ابداع یک زبان ریاضی جدید برای شبکه‌های زیستی

به گزارش «فیز»، این محققان به سرپرستی «میکاییل یوزویگ» استاد ریاضی دانشگاه برلین با همکاری زیست‌شناسان موسسه «ای تی اچ زوریخ» و «کارنگی ساینس» آمریکا، موفق به شناسایی تنظیم‌کنندگان (رگولاتورهای) اصلی درون بافت کلی یک شبکه ژنتیکی شدند. نتایج این تحقیقات یک چارچوب نظری منسجم برای تحلیل شبکه‌های زیستی فراهم می‌کند.

از دیرباز یکی از هدف‌های زیست‌شناسان این بوده است که بتوانند ژن‌ها و گونه‌های کلیدی دارای تاثیر تعیین‌کننده‌ بر تکامل، اکولوژی و سلامت را مشخص کنند. اکنون محققان موفق شده‌اند برخی ژن‌های خاص را به عنوان رگولاتورهای اصلی در شبکه‌های بیولوژیک شناسایی کنند. این رگولاتورهای اصلی کنترل بیشتری در داخل سیستم دارند و فرایندهای سلولی ضروری را هدایت می‌کنند. مطالعات قبلی عمدتا بر فعل و انفعالات جفتی یا دو به دو (pairwise ) در درون سیستم تمرکز داشته‌اند؛ فعل و انفعالاتی که می‌توانند تا حد زیادی تحت تاثیر سابقه ژنتیکی یا محیط بیولوژیکی قرار گیرند.

یوزویگ استاد ریاضی دانشگاه فنی برلین در این خصوص توضیح داد: تاثیرات وابسته به محیط (Context-dependent effects) در زیست‌شناسی فراوان هستند، اما به اندازه کافی مورد بررسی قرار نگرفته‌اند. گروه ما برای اولین بار یک رویکرد کلی‌تر در پیش گرفت که شامل فعل و انفعالات سطح بالاتر است و بنابراین رگولاتورهای کلیدی در کل شبکه را شناسایی می‌کند.

دانشمندان در این زمینه مجموعه‌های واقعی داده‌های تهیه شده توسط زیست‌شناسان با تحلیل عمر مورد انتظار مگس میوه موسوم به «دروسوفیلا» (Drosophila ) را بر اساس وجود ترکیبات خاصی از باکتری‌ها بررسی کردند. این محققان به منظور توصیف ریاضی این فرایندها، یک رویکرد هندسی به کار گرفتند و مفهوم زیست شناسی شناخته شده روایستایی (epistasis) را مورد تفسیر مجدد قرار دادند. روایستایی به پدیده فعل و انفعالات بین ژن‌های مختلف دلالت دارد که طبق آن یک ژن می‌تواند بر ظاهر ژن دیگر تاثیر بگذارد. این فعل و انفعالات برای فهم توارث ژنتیکی و گوناگونی رخ‌مون‌ها یا فنوتیپ‌ها (phenotypes) مهم هستند و مشخص می‌کنند که چگونه ژن‌های مختلف فعل و انفعال انجام می دهند تا بیان ویژگی‌های خاصی را تنظیم کنند.

این محققان میکروبیوم کل جمعیت پشه‌های میوه با پنج گونه مختلف باکتریایی را آنالیز کردند و داده‌های پنج بُعدی به دست آمده بار دیگر تجزیه و تحلیل و بطور گرافیکی ارائه شد.

این مطالعه بین رشته‌ای در حد تلاقی زیست‌شناسی و ریاضیات در بر گیرنده چندین آزمایش واقعی برای نشان دادن قابلیت شیوه پیشنهادی در شناسایی اطلاعات مرتبط بیولوژیکی و سیگنال‌های قابل اعتماد آن است. نتایج به دست آمده یک چارچوب نظری منسجم برای آنالیز شبکه‌های زیست‌شناسی (بیولوژیک) فراهم می‌کند.