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Les informations sur les génomes et les épigénomes aideront à prévenir, diagnostiquer et traiter le cancer – ScienceDaily

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En 2020, on estime que 10 millions de personnes ont perdu la vie à cause du cancer. Cette maladie dévastatrice est alimentée par des changements dans notre ADN – le manuel d’instructions pour toutes nos cellules.

Cela fait 20 ans que les scientifiques ont révélé pour la première fois la séquence du génome humain. Cette percée majeure a été suivie d’avancées technologiques majeures qui nous permettent aujourd’hui de lire les couches d’informations sur notre ADN de manière extrêmement détaillée – des premiers changements à l’ADN qui se produisent lorsqu’une cellule devient cancéreuse jusqu’aux microenvironnements complexes des tumeurs avancées.

Maintenant, pour accélérer les découvertes pour les patients atteints de cancer, nous avons besoin de nouvelles façons de combiner les différents types de données complexes que nous produisons pour fournir de nouvelles connaissances biologiques sur le développement du cancer.

pour le nombre d’aujourd’hui ScienceMes collègues, le professeur Toshikazu Ushijima, chef du département de génétique, Institut national de recherche sur le cancer (Japon), le professeur Patrick Tan, directeur exécutif du Genome Institute Singapore, et moi-même avons été invités à examiner les informations sur le cancer que nous pouvons actuellement tirer de l’analyse de l’ADN. en toute complexité et identifier les défis futurs auxquels nous devons faire face pour apporter des changements à la prochaine étape pour les patients.

La complexité de notre ADN

Beaucoup imaginent que notre ADN – notre génome – n’est qu’une chaîne de lettres. En fait, de nombreuses couches d’informations – connues sous le nom d’épigénome – modifient complètement leur activité.

Notre génome peut être comparé aux différents environnements géographiques de notre planète. Comme les montagnes, les îles et les océans constitués des mêmes éléments de base, nos séquences génétiques d’As, Ts, Gs et Cs, forment la base de caractéristiques structurelles complexes au sein de nos cellules.

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Ces environnements géographiques sont créés par l’épigénome – des couches d’informations supplémentaires, qui comprennent des étiquettes chimiques qui s’attachent à notre ADN (appelée méthylation de l’ADN) et des modifications chimiques aux protéines (histones) qui les entourent, qui ensemble coordonnent la façon dont l’ADN est organisé en trois dimensions au sein de nos cellules.

Le génome et l’épigénome évoluent tout au long du cycle de vie du cancer, et nous devons comprendre ces changements complexes pour améliorer l’évaluation du risque de cancer et accélérer les découvertes thérapeutiques pour les patients.

De la formation du cancer à la métastase

On pensait auparavant que les modifications génétiques étaient suffisantes pour provoquer le cancer, mais il devient clair que les modifications du génome et de l’épigénome jouent ensemble un rôle important dans le développement du cancer. Il existe certaines preuves, par exemple, que les changements dans la méthylation de l’ADN qui se produisent avec l’âge peuvent prédisposer les cellules aux changements génétiques qui causent le cancer.

Considérez le tabagisme, où les scientifiques ont observé des modifications de la méthylation de l’ADN dans les cellules qui tapissent les poumons bien avant que les modifications génétiques et le cancer du poumon ne soient découverts. Pour acquérir de nouvelles connaissances sur les moteurs de la cancérogenèse, nous devons déterminer l’ordre exact des changements génomiques et épigénomiques.

Nous prenons également conscience que si le cancer peut accumuler des modifications génétiques, l’épigénome est également « reprogrammé » à mesure que le cancer se métastase de la tumeur initiale à la tumeur métastatique et peut éventuellement développer une résistance au traitement. Comprendre ces changements peut conduire à de nouvelles cibles de traitement qui peuvent traiter plus précisément les cancers avancés.

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Une nouvelle vision grâce aux technologies avancées

Les cellules cancéreuses s’installent dans un écosystème tumoral avec différents types de cellules, y compris des cellules immunitaires et des macrophages, appelées cellules stromales. Aujourd’hui, des techniques monocellulaires et d’imagerie avancées nous aident à cartographier ces cellules, ainsi que les changements génomiques et épigénétiques, dans le contexte 3D d’une tumeur, avec une précision sans précédent. Chez Garvan, nos chercheurs effectuent ces études dans nos installations de microscopie intra-orbitaire et au Centre Garvan-Weizmann de génomique cellulaire.

