Dankzij single cell technologie kunnen wetenschappers steeds fijnmaziger processen van het leven analyseren. En dankzij deep learning en artificiële intelligentie wordt al die big data ook overzichtelijk. 

Een Leuvens team onder leiding van Stein Aerts (VIB-KU Leuven) ontrafelde nu hoe het DNA van iedere hersencel van de fruitvlieg ingezet word en ook hoe dit evolueert van bij de geboorte tot de vliegjes volwassen zijn. De resultaten zijn een voorbode van een nieuw tijdperk van AI-gestuurde cellulaire geneeskunde, aldus de onderzoekers.

Alle cellen in het menselijk lichaam hebben hetzelfde DNA. Toch zien de cellen er niet hetzelfde uit en vervullen ze heel verschillende rollen. “Zeker in een complex orgaan als de hersenen is er een immense diversiteit aan celtypes die samen mogelijk maken dat we in staat zijn na te denken, beslissingen te maken, te bewegen enzovoort”, zegt prof. Stein Aerts van het VIB-KU Leuven Centrum voor Hersenonderzoek. “Dat geldt voor mensen, maar ook voor piepkleine diertjes zoals de fruitvlieg.”

Aerts en zijn team bestuderen de dynamisch mechanismen die ervoor zorgen dat erfelijk materiaal ingezet kan worden om de processen in onze cellen aan te sturen. “De hersenen van de fruitvlieg bevatten ‘maar’ een 220.000-tal cellen. Vandaag is het haalbaar om op die schaal de volledige diversiteit van alle celtypen te gaan onderzoeken. Bij mensen, met zo’n 170 miljard hersencellen, is dat al heel wat moeilijker.”

Het team is er nu in geslaagd al dit soort regio’s in kaart te brengen voor zo’n 250.000 cellen, op verschillende momenten tijdens de ontwikkeling van de fruitvlieg. Jasper Janssens, Sara Aibar en Ibrahim Ihsan Taskiran, drie jonge onderzoekers in Aerts' team, speelden daarbij een belangrijke rol. 

"We gebruikten deep learning om genregulatie netwerken op te sporen”, zegt Jasper Janssens, een van de onderzoekers van het team. “In deze netwerken hebben we eiwitten in verband gebracht met de DNA-regio’s waaraan ze binden en voorspellen we welke effect dit heeft op het DNA en op de cel. Op die manier konden we bekijken hoe celtypes in de hersenen veranderen van bij de geboorte tot een volwassen stadium.”

"Onze atlas laat zien dat alle celtypes in de hersenen van de fruitvlieg een uniek DNA-plooiprofiel hebben, met verschillende combinaties van vaak wel tienduizenden toegankelijke regio's”, aldus collega Sara Aibar. 

“Dit gedetailleerde inzicht in genetische regulatie bij de fruitvlieg opent niet alleen nieuwe deuren voor fundamenteel onderzoek, maar ook voor klinische toepassingen.”