Het begrijpen van genen vereist het begrijpen van gegevens. Het laboratorium van Ben King bij de afdeling Moleculaire en Biomedische Wetenschappen, dat zich richt op bio-informatica, wil uitzoeken hoe die gegevens het beste kunnen worden geïnterpreteerd om een ​​verscheidenheid aan problemen op te lossen, van het behandelen van de griep tot het uitzoeken hoe mussen zich aanpassen aan barre omgevingen.

Het onderzoek in King’s lab doorkruist disciplines om wetenschappers te helpen meer te begrijpen over hoe genen werken om te bepalen hoe cellen functioneren bij zowel gezondheid als ziekte. King’s lab leidt ook UMaine-studentenonderzoekers op in geavanceerde genetische onderzoekstechnieken die hen naar hun toekomst zullen stuwen.

King groeide op in Orono, waar zijn vader een faculteitslid was van de University of Maine in het College of Education and Human Development. Hij voltooide zijn bachelor- en masterstudies aan de Boston University, waar hij biomedische technologie studeerde. Hij schreef zich in als hoofdvak werktuigbouwkunde, maar zodra hij via de afdeling biomedische technologie begon met studentenonderzoek gericht op eiwitstructuur en computerondersteund medicijnontwerp, was hij verslaafd.

„Tegen het einde van de eerste dag in het biomedische onderzoekslab wist ik dat ik mijn major wilde veranderen in biomedische technologie“, zegt King. „In staat zijn om verschillende biofysische modellen op een computer te gebruiken om erachter te komen hoe medicijnen kunnen interageren met een eiwit om het te remmen, vond ik fascinerend.“

King voltooide zijn studie tijdens wat hij omschrijft als „de dageraad van het tijdperk van genomics“ eind jaren negentig. Het werk dat hij deed met het analyseren van de massale toestroom van genetische gegevens die voortkwamen uit het sequencen van genomen, zou uiteindelijk worden wat tegenwoordig bekend staat als ‚bio-informatica‘.

„Het is routine om grote onderzoeken te doen waarbij je vele, vele genomen sequentieert – honderden, duizenden, zelfs tienduizenden“, zegt King. „We bevinden ons in dit tijdperk van zeer grote datasets, en het is goed dat we de gegevens kunnen genereren, maar het biedt veel uitdagingen in termen van hoe je de gegevens interpreteert en hoe je deze analyseert.“

Nadat hij zijn masterdiploma had behaald, werkte King voor twee verschillende biotechnologiebedrijven die genen en genomen analyseerden in Cambridge, Massachusetts – eerst Genetics Institute en later AstraZeneca – voordat hij naar het Jackson Laboratory in Bar Harbor ging, waar hij een decennium werkte en leidde een bioinformatica-team. Daarna ging hij naar het Mount Desert Island Biological Laboratory, waar hij hun bioinformatica-team leidde. Dat team ondersteunt biomedische onderzoekers in heel Maine als onderdeel van het Maine INBRE Network, een groep die King nog steeds co-regisseert. Terwijl op Mount Desert Island Biological Laboratory, voltooide hij zijn Ph.D. via de Graduate School of Biomedical Science and Engineering van de University of Maine, waar hij onderzocht genen geassocieerd met ledemaatregeneratie in organismen zoals zebravissen, bichir en axolotls. King voltooide zijn doctoraat en trad in januari 2017 toe tot de UMaine-faculteit, waar hij in 2022 een vaste aanstelling kreeg.

King’s lab heeft nu een reeks projecten die bio-informatica gebruiken – in wezen het gebruik van high-performance computing om de massa’s genomische gegevens te ontleden en te vertalen – om verschillende biologische problemen te bestuderen en hopelijk op te lossen.

Eén project bekijkt hoe het aangeboren immuunsysteem reageert op het opruimen van het Influenza A-virus door de patronen te bestuderen waarmee genen in zebravissen zich uiten in de loop van de infectie. Zijn laboratorium gebruikt deze patronen om de genen te kiezen die ze vervolgens experimenteel testen in de zebravis in de zebravisfaciliteit van de Universiteit van Maine.

