Wissenschaftler des Weill Cornell Medicine in Katar (WCM-Q) haben auf Grundlage der Analyse von Tausenden von Molekülen in Blut-, Urin- und Speichelproben von 391 Freiwilligen eine detaillierte molekulare Karte des menschlichen Körpers und seiner komplexen physiologischen Prozesse erstellt. Die Daten wurden integriert, um ein leistungsstarkes, interaktives visuelles webbasiertes Tool namens Connecting Omics (COmics) zu erstellen, mit dem sich die komplexe molekulare Zusammensetzung des Menschen untersuchen und zugrunde liegende Merkmale entdecken lassen, die mit verschiedenen Krankheiten in Zusammenhang stehen.
Die molekularen Prozesse des menschlichen Körpers beziehen sich auf die chemischen Reaktionen und Interaktionen, die innerhalb von Zellen und zwischen verschiedenen Zellen stattfinden. Dazu gehören wichtige Funktionen wie die DNA-Replikation, Proteinsynthese, Energieproduktion, zelluläre Kommunikation und verschiedene Stoffwechselwege, die alle durch komplexe Protein-Protein-, Protein-DNA- und Protein-RNA-Interaktionen gesteuert werden und letztendlich die lebenswichtigen Funktionen des Körpers ermöglichen.
Die erschöpfende Studieveröffentlicht am 19. August in Naturkommunikationhat 12 Jahre Daten aus der Qatar Metabolomics Study of Diabetes (QMDiab) zusammengetragen, einer Fall-Kontroll-Studie zu Diabetes in der multiethnischen Bevölkerung Katars, überwiegend mit arabischer, philippinischer und indischer Herkunft.
„Unsere Idee war es, alles, was wir in mehr als einem Jahrzehnt Multiomics-Forschung gelernt haben, zusammenzuführen, um ein umfassendes molekulares Modell des menschlichen Körpers und seiner Prozesse zu erstellen“, sagte der leitende Autor Dr. Karsten Suhre, Professor für Physiologie und Biophysik und Mitglied des Englander Institute of Precision Medicine. „Dieses Referenzinstrument ist für Forscher, die untersuchen möchten, wie der menschliche Körper auf molekularer Ebene funktioniert, und auch für die Bildung von Hypothesen, die experimentell getestet werden können, kostenlos zugänglich und nutzbar.“
Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit der Hamad Medical Corporation sammelten die Forscher mehrere Aliquots von Blut-, Urin- und Speichelproben von Freiwilligen mit und ohne Diabetes. Die Proben wurden anschließend auf 18 verschiedenen Hochdurchsatz-Analyseplattformen charakterisiert, wodurch ein äußerst umfangreicher Datensatz mit 6.300 einzelnen molekularen Datenpunkten entstand, darunter genomische Daten (DNA), Transkriptom (RNA), Proteine und Metaboliten wie Aminosäuren, Zucker und Fette. Darüber hinaus ermittelten sie für jeden der Teilnehmer Informationen zu genetischen Varianten, DNA-Methylierungsstellen und Genexpression.
Auf diese Weise konnten die Forscher Zusammenhänge und Wege aufdecken, die genetische Merkmale mit bestimmten Proteinen, Stoffwechselprozessen und Krankheiten verknüpfen. Anschließend integrierten sie die Datenmasse aller Individuen in akribischer Kleinarbeit in ein webbasiertes Online-Tool, das als Schnittstelle zu „The Molecular Human“ dient, der molekularen Beschreibung des menschlichen Körpers.
Der Ansatz, Genomik, Transkriptomik, Metabolomik, Proteomik und andere Formen der sogenannten -omics-Forschung zu kombinieren, wird als Multiomics bezeichnet. Dieser Ansatz hat sich in den letzten Jahren als Schlüsselstrategie für biomedizinische Forscher herauskristallisiert, die verstehen wollen, wie der menschliche Körper und Krankheiten wirklich funktionieren, und liefert Erkenntnisse, die möglicherweise die Entwicklung neuer Arzneimitteltherapien ermöglichen könnten.
So wurden im Rahmen der Studie beispielsweise Proteine und Metabolite identifiziert und beschrieben, die charakteristisch für die Subtypen des Typ-2-Diabetes sind, und so Licht auf die unterschiedlichen Erscheinungsformen der Krankheit geworfen.
„Unser integrativer Omics-Ansatz bietet einen Überblick über die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen molekularen Merkmalen und deren Verbindung mit dem Phänotyp einer Person – ihren beobachtbaren Merkmalen wie ihrem körperlichen Erscheinungsbild, ihren biochemischen Prozessen und ihrem Verhalten“, sagte Erstautorin Dr. Anna Halama, Assistenzprofessorin für Physiologie- und Biophysikforschung.
„Der Umfang der im COmics-Webtool integrierten Daten ermöglicht Forschern den Zugriff auf Hunderttausende von Pfaden und Zusammenhängen, die sie erkunden können, und bietet somit ein riesiges Potenzial für Entdeckungen und Untersuchungen.“
Weitere Informationen:
Anna Halama et al., Ein Fahrplan für die molekulare Entwicklung des Menschen, der Multiomik mit Populationsmerkmalen und Diabetes-Subtypen verknüpft, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51134-x