La comprensione dei geni richiede la comprensione dei dati. Il laboratorio di Ben King presso il Dipartimento di scienze molecolari e biomediche, che si concentra sulla bioinformatica, mira a capire come interpretare al meglio quei dati per risolvere una varietà di problemi, dal trattamento dell’influenza al capire come i passeri si adattano agli ambienti difficili.

La ricerca condotta nel laboratorio di King attraversa le discipline per aiutare gli scienziati a capire di più su come funzionano i geni per controllare il funzionamento delle cellule sia nella salute che nella malattia. Il laboratorio di King forma anche i ricercatori studenti dell’UMaine in tecniche genetiche all’avanguardia che li spingeranno nel loro futuro.

King è cresciuto a Orono, dove suo padre era un membro della facoltà dell’Università del Maine presso il College of Education and Human Development. Ha completato gli studi universitari e master presso la Boston University, dove ha studiato ingegneria biomedica. Si iscrisse a una specializzazione in ingegneria meccanica, ma non appena iniziò la ricerca studentesca incentrata sulla struttura delle proteine ​​e sulla progettazione di farmaci assistita da computer attraverso il dipartimento di ingegneria biomedica, ne rimase affascinato.

“Entro la fine del primo giorno nel laboratorio di ricerca biomedica sapevo che volevo cambiare la mia specializzazione in ingegneria biomedica”, dice King. “Essere in grado di utilizzare diversi modelli biofisici su un computer per capire come i farmaci possono interagire con una proteina per inibirlo è qualcosa che ho trovato affascinante”.

King ha completato i suoi studi durante quella che descrive come “l’alba dell’era della genomica” alla fine degli anni ’90. Il lavoro che ha svolto analizzando il massiccio afflusso di dati genetici che provenivano dal sequenziamento dei genomi sarebbe diventato ciò che oggi è noto come “bioinformatica”.

“È normale fare studi di grandi dimensioni in cui stai sequenziando molti, molti genomi: centinaia, migliaia, persino decine di migliaia”, afferma King. “Siamo in questa era di set di dati molto grandi ed è positivo che possiamo generare i dati, ma presenta molte sfide in termini di come interpreti i dati e come li analizzi”.

Dopo aver conseguito il master, King ha lavorato per due diverse società di biotecnologia che analizzano geni e genomi a Cambridge, Massachusetts – prima, Genetics Institute e poi AstraZeneca – prima di dirigersi al Jackson Laboratory a Bar Harbor, dove ha lavorato per un decennio e guidato un team di bioinformatica. È poi passato al laboratorio biologico di Mount Desert Island dove ha guidato il loro team di bioinformatica. Quel team supporta i ricercatori biomedici in tutto il Maine come parte del Maine INBRE Network, un gruppo che King è ancora co-direttore. Mentre era al Mount Desert Island Biological Laboratory, ha completato il suo dottorato di ricerca. attraverso la Graduate School of Biomedical Science and Engineering dell’Università del Maine dove ha ricercato geni associati alla rigenerazione degli arti in organismi come zebrafish, bichir e axolotl. King ha completato il suo dottorato ed è entrato a far parte della facoltà UMaine nel gennaio 2017, guadagnando la cattedra nel 2022.

Il laboratorio di King ora ha una serie di progetti che utilizzano la bioinformatica – essenzialmente, utilizzando il calcolo ad alte prestazioni per analizzare e tradurre le masse di dati genomici – per studiare e, si spera, risolvere diversi problemi biologici.

Un progetto esamina il modo in cui il sistema immunitario innato risponde all’eliminazione del virus dell’influenza A studiando i modelli con cui i geni nel pesce zebra si esprimono nel corso dell’infezione. Il suo laboratorio usa questi modelli per selezionare i geni che poi testano sperimentalmente nel pesce zebra presso la struttura del pesce zebra dell’Università del Maine.

Maggiori informazioni sulla struttura del pesce zebra di UMaine

“Diversi insiemi di geni che funzionano insieme come gruppi per regolare le diverse cellule immunitarie e le loro risposte”, afferma King. “Penso che il lavoro che stiamo facendo per studiare il virus dell’influenza sia davvero all’avanguardia. Una cosa che spero che possiamo capire meglio è come funzionano una classe di geni chiamati RNA non codificanti. Sono questi geni regolatori davvero importanti. Ci sono più di questi geni non codificanti che geni codificanti proteine, quindi probabilmente sono lì per una ragione e hanno qualche funzione importante, ma non sappiamo cosa siano”.