Un certain nombre de consortiums de recherche internationaux, dont le Human Tumor Atlas Network et le Cancer Research UK Grand Challenge Project, ont été créés pour étudier les cancers au niveau unicellulaire et spatial. Cependant, ces consortiums devront faire face à d’énormes défis en matière d’intégration des données. Dans l’environnement de recherche mondial d’aujourd’hui, nous avons besoin de méthodes normalisées à l’échelle mondiale pour intégrer les données de différentes technologies et laboratoires d’analyse.

En révélant non seulement les associations, mais la pleine intégration de l’ADN et des changements cellulaires qui se produisent pendant la formation et la progression du cancer, nous comprendrons mieux comment le cancer peut être diagnostiqué, traité et prévenu.

Big data – opportunités et défis

Les 20 dernières années ont vu le développement de la technologie pour montrer que le génome et l’épigénome sont beaucoup plus complexes que prévu. Nous sommes à un stade où de nouvelles connaissances sur le cancer proviendront de la résolution de problèmes mathématiques générés par des ensembles de données imaginaires et de séquençage complexes et diversifiés.

Nos technologies de pointe nous permettent de générer une mine de données. Mais le défi est maintenant l’intégration des données – les humains ne peuvent tout simplement pas absorber toutes les informations que nous produisons. Ce défi sera relevé par l’intelligence artificielle, car nous devrons intégrer l’expertise informatique, examiner et modéliser les données de manière innovante.

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Un autre défi important à l’avenir sera de traduire les résultats de base en applications cliniques concrètes. Une compréhension approfondie des multiples étapes qui conduisent à la cancérogenèse intracellulaire peut nous permettre d’améliorer notre dépistage des risques de cancer et la détection précoce du cancer. À l’avenir, des études sur les signatures génétiques et épigénétiques pourraient nous aider à éliminer complètement les agents et processus cancérigènes de notre environnement.

Pour les cancers avancés, les analyses d’ADN intégrées peuvent aider à identifier les mécanismes négligés que les cellules cancéreuses utilisent pour se propager, qui peuvent être des cibles prometteuses pour le développement de traitements.

En tant que généticiens et épigénéticiens, le défi d’intégrer nos données pour étudier le cancer n’est pas différent du défi de modéliser le changement climatique. La modélisation du climat nécessite de compiler une énorme quantité de données provenant de diverses sources et de les contextualiser pour faire des prédictions sur l’avenir de la planète.

C’est la même chose pour la génomique et la génomique – nous devons comprendre comment les nombreuses couches différentes d’informations ADN fonctionnent ensemble pour provoquer les effets néfastes du «changement climatique» dans nos cellules lorsqu’elles deviennent cancéreuses.

La professeure Susan Clark FAA FAHMS est responsable du sujet de recherche en génomique et épigénétique et chef du laboratoire de recherche en épigénétique à l’Institut Garvan de recherche médicale. Elle est professeure agrégée à la St Vincent’s Clinical School, School of Medicine and Health, University of New South Wales Sydney, membre de l’Académie australienne des sciences et membre de l’Académie australienne de la santé et des sciences médicales.

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Des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau terrestre perdait de la vitesse.

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Des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau terrestre perdait de la vitesse.

Le noyau interne a commencé à ralentir vers 2010, se déplaçant plus lentement que la surface de la Terre. Crédit : Université de Californie du Sud

Une nouvelle étude fournit des preuves claires que le noyau interne de la Terre a commencé à ralentir vers 2010.

Université de Californie du Sud Les scientifiques ont découvert que le noyau interne de la Terre ralentit par rapport à la surface de la planète, un phénomène qui a commencé vers 2010 après des décennies de tendance inverse. Ce changement majeur a été révélé par l’analyse de données sismiques détaillées provenant de tremblements de terre et d’essais nucléaires. La décélération est affectée par la dynamique du noyau externe liquide environnant et par l’attraction gravitationnelle du manteau terrestre, ce qui peut légèrement affecter la rotation de la Terre.

