A matematika, mint az orvoslás szolgálóleánya
A matematika segítséget nyújt testünk és betegségeink megértésében. Matematikai módszerekkel vizsgálják, hogyan alakulnak ki egyre bonyolultabb biológiai rendszerek, hogyan mozognak a spermiumok vagy hogyan alakul mikrobiomunkban a fajok evolúciója. Az eredmények révén új terápiás módszerek születnek.
A Proceedings of the National Academy of Sciences tanulmánya – Emergence of function from coordinated cells in a tissue – azt vizsgálja, hogy a genetikai információ és a sejtek közötti interakció révén hogyan alakul ki a különböző szövetféleségek működése. Indika Rajapakse (University of Michigan Medical School) komputációs orvostanprofesszor és Stephen Smale (University of California, Berkeley) matematikus Alan Turing munkásságához nyúlt vissza, aki élete végén a morfogenezis matematikai alapjaival foglalkozott (pl. hogyan alakulnak ki a zebra csíkjai vagy hogyan válik az embrió felnőtté).Rajapakse és Smale Turing módszerét adaptálta, a továbbfejlesztett módszer a sejten belüli genom-dinamikát kombinálja a sejtek közötti diffúziós dinamikával, a kísérletek során pedig biokémiai és nagy felbontású képalkotó módszereket használ. A már nyugdíjas Smale egyébként, aki 1966-ban a legnagyobb matematikai díjat, a Fields érmet is elnyerte, a dinamikus rendszerek modellezésének úttörőjének számít; a professzor Rajapakse-val tavaly már publikált egy tanulmányt, ami a génreguláció matematikai alapjait fektette le. A páros további munkája során a rákkialakulás és az indukált pluripotens őssejtek létrehozása során megfigyelhető dinamika matematikájával fog foglalkozni.
Négy egyetem kutatói (Universities of York, Birmingham, Oxford, Kyoto) közös erőfeszítéssel olyan matematikai formulát fejlesztettek ki, ami segít megérteni a spermiumok igen komplex mozgását. A Physical Review Letters című szaklapban megjelent eredmény hozzájárulhat a férfi terméketlenség kezeléséhez, nyilatkozta a tanulmány (Coarse-graining the fluid flow around a human sperm) egyik szerzője, Hermes Gadêlha, aki azt is elmondta, hogy a hímivarsejtek roppant koordinált módon mozgatják maguk körül a folyadékot, amiben így a mágneses mező erővonalaihoz hasonló áramlások alakulnak ki, és ezek az áramlások segítenek a kiválasztott spermiumnak előrejutni a petesejthez.
A Duke University School of Medicine kutatói azt vizsgálják geológusoktól kölcsönvett matematikai módszerek segítségével, hogy hogyan alakul az ember mikrobiomjában a különböző fajok evolúciója, és az egyes fajok változásai hogyan befolyásolják a többi faj tagjait (a módszert a geológusok arra használták, hogy a kőzetekben lévő különböző elemek – pl. kalcium, alumínium – egymáshoz viszonyított arányát értelmezzék). Mint az eLife-ban megjelent tanulmány utolsó szerzője, Lawrence A. David kifejti, az elemzés segít megérteni, a baktériumok miként adaptálódnak egyre jobban a szervezet különböző részeihez, az így felhalmozott tudás pedig segít a probiotikumok fejlesztésében és a baktériumtranszplantáció hatékonyabb kivitelezésében. A kutatók pl. felfedeztek olyan streptococcus-fajokat, amelyek a közelmúltban alakultak ki a szájüreg különböző részein, így különböző fajok népesítik be a szájpadlást, a nyelvet, a toroktájékot, a mandulákat és a fogínyt. A kutatók szerint az elemzés során alkalmazott matematikai módszerek használhatók minden olyan szituációban, amelyben nagy áteresztő képességű technológiákkal mérik a minta összetételét, kezdve a tumorok genetikai felépítésétől az influenza vírustörzsek nyomon követéséig (A phylogenetic transform enhances analysis of compositional microbiota data).
