O PROJEKCIE



Tytuł projektu: BioRadInt - Metody bioinformatyczne integracji wysokoprzepustowych danych biologii molekularnej dla analizy radiowrażliwości.

Numer: DEC2013/08/M/ST6/924

Czas trwania: 2013/09/13-2016/09/12

Kierownik: Joanna Polanska

Główny wykonawca: Christophe Badie, Simon Bouffler

Wykonawcy: Joanna Zyla; Anna Papiez; Marzena Dołbniak; Lukasz Krol; Franciszek Binczyk; Agnieszka Blachowicz

Opis projektu:

Celem zaplanowanych w ramach projektu badań naukowych jest zaimplementowanie istniejących metod algorytmicznej integracji wysokoprzepustowych danych biologii molekularnej. Dane pomiarowe zostaną uzyskane w trzech seriach eksperymentów związanych z radiowrażliwością komórek, tkanek i organizmów. Planowane serie eksperymentów będą realizowane dla dwóch modeli, komórek i tkanek ludzkich oraz komórek i tkanek myszy. Hipoteza badawcza stojąca u podstaw zaplanowanych badań zakłada możliwość uzyskania poprawy dokładności przewidywań regionów regulatorowych DNA, struktur ścieżek sygnałowych, sieci oddziaływań, związanych z radiowrażliwością, wynikającej z zastosowanie algorytmicznych metod integracyjnych.

Zaplanowana metodologia badawcza bazuje na ścisłej współpracy w realizacji projektu dwóch grup badawczych: grupy bioinformatyków z Wydziału Automatyki, Elektronik i Informatyki Politechniki Śląskiej oraz grupy biologów molekularnych z Zakładu Genetyki Nowotworów oraz Genetyki Komórki, Agencja Ochrony Zdrowia, Wielka Brytania. Biolodzy molekularni udostępnią wyniki już wcześniej wykonanych eksperymentów oraz dodatkowo wykonają serie badań wysokoprzepustowych związanych z radiowrażliwością. Bioinformatycy zaimplementują istniejące techniki integracyjne analizy danych wysokoprzepustowych. Planowane techniki integracji danych będą polegać na wykorzystaniu znanych metod agregacji testów statystycznych oraz klasyfikatorów. Planuje się także rozwijanie nowych metod, polegających na różnych ideach integracji danych w etapie niskopoziomowym analizy danych wysokoprzepustowych, a także na wplataniu metod integracyjnych w różne etapy konstrukcji klasyfikatorów molekularnych. Bioinformatycy dokonają oceny skuteczności istniejących technik integracyjnych w analizach danych uzyskanych technikami wysokoprzepustowymi. Ocenę skuteczności przeprowadzą przez wykonanie eksperymentów obliczeniowych związanych z konstrukcją i walidacją klasyfikatorów molekularnych dla oceny stanów wrażliwości tkanek i organizmów oraz dla predykcji odpowiedzi komórkowych i tkankowych na napromienienie o różnych intensywnościach. Eksperymenty dla zbudowanych klasyfikatorów będą bazowały na wielokrotnej randomizowanej walidacji krzyżowej. Obok eksperymentów walidacyjnych dla klasyfikatorów bioinformatycy dokonają także wieloaspektowej anotacji uzyskanych sygnatur genowych i białkowych i jako miary skuteczności metod integracyjnych zastosują wskaźniki jednorodności dla słów kluczowych oraz dla terminów ontologii. Biolodzy molekularni także dokonają weryfikacji uzyskanych wyników, przez sformułowanie biologicznych wniosków płynących z wykonanych analiz obliczeniowych, porównanie uzyskanych wniosków ze znanymi doniesieniami literaturowymi, ocenę znaczenia biologicznego i wiarygodności uzyskanych wniosków z punktu widzenia wiedzy biologicznej, oryginalności uzyskanych wyników. Dokonają także krytyki wyników obliczeniowych z punktu widzenia użyteczności w badaniach eksperymentalnych, w aspekcie możliwości wprowadzenia modyfikacji rozwijanych technik.

Wykonawcy projektu oceniają, że planowane badania będą miały istotny i interesujący wpływ na rozwój badań zarówno w zakresie bioinformatyki jak też w radiobiologii. Udokumentowaniem tego wpływu będzie publikacja kilku oryginalnych artykułów naukowych w renomowanych czasopismach specjalizujących się w bioinformatyce oraz radiobiologii (radiobiologii nowotworów). Dotychczasowy dorobek naukowy wnioskodawców uzasadnia możliwość odniesienia takiego wpływu przez planowane badania. W wielu publikacjach w literaturze, używa się bardziej lub mniej ilościowo sformułowanych wskaźników dla wspierania tezy o konieczności (użyteczności) prowadzenia i rozwijania algorytmicznych metod integracji danych bioinformatycznych. Według wnioskodawców istnieje obecnie bardzo duża potrzeba implementacji metod algorytmicznej integracji, weryfikacji skuteczności istniejących metod oraz rozwijania nowych metod. Pozyskane w trakcie badań potencjalne markery promieniowrażliwości stanowić będą istotny wkład w zrozumienie tego procesu z jednej strony, z drugiej zaś wykorzystane być mogą na etapie planowania spersonalizowanej radioterapii chorych na chorobę nowotworową. Możliwość predykcji skutków napromieniania u chorych i uwzględnienie tego ryzyka na etapie planowania protokołu radioterapii daje w konsekwencji możliwość zminimalizowania odczynu popromiennego przy jednoczesnej maksymalizacji efektu terapeutycznego napromieniania. Do realizacji wszystkich tych celów przyczyni się planowany projekt.

Współpraca międzynarodowa planowana w ramach projektu przyniesie ze sobą kilka istotnych korzyści. Pierwszą korzyścią będzie możliwość uzyskania oryginalnych wyników naukowych przez zastosowanie komplementarnych warsztatów naukowych dwóch grup badawczych, bioinformatyków i biologów molekularnych. Drugą korzyścią będzie wymiana doświadczeń realizowana przez program wspólnych prac, wymiany, wizyty. Przyczyni się ona do zwiększenia poziomu naukowego I doświadczenia obu grup współpracujących w projekcie. Wreszcie wartością dodaną związaną z zaplanowanym projektem będzie zacieśnienie prowadzonej już współpracy w aspekcie możliwości dalszego wspólnego występowania o finansowanie prowadzonych badań, w ramach projektów europejskich.