Dynamique du noyau interne

Des scientifiques de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau interne de la Terre reculait – ralentissait – par rapport à la surface de la planète, comme le montre une nouvelle étude publiée le 12 juin dans la revue nature.

La communauté scientifique débat depuis longtemps du mouvement du noyau interne, certaines études suggérant qu’il tourne plus vite que la surface de la Terre. Cependant, des recherches récentes de l’Université de Californie du Sud montrent de manière concluante qu’à partir de 2010 environ, le noyau interne a ralenti et se déplace désormais à un rythme plus lent que la surface de la planète.

« Quand j’ai vu pour la première fois les sismogrammes qui faisaient allusion à ce changement, j’ai été mystifié », a déclaré John Vidal, professeur de géosciences au doyen de l’USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. « Mais lorsque nous avons trouvé vingt autres observations pointant vers le même schéma, la conclusion était inévitable. Le noyau interne avait ralenti pour la première fois depuis plusieurs décennies. D’autres scientifiques ont récemment plaidé en faveur de modèles similaires et différents, mais notre dernière étude fournit la solution la plus convaincante. »

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Déclin et ralentissement relatifs

Le noyau interne est dans un état d’inversion et de rétraction par rapport à la surface de la planète car il se déplace légèrement plus lentement au lieu de plus vite que le manteau terrestre pour la première fois depuis environ 40 ans. Par rapport à sa vitesse des décennies précédentes, le noyau interne ralentit.

Le noyau interne est une boule solide de fer et de nickel entourée d’un noyau externe de fer et de nickel liquides. D’environ la taille de la Lune, le noyau interne se trouve à plus de 3 000 milles sous nos pieds et présente un défi pour les chercheurs : il ne peut être ni visité ni vu. Les scientifiques doivent utiliser les ondes sismiques des tremblements de terre pour créer des visualisations du mouvement du noyau interne.

Une nouvelle approche de l’approche itérative

Vidal et Wei Wang, de l’Académie chinoise des sciences, ont utilisé des formes d’onde et des tremblements de terre répétés, contrairement à d’autres recherches. Les tremblements de terre répétés sont des événements sismiques qui se produisent au même endroit pour produire des sismogrammes identiques.

Dans cette étude, les chercheurs ont compilé et analysé les données sismiques enregistrées autour des îles Sandwich du Sud à partir de 121 tremblements de terre répétés survenus entre 1991 et 2023. Ils ont également utilisé les données de deux essais nucléaires soviétiques entre 1971 et 1974, ainsi que des essais répétés français et américains. Expériences nucléaires issues d’autres études du noyau interne.

Vidal a déclaré que le ralentissement de la vitesse du noyau interne était causé par le balancement du noyau externe de fer liquide qui l’entoure, qui génère le champ magnétique terrestre, en plus des forces gravitationnelles des zones denses du manteau rocheux sus-jacent.

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Impact sur la surface de la Terre

Les effets de ce changement dans le mouvement du noyau interne de la surface terrestre ne peuvent que faire l’objet de spéculations. Vidal a déclaré que le retrait du noyau interne pourrait modifier la durée d’une journée de quelques fractions de seconde : « Il est très difficile de remarquer que, de l’ordre d’un millième de seconde, il se perd presque dans le bruit des océans. et l’ambiance. »

Les futures recherches menées par les scientifiques de l’USC espèrent tracer plus en détail le chemin du noyau interne afin de révéler exactement pourquoi il change.

« La danse intérieure du cœur est peut-être plus vibrante que ce que nous connaissons jusqu’à présent », a déclaré Vidal.

Référence : « Inner Core Retraction by Seismic Waveform Reflections » par Wei Wang, Jun E. Fidel, Guanying Pang, Keith D. Cooper et Ruyan Wang, 12 juin 2024, nature.
est ce que je: 10.1038/s41586-024-07536-4

Outre Vidal, les autres auteurs de l’étude comprennent Ruian Wang de l’Université de Californie du Sud Dornsife, Wei Wang de l’Académie chinoise des sciences, Guanying Pang de l’Université Cornell et Keith Cooper de l’Université de l’Utah.

Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation (EAR-2041892) et l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences (IGGCAS-201904 et IGGCAS-202204).

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Obtenez jusqu’à 90 % de précision dans le bruit

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Obtenez jusqu’à 90 % de précision dans le bruit

Une téléportation quantique de haute précision a été réalisée par une équipe de recherche utilisant une nouvelle technologie d’intrication hybride qui résiste au bruit ambiant, avec un taux de réussite proche de 90 %. Crédit : SciTechDaily.com

Les scientifiques ont fait progresser la téléportation quantique en atténuant les interférences sonores grâce à une nouvelle méthode impliquant l’intrication hybride, atteignant une précision de près de 90 % dans la téléportation des états quantiques, ce qui pourrait considérablement améliorer la communication quantique sécurisée.

Une équipe de recherche dirigée par l’académicien Guangkan Guo de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) relevant de l’Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec l’équipe de recherche de l’Université de Turku, en Finlande, a réussi à surmonter le bruit ambiant pour atteindre ce. Téléportation quantique de haute précision utilisant l’intrication hybride en plusieurs parties. Leurs découvertes ont été récemment publiées dans la revue Avancement de la science.

Surmonter les défis de la téléportation quantique

La téléportation quantique est un protocole crucial dans les communications quantiques, permettant la téléportation d’états quantiques inconnus grâce à l’utilisation de l’intrication quantique. Cependant, en raison de la nature fragile de l’intrication quantique, la téléportation quantique est très sensible au bruit. Réaliser une téléportation quantique de haute précision dans des environnements bruyants constitue un défi urgent.

Étapes de la téléportation quantique bruyante

Étapes de téléportation quantique bruyante. Crédit : Chow-de Liu et al.

Avancées dans la gestion du bruit quantique

Auparavant, pour résoudre le problème de la décohérence des systèmes quantiques ouverts dans un environnement bruyant, l’équipe de recherche a mis au point une méthode complète de régularisation. Photon Polarisation et fréquence, tirant parti de la conception avancée du chemin optique et des dispositifs de modulation spatiale de la lumière programmables. Cette approche leur a permis de créer un simulateur quantique de décohérence de phase entièrement contrôlable et de réaliser une téléportation quantique au-delà du bruit, en utilisant des effets de mémoire non locaux.

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Nouvelles technologies en téléportation quantique

Cependant, les effets de mémoire non locale nécessitent des ressources quantiques strictes telles que l’intrication environnementale, ce qui ne peut être réalisé en général. Sur la base de ces résultats, le présent travail présente une technique de transmission quantique plus polyvalente qui atténue efficacement le bruit ambiant.

En utilisant un simulateur quantique de décohérence de phase entièrement contrôlable, les chercheurs ont introduit des modifications de phase spécifiques dans l’environnement pour établir un état initial intriqué de photons à double polarisation et fréquence. Ces photons ont ensuite été distribués à deux stations utilisateur distinctes, chacune subissant une évolution de décohérence.

Conclusion et implications

En fin de compte, grâce à la communication classique, les chercheurs ont effectué des opérations unitaires appropriées sur les qubits récupérés pour récupérer l’état quantique transmis, atteignant une précision calculée de près de 90 %. Les états de polarisation ne violent jamais l’inégalité de Bell, ce qui suggère une téléportation quantique basée sur une non-localité quantique cachée.

Cette méthode offre une nouvelle façon de surmonter le bruit ambiant, différente des techniques traditionnelles telles que la séparation dynamique et les sous-espaces sans cohérence, et fait progresser la compréhension de la non-localité quantique.

Référence : « Surmonter le bruit dans la téléportation quantique à l’aide de l’enchevêtrement hybride multipart » par Zhao De Liu, Olli Siltanen, Tom Kossila, Rui Heng Miao, Chen Shi Ning, Chuanfeng Li, Guang Kan Ju et Jyrki Bello, 1er mai 2024, Avancement de la science.
est ce que je: 10.1126/sciadv.adj3435

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Une nouvelle étude au sol suggère que la gravité peut exister sans masse : ScienceAlert

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Une nouvelle étude au sol suggère que la gravité peut exister sans masse : ScienceAlert

Qu’est-ce que la gravité sans la masse ? les deux Newton révolutionnaire Les lois décrivant son effet global et la proposition d’Einstein d’espace-temps alvéolé, nous pensions que la gravité se situe exclusivement dans le domaine de la matière.

