Entendre els gens requereix comprendre dades. El laboratori de Ben King al Departament de Ciències Moleculars i Biomèdiques, que se centra en la bioinformàtica, té com a objectiu esbrinar com interpretar millor aquestes dades per resoldre una varietat de problemes, des del tractament de la grip fins a esbrinar com s’adapten els pardals a entorns durs.

La investigació realitzada al laboratori de King creua disciplines per ajudar els científics a entendre més sobre com funcionen els gens per controlar com funcionen les cèl·lules tant en salut com en malaltia. El laboratori de King també forma estudiants d’investigació de la UMaine en tècniques d’investigació genètica d’avantguarda que els impulsaran cap al seu futur.

King va créixer a Orono, on el seu pare era membre de la facultat de la Universitat de Maine a la Facultat d’Educació i Desenvolupament Humà. Va completar els seus estudis de grau i màster a la Universitat de Boston, on va estudiar enginyeria biomèdica. Es va matricular com a enginyer mecànic, però tan bon punt va començar la investigació d’estudiants centrada en l’estructura de proteïnes i el disseny de fàrmacs assistit per ordinador a través del departament d’enginyeria biomèdica, va quedar enganxat.

“Al final del primer dia al laboratori d’investigació biomèdica, sabia que volia canviar la meva carrera a enginyeria biomèdica”, diu King. “Poder utilitzar diferents models biofísics en un ordinador per esbrinar com els fàrmacs poden interactuar amb una proteïna per inhibir-la és una cosa que em va semblar fascinant”.

King va completar els seus estudis durant el que descriu com “l’alba de l’era de la genòmica” a finals de la dècada de 1990. El treball que va fer analitzant l’afluència massiva de dades genètiques que provenien de la seqüenciació de genomes es convertiria en el que avui es coneix com a “bioinformàtica”.

“És habitual fer estudis grans en què seqüencies molts i molts genomes: centenars, milers, fins i tot desenes de milers”, diu King. “Estem en aquesta era de conjunts de dades molt grans, i és bo que puguem generar les dades, però presenta molts reptes pel que fa a com interpreteu les dades i com les analitzeu”.

Després d’obtenir el seu màster, King va treballar per a dues empreses de biotecnologia diferents analitzant gens i genomes a Cambridge, Massachusetts, primer, Genetics Institute, i més tard, AstraZeneca, abans de dirigir-se al Laboratori Jackson de Bar Harbor, on va treballar durant una dècada. i va dirigir un equip de bioinformàtica. Després es va traslladar al Laboratori Biològic de Mount Desert Island, on va dirigir el seu equip de bioinformàtica. Aquest equip dóna suport als investigadors biomèdics de tot Maine com a part de la Maine INBRE Network, un grup que King encara codirigeix. Mentre estava al Laboratori Biològic de Mount Desert Island, va completar el seu doctorat a l’Escola de Postgrau de Ciència i Enginyeria Biomèdica de la Universitat de Maine, on va investigat gens associats a la regeneració de les extremitats en organismes com el peix zebra, el bichir i els axolotls. King va completar el seu doctorat i es va incorporar a la facultat d’UMaine el gener de 2017, guanyant el càrrec el 2022.

El laboratori de King ara té una sèrie de projectes que utilitzen la bioinformàtica, bàsicament, utilitzant la informàtica d’alt rendiment per analitzar i traduir les masses de dades genòmiques, per estudiar i, amb sort, resoldre diferents problemes biològics.

Un projecte analitza com el sistema immunitari innat respon a l’eliminació del virus de la grip A mitjançant l’estudi dels patrons pels quals s’expressen els gens del peix zebra al llarg de la infecció. El seu laboratori utilitza aquests patrons per escollir els gens que després testegen experimentalment al peix zebra a les instal·lacions de peix zebra de la Universitat de Maine.

Llegiu més sobre les instal·lacions de peix zebra d’UMaine

“Diferents conjunts de gens que funcionen junts com a grups per regular diferents cèl·lules immunitàries i les seves respostes”, diu King. “Crec que el treball que estem fent estudiant el virus de la grip és realment avantguardista. Una cosa que espero que puguem entendre millor és com funciona una classe de gens anomenats ARN no codificants. Són aquests gens reguladors realment importants. Hi ha més gens no codificants que gens codificants de proteïnes, de manera que probablement hi són per una raó i tenen alguna funció important, però no sabem què són”.

