نموذج جديد يهدف إلى الجمع بين جمال الرياضيات مع علم الأحياء ليمهد الطريق الى اكتشاف مستقبلي
 |
باستخدام الرياضيات المتقدمة، ويأمل الباحثون لخلق نماذج من النظم البيولوجية التي يمكن أن تبلغ بفهمنا للتطورالطبيعي والمرض.
| الحقوق : جامعة ميشيغان |
ما الذي يجعل مجموعة من الخلايا أن تصبح الكبد أو العضلات ؟ كيف تعمل جيناتنا لتؤدي إلى البروتينات ، والبروتينات إلى خلايا ، والخلايا إلى الأنسجة والأعضاء .
التعقيد الذي لا يصدق هو
كيف تتفاعل النظم البايلوجية إلى إنشاء نسيج من المعلومات
المحتواة في الجينات .. يذهل العقل .. ويدفع علماء الطب البايلوجي في جميع أنحاء العالم إلى العمل. الآن، عالمي رياضيات قدما طريقة جديدة للتفكير في هذه المفاهيم التي ستساعد
على تمهيد الطريق لفهم أفضل لأجسامنا والكائنات الحية الأخرى
في مقال نشر في مجلة
التطورات الأكاديمية الوطنية للعلوم لباحثان من جامعة
مشيغان الطبية وجامعة كاليفورنيا بيركلي قدما إطار عمل لاستخدام الرياضيات لفهم كيف
أن المعلومات الجينية والتفاعلات بين الخلايا تؤدي زيادة عمل
الوظيفة الفعلية لنوع معين من الأنسجة .
وأشاروا إلى أنه إطار عمل مثالي للغاية ، وليس ذلك
النوع الذي يأخذ بعين الاعتبار كل التفاصيل لهذه العملية التي تدعى " انبثاق
الوظيفة " .
لكن بالعودة إلى الوراء
وصنع نموذج مبسط يعتمد على الرياضيات، فهم يأملون في إنشاء قاعدة للعلماء لفهم التغيرات
التي تحدث خلال الزمن داخل وبين الخلايا لجعل خلايا حية أمرا ممكناً . من الممكن أن
تساعد أيضاً لفهم كيف يمكن أن تنشئ أمراض مثل السرطان عندما لا تسير الأمور كما خطط
لها.
الجمال ، جنبا إلى جنب
الباحثان - الاستاذ المساعد في جامعة U. M. الطبية للحوسبة الطبية أنديكا راجاباكسي
، والحاصل على شهادة الدكتوراه . والاستاذ الفخري في
جامعة كاليفورنيا في بريكلي ستيفن سمال ، والحاصل أيضا على
شهادة الدكتوراه - عملا على هذه المفاهيم منذ سنوات .
يقول راجاباكسي "
تحدث هذه العملية في أجسامنا في كل وقت حيث تموت وتنشئ الخلايا و في التالي هي تبقى على وظيفة الأنسجة مستمرة ، نحن بحاجة
إلى استخدام الرياضيات الجميلة وعلوم الحياة الجميلة معاً لفهم جمال الأنسجة .
"
ولأجل عملهم الجديد فقد عادوا إلى عمل آلان تورنج
عالم الرياضيات البريطاني الرائد المشهور بآلته " آلة تورنج " التي كشفت
رموز النازية خلال الحرب العالمية الثانية .
في نهاية حياته بدأ تورنج بالنظر إلى الأسس الرياضية
للتشكل ,العملية التي تسمح للأنماط الطبيعية مثل خطوط الحمار الوحشي ، لتتطور كشيء
حي ينمو من جنين إلى بالغ .
يقول راجاباكسي الذي يرئس مختبر الجينيوم U. M.
4D+ في قسم الحاسوبية
الطبية والمعلوماتية الحيوية " نهجنا يعتمد تقنية تورنج ، للجمع بين ديناميات
الجينوم داخل الخلية وديناميات الانتشار بين الخلايا " .
