Фракталы могут помочь описать, как рак распространяется в организме и правильные инструменты, чтобы остановить его

        

Что могут морские ракушки, молния и береговая линия Великобритании научить нас новым лекарствам от рака?

Ответ, по мнению команды исследователей в инженерной школе USC Viterbi, может вращаться вокруг фракталов, бесконечно сложных моделей, найденных в природе.

Деревья, реки, береговые линии, горы, облака, снежинки и ураганы все проявляют или подчиняются фрактальным правилам. Фрактальное описание многих вещей – это рассказ о том, как они растут.

В этом случае фракталы также могут помочь описать, как контроль над экспрессией инсулина сигнализирует о регуляции уровня глюкозы в крови или о том, как что-то дублирующее, как рак распространяется в организме и правильные инструменты, чтобы остановить его.

Обычная математика не может адекватно моделировать взаимодействие множественных генов в течение нескольких временных рамок – необходимую основу для любых противораковых лекарств. Исследование, опубликованное в Frontiers in Physiology Mahboobeh Ghorbani, Edmond Jonckheere и Paul Bogdan из отдела электротехники Ming Ssieh, является первым исследованием, которое объясняет память, кросс-зависимость и фрактальность экспрессии генов .

Выражение генов – это строго регулируемый процесс, который позволяет клетке реагировать на изменяющуюся среду. Это позволяет передавать информацию, хранящуюся в нашей ДНК, в сложную биологическую систему. Без экспрессии генов клетка не существовала.

К сожалению, по словам Горбани, доктора философии. кандидат в Группе киберфизических систем Богдана: «Существующие модели основаны на нелинейных уравнениях, которые могут указывать нам, какой ген отвечает за конкретное заболевание, но не как взаимодействуют эти гены».

«Проблема с существующими моделями заключается в том, что они видят только часть сети».

Исследователи заложили первоначальную основу, указав основные характеристики этих еще не разработанных математических инструментов. Гурбани разработал программное обеспечение для изучения и прогнозирования взаимодействия генов с генами у двух живых бактерий: E. coli и Saccharomyces cerevisiae, широко известных как пекарские дрожжи.

. Их результаты демонстрируют не только то, что в экспрессии генов имеется память, но также и то, что экспрессия генов отображает фрактальные и долгосрочные характеристики поперечной зависимости внутри взаимодействий между генами.

Если мир проявляется как фрактал, постоянно изменяющийся в предсказуемом паттерне, это, скорее всего, потому, что многие объекты в природе имеют фрактальную структуру (например, через законы мощности). Кроме того, совместная зависимость может объяснить, как две раковые клетки работают вместе в одном наборе, но убивают друг друга в другом. Или, как ученые могут создавать опухолевые клетки, чтобы убивать их собственный вид. Память позволяет нам смотреть на ДНК как на программу – набор инструкций, которые постоянно проверяются друг с другом. Другими словами, ничто в нашем программировании на ДНК не является случайным.

«Современные математические модели, которые существуют в сетях регулирования генов, не удовлетворяют этим функциям», – сказал Богдан, доцент электротехнических систем.

«Исследование динамики экспрессии генов позволяет нам понять механизмы и закономерности, которые приводят к биологическим организмам», – сказал Горбани. «Это знание помогает нам как с научной, так и с технической точки зрения, потому что мы можем использовать ее для обнаружения аномалии или заболевания. Затем мы можем спроектировать клетки для выполнения определенных задач, таких как доставка лекарств для лечения рака».

Когда ученые разрабатывают терапию для конкретного заболевания, они не могут просто учитывать одно конкретное поведение генов за один раз, но как он взаимодействует с другими генами в течение нескольких временных интервалов. В противном случае они обрабатывают только локализованный дефект.

«Мы заканчиваем тем, что говорили:« Мы разработали препарат для борьбы с этим раком, но тогда рак нашел другой путь », – сказал Богдан, ссылаясь на примеры, в которых пациент получает лечение от одного типа рака, но развивает другой тип рак позже.

«И не потому, что раковые клетки мигрировали, или что рак перехитрил нас как-то», – сказал он. «Это умно, если мы не задаем правильный вопрос с помощью правильного инструмента».

      

Source link