokból kiindulva meg tudjuk mondani, hogy ha a betegség feltűnik egy országban, akkor mikor, hol és mennyi új betegre lehet számítani ott és más országokban is. Ez a módszer a SARS (a súlyos, akut légzőszervi szindrómát okozó 2003-as kelet-ázsiai járvány) és a H1N1-es influenza idején már bizonyított, de a mostani ebolajárványban alkalmazták először élesben – mondja a hálózatkutató. – A számítások alapján nagyon súlyos döntéseket hoztak az Egészségügyi Világszervezet vezetői. Például bebizonyosodott, hogy nem szabad lezárni a légteret. A járványokkal szembesülve a politikusok első pánikszerű gondolata mindig a karantén. De a hálózatelméleti kalkulációk jól mutatják, hogy ez nem gátolja meg a fertőzöttek kijutását az érintett területről. Ugyanannyi ember fog megbetegedni, mindössze hosszabb idő alatt. Így nincs értelme megtiltani az utazást, a kereskedelmet, amely könnyen csődbe viheti az egyébként is nehéz helyzetben lévő országot.

2015. április 25.