Aujourd’hui, une nouvelle étude folle suggère que la gravité peut exister sans masse, éliminant ainsi le besoin de l’une des substances les plus insaisissables de notre univers : la matière noire.

La matière noire est une masse hypothétique et invisible qui représenterait 85 % de la masse totale de l’univers. Créé à l’origine pour Calculer les galaxies Bien qu’ils restent ensemble sous une rotation à grande vitesse, ils n’ont pas encore été observés directement, ce qui a conduit les physiciens à suggérer toutes sortes de phénomènes. Des idées là-bas Pour éviter de qualifier ce matériau insaisissable de moyen de combler les lacunes des théories existantes.

La dernière démonstration dans ce contexte vient de l’astrophysicien Richard Liu de l’Université d’Alabama à Huntsville, qui a proposé qu’au lieu que la matière noire maintienne les galaxies et autres objets ensemble, l’univers… Peut contenir de fines couches de « défauts topologiques » ressemblant à une croûte Ce qui conduit à la gravité sans aucune masse fondamentale.

Leo a commencé à essayer de trouver une autre solution au problème Les équations du champ d’EinsteinCe qui relie la courbure de l’espace-temps à la présence de matière en son sein.

Comme Einstein l’a décrit dans sa théorie en 1915 Relativité généraleL’espace-temps entoure des faisceaux de matière et des flux de rayonnement dans l’univers, en fonction de leur énergie et de leur élan. Cette énergie est bien entendu liée à la masse dans la célèbre équation d’Einstein : E=mc2.

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Ainsi, la masse d’un objet est liée à son énergie, ce qui conduit à la courbure de l’espace-temps – et cette courbure de l’espace-temps est Ce qu’Einstein a décrit comme la gravitéC’est un degré plus complexe que l’approximation de la gravité de Newton au XVIIe siècle. Force entre deux objets de masse. En d’autres termes, la gravité semble être étroitement liée à la masse.

Ce n’est pas le cas, dit Liu.

Dans son travail, Liu a entrepris de résoudre une version simplifiée des équations de champ d’Einstein qui permettent une force gravitationnelle finie en l’absence de toute masse détectable. il Il dit Ses efforts étaient « motivés par ma frustration face au statu quo, c’est-à-dire l’idée que la matière noire existe malgré l’absence de toute preuve directe depuis un siècle entier ».

La solution de Liu consiste en des défauts topologiques en forme de coquille qui peuvent se produire dans des régions très comprimées de l’espace avec une très haute densité de matière.

Ces groupes de coquilles concentriques contiennent une fine couche de masse positive nichée à l’intérieur d’une couche externe de masse négative. Les deux masses s’annulent, la masse totale des deux couches est donc exactement nulle. Mais lorsqu’une étoile tombe sur cette croûte, elle est exposée à une grande force gravitationnelle qui la tire vers le centre de la croûte.

« Ce que mon article prétend, c’est que les obus qu’il suppose sont au moins sans masse », a déclaré Liu. Il dit. Si ces suggestions controversées ont un quelconque poids, « alors il n’est pas nécessaire de perpétuer cette recherche apparemment sans fin de la matière noire ». Ajouter.

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La question suivante est alors de savoir comment confirmer ou infirmer les coquilles proposées par Liu à travers des observations.

« La fréquence croissante des observations d’anneaux et de formations semblables à des galaxies dans l’univers fournit une preuve du type de source proposé ici. » Il écrit dans son journal. Bien qu’il admette que la solution qu’il propose est « très suggestive » et ne peut à elle seule réfuter l’hypothèse de la matière noire.

« Cela peut être au mieux un exercice intéressant », Leo Il finit. « Mais c’est le premier [mathematical] Preuve que la gravité peut exister sans masse.

L’étude a été publiée dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

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