Математическая помощь может объяснить наши тела – и наши болезни? Новая модель стремится объединять ‘красоту’ математики с биологией, готовить почву для будущего открытия

Немыслимая сложность того, как эти биологические совокупности взаимодействуют, поражает – и стимулирует работу биомедиков во всем мире.Но пара математиков ввела новый образ мыслей об этих понятиях, каковые смогут оказать помощь готовить землю для лучшего понимания отечественных тел и других живых существ.Писание на Слушаниях Национальной академии наук, пары из Медицинской школы Мичиганского и Калифорнийского университета , Беркли вводит структуру для применения математики, чтобы выяснить, как взаимодействия и генетическая информация между клетками дают начало фактической функции конкретного типа ткани.Они отмечают, что это – высоко идеализированная структура – не та, которая принимает к сведенью каждую подробность этого процесса, названного ‘появление функции’.

Но отступая и делая упрощенную модель на базе математики, они сохраняют надежду создать основание для ученых, чтобы выяснить трансформации, каковые, оказывается, со временем в и между клетками делают живые ткани вероятными. Имело возможность кроме этого оказать помощь с пониманием того, как болезни, такие как рак смогут появиться, в то время, когда дела не идут как запланировано.

Красота, объединеннаяПара – доцент Медицинской школы U-M вычислительной медицины Индика Раджапаксе, почётный профессор и доктор философии Беркли Стивен Смейл, врач философии – трудился над понятиями в течение нескольких лет.«Все время данный процесс происходит в отечественных телах, потому, что клетки умирают и происхождение, и все же они держат функцию перемещения ткани», говорит Раджапаксе. «Мы должны применять прекрасную математику и прекрасную биологию совместно, чтобы выяснить красоту ткани».Для новой работы они кроме того слушают назад работу Алана Тьюринга, новаторского английского математика, известного его «машинным компьютером» Тьюринга, что взломал нацистские кодексы на протяжении Второй мировой.

К концу его жизни Тьюринг начал наблюдать на математические подкрепления морфогенеза – процесс, что разрешает естественным примерам, таким как полосы зебры развиваться, в то время, когда живое существо растет от эмбриона до взрослого.«Отечественный подход приспосабливает технику Тьюринга, объединяя динамику генома в клетке и динамику распространения между клетками», говорит Раджапаксе, что ведет U-M 4D + Genome Lab в Отделе Вычислительной Медицины и Биоинформатики.

Его инженеров и команды биологов выполняют опыты, каковые захватывают динамику генома человека в трех измерениях, применяя отображение и биохимические методы с высоким разрешением. Раджапаксе кроме этого держит назначение в Отделе U-M Математики, части Колледжа Литературы, Науки и ИскусствОбъединение математики и геномаСмейла, что удалился с Беркли, но все еще активен в изучении, считают пионером моделирования динамических совокупностей – те, каковые изменяются со временем и в космосе.

Он завоевал самый большой приз в математике, Медаль Областей, в 1966.Пара лет назад Раджапаксе приблизился к нему на протяжении визита U-M, где Смейл взял учёные степени и свои степени бакалавра. Они начали изучить, как изучить геном человека – комплект генов в ДНК организмов – как динамическая совокупность.

Они основывали собственную работу над идеей, которая, тогда как гены организма остаются тем же самым в течение судьбы, как клетки применяют их, не делает.Прошедшей весной они напечатали работу, которая закладывает математическую базу регуляции генов – процесс, что руководит, как довольно часто и в то время, когда гены «прочтены» клетками, дабы сделать белки.«Ни Тьюринг, ни Стив Смейл, в то время, когда мы начали отечественную работу, не знали о геноме», будучи хороши обученным математики, говорит Раджапаксе. «Но применяя математические способы, мы можем изучить естественную динамику геномов групп клеток, как они развиваются и взаимодействуют между собой, формируя сети».Вместо узлов тех сетей, являющихся статичным, как Тьюринг предположил, новая работа разглядывает их как динамические совокупности.

Гены смогут быть склонны в клетку, но как они выражены, зависит от факторов, таких как эпигенетические показатели, добавленные в следствии факторов внешней среды, и больше.Следующие шагиВ результате его работы со Смейлом у Раджапаксе сейчас имеется финансирование из Управления перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ либо DARPA, дабы исследовать проблему появления функции – включая то, что происходит, в то время, когда процесс изменяется.Рак, к примеру, результат спутанного быстрого увеличения и цикла развития клетки.

И процесс, которым позвал плюрипотентные стволовые клетки, сделан в лаборатории – по существу поворачивающий время вспять на типе клетки так, дабы он возвратил свойство стать вторыми типами клетки – второй пример.Раджапаксе пытается применять эти из настоящего генома и опытов цитобиологии в его лаборатории, дабы сказать будущей работе, сосредоточенной на раке и перепрограммировании клетки. Эта работа будет кроме этого включать сотрудничество с товарищами по Переводной Программе Онкологии U-M и Томасом Ридом, Мэриленд в Национальном Онкологическом университете, с целью применения математики, дабы взглянуть на последние продукты фундаментального исследования рака.Он кроме этого организует собрание математиков со всех стран, дабы взглянуть на вычислительную биологию и геном этим летом в Барселоне.

«Клеточный цикл – самая правильная, прекрасная вещь», говорит Раджапаксе. «В то время, когда у нас имеется ясное математическое познание, мы можем создать компьютерные модели и потом изучить красоту нас, растолкованный через математику».

10 комментариев к “Математическая помощь может объяснить наши тела – и наши болезни? Новая модель стремится объединять ‘красоту’ математики с биологией, готовить почву для будущего открытия”

Оставьте комментарий