Un altro progetto nel laboratorio di King, condotto in collaborazione con il Northern Light Eastern Maine Medical Center, cerca di comprendere i fattori di rischio genetico dello sviluppo di malattie renali croniche, che circa un terzo della popolazione statunitense è a rischio di sviluppare ed è risultata essere un importante fattore di rischio per altre malattie come il diabete e l’ipertensione.

Una foto di Brandy Soos
Leggi un profilo su Brandy Soos

“Stiamo reclutando pazienti che entrano nel centro di ricerca clinica e se decidono di unirsi allo studio, raccogliamo dati clinici e informazioni sull’anamnesi familiare, quindi un campione di sangue per estrarre il DNA e caratterizzare il genoma completo di questi individui ”, spiega King. “Utilizziamo questi dati per cercare di trovare alleli di geni che possono aumentare il rischio di malattie renali croniche”.

Il lavoro del laboratorio va anche oltre la medicina. Il laboratorio di King sta collaborando con i ricercatori della School of Biology and Ecology, della School of Marine Science e dell’Università del New Hampshire per capire come determinati fenotipi – il modo in cui i geni vengono espressi – consentono ad alcuni passeri di prosperare in ambienti paludosi difficili .

Ci sono molti fili che collegano i progetti di King e possono far progredire la salute umana.

“Alcune delle analisi sono abbastanza simili indipendentemente dal fatto che tu stia studiando un genoma umano o animale. Una delle nostre aree di interesse nello studio con i passeri è la funzione renale perché i passeri devono sopravvivere in un ambiente molto difficile dove sono esposti a molta acqua salata”, afferma King. “Se riusciamo a capire come si sono adattati a un ambiente difficile, possiamo capire come quegli stessi meccanismi potrebbero funzionare negli esseri umani”.

Oltre al lavoro di laboratorio, King è appassionato di diffondere il verbo della bioinformatica ad altri scienziati. Dal 2005 ha tenuto un corso di introduzione di due giorni al corso di bioinformatica un paio di volte all’anno presso il Cold Spring Harbor Laboratory. King ha anche sviluppato materiali di formazione per gli scienziati per utilizzare le risorse di cloud computing per la bioinformatica e ha collaborato con Roux Institute di Northeastern a Portland per stabilire un programma di laurea accelerato 4 + 1 in bioinformatica.

Una foto di Samuel Weafer
Leggi un profilo su Samuel Weafer

“Penso che sia essenziale per tutti i biologi avere una certa esperienza nel lavoro computazionale”, afferma King. “Non puoi davvero più fare le cose in laboratorio senza di essa. Tutta la biologia ora richiede l’analisi di questi grandi set di dati. Anche imparare a utilizzare le tecnologie di cloud computing sta diventando abbastanza necessario e sono competenze sicuramente molto richieste”.

King si impegna a garantire che i suoi, come lo studente laureato Brandy Soos e lo studente universitario Samuel Weafer, siano esposti sia al lato sperimentale che computazionale della ricerca biomedica. Indipendentemente da ciò che stanno studiando, King dice che gli piace anche abbinare gli studenti ai progetti a cui sono interessati per dare loro abilità funzionali che possono portare con sé ovunque vadano. Ha chiesto agli studenti di continuare il dottorato in microbiologia e biologia computazionale presso l’UMaine e una varietà di altre istituzioni, tra cui Dartmouth e l’Università di Rochester. Altri hanno continuato a perseguire la medicina con prestigiosi programmi post-diploma di maturità.

uno studente di talento, Grazia Smith, è stato salutato nel 2020 e ha appena completato un prestigioso post-diploma di maturità presso il National Cancer Institute. Questo autunno inizierà il programma di medicina presso la Harvard Medical School.

“Mi piace molto lavorare con gli studenti dell’Università del Maine. È davvero gratificante vedere cosa possono realizzare i nostri studenti quando ricevono esperienze di ricerca significative”, afferma King.

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