Como os grandes dados estão sendo mobilizados na luta contra a leucemia

Como os grandes dados estão sendo mobilizados na luta contra a leucemiaEsfregaço de Leucemia Mielóide Crônica. Paulo Henrique Orlandi Mourao via Wikimedia Commons., CC BY-SA

A função celular saudável depende da atividade genética bem orquestrada. Através de uma rede fantasticamente complexa de interações, os genes 30,000 cooperam para manter este equilíbrio delicado em cada um dos 37.2 trilhões de células no corpo humano.

De um modo geral, o câncer é uma ruptura desse equilíbrio por alterações genéticas ou mutações. As mutações podem desencadear a ativação excessiva de genes que normalmente instruem as células a se dividirem, ou a inativação de genes que suprimem o desenvolvimento do câncer. Quando uma célula mutada se divide, ela passa a mutação para as células filhas. Isso leva ao acúmulo de células anormais que não funcionam e que reconhecemos como câncer.

Nosso laboratório está focado em entender como um câncer em particular - leucemia mielóide crónica ou CML - funciona. Todos os anos, mais de 700 pacientes no Reino Unido - e mais de 100,000 em todo o mundo - são diagnosticados com CML. Após recentes avanços, quase 90% de pacientes com idade inferior a 65 agora sobrevivem por mais de cinco anos.

Mas na grande maioria dos pacientes, a LMC é atualmente incurável e o tratamento ao longo da vida significa que os pacientes devem conviver com os efeitos colaterais e a chance de surgimento de resistência aos medicamentos. Com o crescente número de pacientes com LMC sobrevivendo (e o tratamento custando entre £ 40,000 e £ 70,000 por paciente por ano), o aumento da tensão está sendo colocado nos serviços de saúde.

Uma única mutação

A LMC é talvez única em cânceres em que uma única mutação, denominada BCR-ABL, subjaz a biologia da doença. Esta mutação se origina em um único célula-tronco leucêmica, mas é então propagada por todo o sangue e medula óssea à medida que as células de leucemia assumem o controle e bloqueiam o processo saudável de produção de sangue. A presença de BCR-ABL afeta a atividade de milhares de genes, impedindo, por sua vez, que essas células cumpram sua função normal como células sanguíneas.

Drogas que neutralizam especificamente os efeitos aberrantes dessa mutação foram introduzidos na clínica desde os primeiros 2000s. Essas drogas revolucionaram o atendimento ao paciente com LMC. Muitos agora são capazes de viver vidas relativamente normais com sua leucemia sob bom controle.

Mas enquanto essas drogas matam as células-filhas mais maduras da célula-tronco leucêmica originalmente mutada, elas ainda não cumpriram plenamente seu faturamento inicial como “balas mágicas” na luta contra o câncer. Isso ocorre porque a população original de “semente” de células-tronco leucêmicas evadir terapia, deitado dormente na medula óssea para estimular o novo crescimento do câncer quando o tratamento é retirado.


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Para realmente curar a LMC, devemos expor, compreender o funcionamento interno e desenraizar as células-tronco da leucemia. E para fazer isso, precisamos aprender mais sobre eles. Como eles sobrevivem ao tratamento que tão prontamente mata suas contrapartes mais maduras? Quais genes superativos ou inativos os protegem?

Acreditamos que as respostas a essas questões residem na análise de “big data” biológicos. As tecnologias de escala genômica permitem agora aos cientistas medir a atividade (ou “expressão”) de cada gene no genoma simultaneamente, em qualquer população de células, ou mesmo no nível de uma única célula. A comparação de dados de expressão gerados a partir de células-tronco de leucemia com os mesmos dados gerados a partir de células-tronco sanguíneas saudáveis ​​revelará genes únicos ou redes de genes potencialmente direcionáveis ​​na luta contra a leucemia.

Big data para o resgate

Em um projeto financiado pela Bloodwise e pela Scottish Cancer Foundation, criamos LEUKomics. Este portal de dados on-line reúne uma riqueza de dados de expressão de genes CML de laboratórios especializados em todo o mundo, incluindo os nossos próprios na Universidade de Glasgow.

Nossa intenção é eliminar o gargalo em torno da análise de big data na CML. Cada conjunto de dados é submetido a verificações de qualidade manuais e todos os processamento computacional para extrair informações sobre a expressão gênica. Isso permite acesso imediato e interpretação de dados que anteriormente não seriam facilmente acessíveis a acadêmicos ou clínicos sem treinamento em abordagens computacionais especializadas.

A consolidação desses dados em um único recurso também permite que os bioinformáticos (especialistas em análise de big data em biologia) façam esforços de pesquisa em larga escala e intensivos em computação. Do ponto de vista computacional, o fato de a LMC ser causada por uma única mutação faz dela um modelo de doença atraente para as células-tronco cancerígenas. No entanto, os conjuntos de dados existentes tendem a ter pequenos números de amostra, o que pode limitar seu potencial.

Quanto mais amostras disponíveis, maior o poder de detectar mudanças sutis que podem ser cruciais para a biologia das células-tronco cancerígenas. Reunindo todos os conjuntos de dados CML disponíveis globalmente, aumentamos significativamente o tamanho da amostra, de dois para seis por conjunto de dados, para mais do que 100. Isso oferece uma oportunidade sem precedentes para analisar dados de expressão gênica para expor os mecanismos subjacentes dessa doença.

A partir de março 2017, o portal está em funcionamento no domínio público. Estamos planejando fazer um tour pela Escócia e nos apresentar em conferências internacionais, com o objetivo de treinar pesquisadores sobre a melhor forma de explorar esse novo recurso. Em última análise, esperamos que esta ferramenta leve a novas ideias e abordagens e atraia mais financiamento na luta contra a LMC. E enquanto continuamos a expandir nossa representação de dados CML em tempo real a partir de centros de pesquisa em todo o mundo, também planejamos começar a incorporar dados de outros tipos de leucemia.

Nos últimos anos, terapias direcionadas se tornaram imensamente importante na pesquisa do câncer. Ao fornecer esses dados para a comunidade de pesquisa CML dentro LEUKomicsEsperamos mobilizar novas pesquisas sobre as células-tronco leucêmicas causadoras de câncer e, por fim, projetar tratamentos para atacá-las sem afetar as células saudáveis. Nosso banco de dados fornece um passo crítico nesse processo.

Sobre o autor

Lorna Jackson, candidata a PhD (Paul O'Gorman Leukemia Research Center), Universidade de Glasgow e Lisa Hopcroft, Research Associate (Instituto de Ciências do Câncer), Universidade de Glasgow

Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação. Leia o artigo original.

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