يقوم فريقه من علماء الأحياء ومهندسين بإجراء التجارب
التي تجذب ديناميات الجينوم البشري في ثلاثة أبعاد باستخدام الطرق البايوكيميائية والتصوير
عالي الدقة . راجاباكسي أيضاً حاصل على تعيين في قسم الرياضيات U. M.
في كلية الآداب والعلوم والفنون
.
الرياضيات والجينوم معاً
سمالي الذي تقاعد من بيركلي والذي لايزال نشطاً في مجال البحوث وكذلك يعتبر رائداً لنمذجة النظم الديناميكية - تلك التي
تتغير مع مرور الزمان والمكان, حصل على أعلى جائزة في الرياضيات و ميدالية فيلدز عام
1966 .
قبل عدة سنوات التقاه راجاباكسي
خلال زيارته إلى U. M. حيث حصل سمالي على درجة البكالوريوس
ودرجة الدراسات العليا . وبدأ الاثنان في استكشاف كيفية دراسة الجينوم البشري والذي هو مجموعة من الجينات في الحمض النووي للكائنات الحية,
كنظام ديناميكي .
اسند الباحثان عملهم على فكرة انه على الرغم من بقاء جينات الكائن الحي نفسها طيلة
حياته ، لم لا تبقى الخلايا التي تستخدمها .
في الربيع الماضي نشرا بحثاً يحدد الأساس الرياضي
لتنظيم الجينات - العملية التي تحكم في الغالب كيف وأين تُقرأ الجينات بواسطة الخلايا
لصنع البروتينات - .
يقول راجاباكسي وقد بدا كرياضي كلاسيكي متمرس
" لا تورنج ولا ستيف سمالي كانا يعلمان عن الجينات ، عندما بدأنا عملنا، لكن باستخدام
التقنيات الرياضية يمكننا دراسة الديناميات الطبيعية للجينوم من مجموعات من الخلايا
لانها تتطور وتتفاعل مع بعضها البعض ، لتشكل شبكات " .
بدلاً من العقد لتلك الشبكات التي تبدو ثابتة و كما افترض تورينج ، فإن العمل الجديد يعتبرها
نظام ديناميكي. قد تكون الجينات " متشابكة " في الخلية و لكن كيف يتم التعبير
عن انها تعتمد على عوامل مثل الإشارات الجينية التي تضاف كنتيجة للعوامل البيئية وأكثر
من ذلك .
الخطوات التالية
كنتيجة لعمله مع سمالي ، لدى راجاباكسي الآن تمويلاً من وكالة مشاريع البحوث المتطورة
الدفاعية DARPA للاستمرار في استكشاف قضية ظهور الوظيفة
- بما في ذلك ما يحدث عندما تتغير العملية .
السرطان على سبيل المثال ينشئ من نمو خلية حيث أن دورة انتشارها ضلت طريقها . والعملية التي تتم بفعل
الخلايا الجذعية المحفزة في المختبر - تحول مرة أخرى بشكل أساسي إلى نوع الخلية بحيث تستعيد قدرتها على ان تصبح أنواع أخرى
من الخلية - مثالاً أخر .
ويهدف راباجاكسي إلى استخدام
البيانات من العالم الواقعي من تجارب الجينوم وبيولوجيا الخلية في مختبره لتشكيل عمله
المستقبلي الذي يركز على السرطان وإعادة برمجة الخلايا . وسيشمل هذا العمل أيضاً التعاون
مع زملائه أعضاء برنامج U. M. للأورام المتحولة ، وتوماس ريد
- دكتوراه في الطب - في المعهد الوطني للسرطان ، بهدف استخدام الرياضيات للنظر إلى
احدث الإنتاجات للبحوث الأساسية حول السرطان.
كما انه ينظم تجمع لعلماء الرياضيات من جميع انحاء
العالم للبحث في علم الأحياء الحسابي والجينوم هذا الصيف في برشلونة.
يقول راباجاكسي ان " دورة الخلية دقيقة جداً
، شيء جميل ، عندما يكون لدينا فهم رياضي واضح ، يمكننا خلق نماذج حاسوبية ، ومواصلة
استكشاف جمالنا ، الموضح من خلال الرياضيات .
المصادر :
موضع جميل
ردحذف