Un altre projecte al laboratori de King, realitzat en col·laboració amb el Northern Light Eastern Maine Medical Center, busca entendre els factors de risc genètic de desenvolupar una malaltia renal crònica, que aproximadament un terç de la població dels Estats Units està en risc de desenvolupar-se i s’ha trobat que és un factor de risc important per a altres malalties com la diabetis i la hipertensió.

Una foto de Brandy Soos
Llegeix un perfil sobre Brandy Soos

“Estem reclutant pacients que entren al centre d’investigació clínica i si decideixen unir-se a l’estudi, recollim dades clíniques, així com informació sobre la història clínica familiar, i després una mostra de sang per extreure ADN i caracteritzar el genoma complet d’aquests individus. “, explica King. “Utilitzem aquestes dades per intentar trobar al·lels de gens que poden augmentar el risc de malaltia renal crònica”.

El treball del laboratori també va més enllà de la medicina. El laboratori de King col·labora amb investigadors de l’Escola de Biologia i Ecologia, l’Escola de Ciències del Mar i la Universitat de New Hampshire per esbrinar com certs fenotips, la manera en què s’expressen els gens, permeten que determinats pardals prosperin en entorns de mares durs. .

Hi ha molts fils que connecten els projectes de King i poden avançar en la salut humana.

“Algunes de les anàlisis són bastant similars, independentment de si s’està estudiant un genoma humà o animal. Una de les nostres àrees d’interès en l’estudi amb els pardals és la funció renal perquè els pardals han de sobreviure en un entorn molt dur on estan exposats a molta aigua salada”, diu King. “Si podem entendre com s’han adaptat a un entorn dur, podem esbrinar com poden funcionar aquests mateixos mecanismes en humans”.

A més del treball de laboratori, a King li apassiona difondre la paraula de la bioinformàtica a altres científics. Des del 2005, imparteix un curs d’introducció a la bioinformàtica de dos dies un parell de vegades a l’any al Cold Spring Harbor Laboratory. King també ha desenvolupat materials de formació perquè els científics utilitzin recursos de computació en núvol per a la bioinformàtica i s’ha associat amb Institut Roux del nord-est de Portland per establir un programa de postgrau accelerat 4+1 en bioinformàtica.

Una foto de Samuel Weafer
Llegiu un perfil sobre Samuel Weafer

“Crec que és essencial que tots els biòlegs tinguin una mica d’experiència fent treballs computacionals”, diu King. “Realment no es poden fer coses al laboratori sense ell. Ara tota la biologia requereix analitzar aquests grans conjunts de dades. Fins i tot aprendre a utilitzar les tecnologies de computació en núvol s’està tornant força necessari i són habilitats que, sens dubte, tenen una gran demanda”.

King fa l’esforç per assegurar-se que els seus, com l’estudiant de postgrau Brandy Soos i l’estudiant de pregrau Samuel Weafer, estiguin exposats tant a la part experimental com computacional de la investigació biomèdica. Independentment del que estiguin estudiant, King diu que també li agrada relacionar els estudiants amb els projectes que els interessin per donar-los habilitats funcionals que puguin portar amb ells sense importar on vagin. Ha fet que els estudiants continuïn treballant de doctorat en microbiologia i biologia computacional a UMaine i a diverses altres institucions, com ara Dartmouth i la Universitat de Rochester. Altres han passat a estudiar medicina amb prestigiosos programes de post-batxillerat.

Un estudiant amb talent, Grace Smith, va ser el salutatorian l’any 2020 i acaba de completar un post-batxillerat de gran prestigi a l’Institut Nacional del Càncer. Aquesta tardor començarà el programa de doctorat a la Harvard Medical School.

“M’agrada molt treballar amb els estudiants de la Universitat de Maine. És realment gratificant veure què poden aconseguir els nostres estudiants quan se’ls ofereixen experiències de recerca significatives”, diu King.

Contacte: Sam Schipani, samantha.schipani@maine.edu