Ugrás a tartalomhoz

Genetika és genomika

Falus András, László Valéria, Tóth Sára, Oberfrank Ferenc, Pap Erna, Dr. Szalai Csaba (2014)

Typotex Kiadó

Kölcsönhatások ábrázolása

Kölcsönhatások ábrázolása

A rendszerbiológiában az egymással kölcsönhatásban álló faktorokat hálózatos formá-ban ábrázoljuk, amit gráfnak is szoktak hívni. Ezt interakciós hálózatnak, vagy angolul „interactome network”-nek is szokták nevezni [14.1], [14.2]. A kölcsönhatásban álló faktort csomópontnak, angolul „node”-nak hívjuk, a kölcsönhatást a faktorok között a csomópontokat összekötő vonalakkal ábrázoljuk, amit éleknek, angolul „edge”-eknek nevezünk. Ha sejteken belüli molekuláris interakciókat ábrázolunk, akkor a csomópontok lehetnek pl. metabolitok, illetve olyan makromolekulák, mint a fehérjék, RNS-ek, DNS-szekvenciák, míg az élek fizikai, biokémiai vagy funkcionális interakciókat jelenthetnek. A különböző technikákkal (pl. génexpresszió-mérés vagy a fehérjék kölcsön-hatásait vizsgáló két-hibrid (two-hybrid) rendszer) megállapított interakciókat ábrázolva, különböző módszerekkel azt vizsgálják, hogy az így kapott hálózat mennyiben és miben tér el egy véletlenszerű hálózattól, és ezt hogyan lehet vonatkoztatni a biológiai folyamatokra.

Ezeknek a hálózatoknak az egyik érdekes és fontos tulajdonságát a magyar szárma-zású Barabási Albert László és csoportja fedezte fel, és publikálta eredményeit a Nature és a Science újságokban 1999–2000-ben [14.3], [14.4], [14.5].

Hosszú évtizedeken keresztül a tudósok azon a véleményen voltak, hogy az összes természetben és mesterséges úton létrejövő hálózat véletlenszerű. Bármelyik hálózatról volt szó, alkosson akár olyan összetett rendszert, mint a társadalom vagy a sejtek kémiai anyagai, esetleg a honlapokat összekötő URL-ek, mindegyikről azt feltételezték, hogy véletlenszerűen rendeződnek el. A véletlenszerű hálózat gondolatát, amelyben a csomópontokat véletlenszerűen kötjük egymáshoz, két magyar matematikus, Erdős Pál és Rényi Alfréd vetette fel a hatvanas években. Ebben a hálózatban az egyes csomópontokhoz kapcsolódó élek számának eloszlása normális (haranggörbe alakú) eloszlást mutat. Barabásiék rámutattak arra, hogy ha az Erdős–Rényi-féle elvet alkalmaznánk az internetre, akkor a legtöbb embernek nagyjából ugyanannyi barátja lenne, nagyon kevésnek lenne csak sokkal több vagy sokkal kevesebb. A világhálón azonban ez nem így van: a legtöbb oldalra csak nagyon kevés más oldal mutat, ezek tehát majdnem láthatatlanok a világhálón, néhány oldalra pedig majdnem mindenki rámutat. A kapcsolatok eloszlása, szemben a random Poisson-eloszlással, hatványeloszlást mutat. Ezt a fajta hálózatot elnevezték skálafüggetlen hálózatnak [14.3]. Pontosan ilyen hálózatot alkot az élő szervezetben kimutatható kölcsönhatások többsége is. A legtöbb csomópontnak csak kevés kapcsolata van, azonban vannak csomópontok, amelyeknek nagyon sok. Ez utóbbiakat „hub”-oknak nevezzük, és ezek tartják össze az egész hálózatot.