Lees meer over de zebravisfaciliteit van UMaine

„Verschillende sets genen die samenwerken als groepen om verschillende immuuncellen en hun reacties te reguleren“, zegt King. “Ik denk dat het werk dat we doen om het griepvirus te bestuderen echt baanbrekend is. Eén ding waarvan ik hoop dat we het beter kunnen begrijpen, is hoe een klasse van genen die niet-coderende RNA’s worden genoemd, functioneert. Het zijn deze echt belangrijke regulerende genen. Er zijn meer van deze niet-coderende genen dan eiwitcoderende genen, dus ze zijn er waarschijnlijk met een reden en hebben een belangrijke functie, maar we weten niet wat ze zijn.“

Een ander project in King’s lab, uitgevoerd in samenwerking met Northern Light Eastern Maine Medical Center, tracht inzicht te krijgen in de genetische risicofactoren voor het ontwikkelen van chronische nierziekte, waarvan ongeveer een derde van de Amerikaanse bevolking het risico loopt te ontwikkelen en waarvan is vastgesteld dat het een belangrijke risicofactor voor andere ziekten zoals diabetes en hypertensie.

Een foto van Brandy Soos
Lees een profiel over Brandy Soos

„We rekruteren patiënten die in het klinische onderzoekscentrum komen en als ze besluiten deel te nemen aan het onderzoek, verzamelen we klinische gegevens en informatie over de medische geschiedenis van de familie, en vervolgens een bloedmonster om DNA te extraheren en het volledige genoom van deze individuen te karakteriseren ‚, legt Koning uit. „We gebruiken die gegevens om allelen te vinden van genen die het risico op chronische nierziekte kunnen verhogen.“

Het werk van het lab gaat ook verder dan de geneeskunde. King’s lab werkt samen met onderzoekers van de School of Biology and Ecology, de School of Marine Science en de University of New Hampshire om erachter te komen hoe bepaalde fenotypes – de manier waarop genen tot expressie worden gebracht – ervoor zorgen dat bepaalde mussen kunnen gedijen in ruwe getijdenmoerasomgevingen .

Er zijn veel draden die de projecten van King met elkaar verbinden en de menselijke gezondheid kunnen bevorderen.

“Sommige analyses lijken veel op elkaar, of je nu een menselijk of dierlijk genoom bestudeert. Een van onze aandachtsgebieden in het onderzoek met de mussen is de nierfunctie, omdat de mussen moeten overleven in een zeer barre omgeving waar ze worden blootgesteld aan veel zout water”, zegt King. „Als we kunnen begrijpen hoe ze zich hebben aangepast aan een barre omgeving, kunnen we erachter komen hoe diezelfde mechanismen bij mensen kunnen werken.“

Naast het laboratoriumwerk is King gepassioneerd door het verspreiden van het woord bio-informatica onder andere wetenschappers. Sinds 2005 geeft hij een paar keer per jaar een tweedaagse cursus introductie tot bioinformatica bij Cold Spring Harbor Laboratory. King heeft ook trainingsmateriaal ontwikkeld voor wetenschappers om cloud computing-bronnen te gebruiken voor bio-informatica, en werkt samen met Northeastern’s Roux Institute in Portland het opzetten van een 4+1 versneld afstudeerprogramma in bioinformatica.

Een foto van Samuel Weafer
Lees een profiel over Samuel Weafer

„Ik denk dat het essentieel is dat alle biologen enige ervaring hebben met computerwerk“, zegt King. “Je kunt echt niet meer zonder in het lab. De hele biologie vereist nu het analyseren van deze grote datasets. Zelfs leren hoe je cloudcomputingtechnologieën kunt gebruiken, wordt behoorlijk noodzakelijk en het zijn vaardigheden waar zeker veel vraag naar is.”

King spant zich in om ervoor te zorgen dat hij, net als afgestudeerde student Brandy Soos en niet-gegradueerde Samuel Weafer, wordt blootgesteld aan zowel de experimentele als de computationele kant van biomedisch onderzoek. Wat ze ook studeren, King zegt dat hij studenten ook graag koppelt aan projecten waarin ze geïnteresseerd zijn om hen functionele vaardigheden te geven die ze overal mee naartoe kunnen nemen. Hij heeft ervoor gezorgd dat studenten hun doctoraat in microbiologie en computationele biologie voortzetten aan UMaine en een aantal andere instellingen, waaronder Dartmouth en University of Rochester. Anderen zijn medicijnen gaan studeren met prestigieuze post-baccalaureaatprogramma’s.

Een getalenteerde student, Grace Smith, was de salutatorian in 2020 en voltooide net een zeer prestigieus post-baccalaureaat aan het National Cancer Institute. Dit najaar begint ze aan de MD-opleiding aan de Harvard Medical School.

“Ik geniet enorm van het werken met de studenten aan de Universiteit van Maine. Het is echt de moeite waard om te zien wat onze studenten kunnen bereiken als ze zinvolle onderzoekservaringen krijgen”, zegt King.

Contactpersoon: Sam Schipani, samantha.schipani@main.edu