Kann ein computer verwendet werden, um zu erklären, warum ein Umwelt-toxin könnte führen zu neurodegenerativen Erkrankungen? Nach der Penn State College of Medicine Forscher, die ein computer generiert, die simulation erlaubt Ihnen, zu sehen, wie ein toxin produziert von Algenblüten in Salzwasser führen könnte, die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS).
Die Forscher untersuchten eine Umwelt-toxin genannt β-Methylamino-L-Alanin (BMAA), die im Zusammenhang mit der deutlich erhöhten auftreten der sporadischen ALS in Populationen mit Häufig diätetischen Verzehr von Lebensmitteln Quellen mit einem hohen Gehalt an BMAA-einschließlich der Chamorro-Bevölkerung von Guam, wo die ALS-Inzidenz ist etwa 100 mal größer als die anderen Populationen.
Das toxin wird produziert von Cyanobakterien, eine blau-grüne Algen, und kann auftreten, in den marinen ökosystemen. Nach Angaben der Forscher, BMAA sammelt sich in Haie, Muscheln und Versorger — also die Bevölkerung verlässt sich hauptsächlich auf diese Quellen der Nahrung gefährdet sein können.
Elizabeth Proctor, assistant professor für Neurochirurgie, und Nikolaj Dokholyan, professor der Pharmakologie, der einen computer benutzt, um zu untersuchen, warum der Exposition gegenüber dem toxin kann dazu führen, das die Entwicklung von Krankheiten wie ALS.
Nach Angaben der Forscher, wenn BMAA wird Teil von einem protein namens Kupfer-Zink-Superoxid-dismutase (SOD1), das protein erlassen kann, die eine form, die toxisch auf Neuronen.
Proctor, wer hält einen Doktortitel in bioinformatics and computational biology“, sagte der Studie kann ein Modell für die Untersuchung von nicht-genetischen Fällen ALS, das Konto für 90% aller Diagnosen.
„Unsere Ergebnisse deuten auf eine Notwendigkeit für eine weitere Untersuchung der SOD1 änderung von mustern in der ALS-Patienten,“ sagte Proctor. „Wenn wir feststellen können, molekulare Muster der Krankheit auftreten und Fortschreiten, es kann ein Hilfsmittel in der Entwicklung von lebensstil und präventive Interventionen für den sporadischen ALS.“
Was entzog sich die Forscher eine Erklärung, warum BMAA führten zu der Entwicklung von ALS und andere neurodegenerative Erkrankungen.
In Ihrer Studie, veröffentlicht in PLOS Computational Biology, Proctor und Dokholyan vorgeschlagen, dass BMAA bewirkt, dass das protein SOD1 zu Falten, in einer form, die toxisch auf Neuronen.
Proteine sind 20 Aminosäuren, die nach bestimmten „Rezepten“ kodiert in der DNA. Geringfügige änderungen an den „Zutaten“ führen können Proteine, die nicht in der Lage zu funktionieren wie Sie sollen. Proctor sagte, wenn genug BMAA ist in einem motor neuron Aufbau SOD1, kann es verwechselt werden mit der Aminosäure L-Serin, welches ähnliche Eigenschaften hat.
Nach Angaben der Forscher, die computer-Modellierung, um zu sehen, was das protein Aussehen würde BMAA statt Serin, diese substitution kritisch verändert die Struktur und Stabilität des proteins.
Mehr als 150 Mutationen des SOD1 wurden im Zusammenhang mit ALS -, aber die strukturellen Veränderungen, die aus diesen Mutationen sind nicht genug, um Auswirkungen auf die Stabilität des proteins nach Nikolaj Dokholyan, professor von Pharmakologie und co-Autor der Studie.
„SOD1 eine höhere Stabilität im Vergleich zu den meisten normalen Proteinen,“ sagte Dokholyan, wer hat einen Doktortitel in Physik. „Obwohl viele Mutationen in diesem protein zugeordnet sind, ALS, die daraus resultierenden Veränderungen in Ihrer Struktur nicht stark genug, um erhebliche Destabilisierung.“
Serin, die Aminosäure, die BMAA bewirbt sich mit, tritt zehn mal das „Rezept“ für SOD1. Die Forscher testeten Ihre Theorie durch ersetzen des BMAA für Serin in den zehn Fundstellen mit einem computer-Programm entwickelt, durch Dokholyan. Sie beobachteten, dass BMAA Einbau hatte negative Effekte auf die Struktur und Stabilität des proteins und verursacht es zu Falten, oder zu erlassen, seine Form, falsch.
Nach Angaben der Forscher, studieren Muster der SOD1-änderungen bei Patienten nützlich sein können für die Entwicklung von möglichen Interventionen für die sporadischen ALS. Ein Beispiel für eine mögliche intervention ist die L-Serin-Supplementierung für die Menschen ausgesetzt, um eine hohe Menge des BMAA.
Obwohl die Studie Vorschläge, die eine Verbindung zwischen zwei Stücke ALS Beweis, Dokholyan sagt vielen molekularen Faktoren, die dazu beitragen, die Darstellung der Symptome, die ärzte sehen.
„Eine Vielzahl von Genmutationen und externen Faktoren, wie BMAA Exposition, die im Zusammenhang mit ALS,“ Dokholyan sagte. „Wenn wir herausfinden können, ein Muster aus, es kann Hinweise geben, wie zu entsperren andere.“