Segíthet-e a matematika testünk megértésében?

„Mi alakítja ki azt, hogy egyes sejtcsoportokból májszövet, másokból izomszövet lesz? Hogyan „adnak életet” a gének a fehérjéknek, a fehérjék a sejteknek, a sejtek a szövetnek és a szerveknek?” - tette fel a kérdést két kutató matematikus az elmúlt években.

Az elméletükkel választ akartak találni arra, hogy lesz a genetikai információból és a gének interakciójából konkrét sejtműködés az egyes speciális szövetcsoportok esetében. A teória természetesen idealizált körülményekre érvényes. Elemei és egyes lépései azonban segítenek feltárni, mi zajlik a sejtek szintjén. Mivel az elmélet egészséges és beteg sejtekre egyaránt alkalmazható, segíthet a kóros működés, ezen keresztül pedig pl. a malignus betegségek megértéséhez.  

Fenti közlemény Indika Rajapakse, a michigani egyetem adjunktusának és Stepen Smale berkeley-i  professzor emeritus közös munkájuk során egészen Alan Turingig nyúltak vissza. A „Turing bombáról” híres brit matematikus a II. világháború egyik legnagyobb kódfejtője volt. (Kezdetleges számítógépe segítségével törték fel a nácik rejtjeleit.) Kiemelten érdekelték a természetes fejlődést szabályozó folyamatok, pl.: hogyan lesz az embrióból újszülött vagy hogy mi szabályozza a zebra csíkosságát?

Rajapakse bioinformatikai kutatócsoportjában munkájában Turing számításait, módszereit alapul véve a humán genom dinamikájának háromdimenziós modellezését tűzték ki célul, biokémiai és nagy felbontású képalkotó modalitások felhasználásával.

A nyugdíjazott, de a kutatásban jelenleg is aktív Smale professzor a dinamikus rendszerek modellezésének úttörője. 1966-ban nyerte el a matematika legrangosabb kitüntetését, a Fields Medalt. Rajapakse-szel közös munkájuk során kezdték el kidolgozni a humán genom és a DNS dinamikus rendszerként való leírását. Elméletük alapja, hogy a sejtekben tárolt DNS élethosszig egyfajta, szabályozása pedig matematikailag is értelmezhető. Bizonyos hatásokra a sejt „leolvassa” a DNS-ek egy-egy szakaszát, hogy fehérjéket tudjon szintetizálni. Számításokkal bizonyítható, hogy a sejtek a fejlődéshez és a többi sejttel való interakcióhoz hálózatokat képeznek, és ezeknek, mint minden hálózatnak, vannak csomópontjai, kitüntetett gócai. Arra már Turing is rájött, hogy a szabályozó gócok nem statikusak, dinamikusan változik, hogy mikor melyik csomópont aktív. E dinamikus rendszer résztvevői a (ideális esetben) változatlan szerkezetű gének, vagy nyugvó vagy aktív állapotban. A változást, jelen esetben a génexpressziót, külső tényezők, pl. környezeti vagy epigenetikus hatások szabják meg.

A kutatás terjeszkedik. Rajapakse a jövőben ezen két kérdésre fókuszál: daganat sejt képződés, sejtciklus újraprogramozás. Mint az közismert, a daganatos sejtek a sejtciklus kisiklása során keletkeznek. Újabb módszerekkel a korlátlan osztódásra képes pluripotens sejtek dedifferenciációja lesz a cél. További, megválaszolásra váró kérdés, hogy mit csinál a sejt vészhelyzetben vagy hogy a folyamat megváltoztatásakor milyen reakciók lépnek fel.

„A sejtciklus egy gyönyörűen szabályozott, precíz folyamat. Ha sikerülne megérteni a szabályozását, akkor egy számítógépes, matematikai modell írására is lenne lehetőség. A végső cél a matematikán keresztül megérteni a biológiai működést”

Forrás: Science Daily