درک رفتار سيستم هاي پيچيده زيست شناسي به کمک تکنيک هاي مهندسي

[Borna66]

به گزارش ايسنا دکتر «اماميان» که در حال حاضر به عنوان رئيس شرکتي موسوم به atnt (فناوري هاي پيشرفته براي تکنيک هاي درماني جديد) تحقيقات خود را بر شناسايي عوامل مولکولي موثر در بيماري ها متمرکز و جنبه هاي بيولوژيک فناوري ابداعي طراحي کرده است و دکتر «عبدي» متخصص مخابرات، پردازش سيگنال و شبکه هاي مولکولي که به همراهي دکتر «طهوري»، هدايت بخش هاي مهندسي پروژه را برعهده دارد، اطلاعاتي درباره «تکنيک مهندسي شناسايي عوامل اصلي بيماري زا» و کاربردهاي آن ارائه داده اند. اين تکنيک تلفيقي از آخرين يافته هاي مهندسي و زيست شناسي سلولي مولکولي است که به زعم آنها چشم اندازي بسيار روشن و اميدبخش در درمان پيچيده ترين و در عين حال شايع ترين و پرهزينه ترين بيماري هاي جسمي و رواني مي گشايد و مي تواند کليد بسياري از ابهامات و سوالات بي پاسخ درباره عامل مولکولي و نحوه درمان اين بيماري ها باشد. به اعتقاد دکتر «اماميان»، بيماري ها از نظر علت دو دسته اند. برخي مثل هانتينگتون براساس اختلال در عملکرد يک مولکول مشخص بروز مي کند، ولي بخش عمده بيماري ها از نظر مولکولي پيچيده بوده و ناشي از اختلال در عملکرد تعداد زيادي از مولکول ها هستند. عملکرد صحيح هر سلول که از تعداد زيادي مولکول هاي مختلف تشکيل شده، مستلزم کارايي درست مجموعه يي از مولکول هاست و اختلال در عملکرد آنها مي تواند کارايي سلول را مختل کرده و باعث بروز بيماري شود. دانشمندان از سال ها پيش به نقش مولکول هاي مختلف در بروز بيماري هاي پيچيده پي برده و براي بررسي علت آنها، روي تک تک مولکول هاي دخيل در بيماري متمرکز مي شوند و در واقع عملکرد مولکول را به صورت منفرد بررسي مي کنند. طي سه چهار سال اخير رويکرد جديدي موسوم به «زيست شناسي سيستم ها» در عرصه تحقيقات زيست شناسي سلولي و مولکولي و بررسي بيماري ها ايجاد شده که در بيماري هاي پيچيده، سلول را به عنوان يک سيستم پيچيده مرکب از مولکول هاي مختلف بررسي مي کند. دکتر «اماميان» در اين باره گفت؛ «ما در تحقيقات خود با الهام از روش هاي مهندسي شناسايي اختلالات مدارات پيشرفته الکتريکي، موفق به ابداع روشي شديم که مي تواند با مدل سازي شبکه هاي مولکولي پيچيده داخل سلول، نقش هر يک از مولکول ها را در اختلالات سلولي و بروز بيماري ها مشخص کند.» دکتر «عبدي» نيز در اين باره خاطرنشان کرد؛ «در رشته هاي مهندسي روش هايي وجود دارد که نشان مي دهد در صورت اختلال در يک مدار پيچيده که از هزاران هزار گره تشکيل شده است، کدام يک از اجزا و به چه ميزان در بروز اختلال موثر بوده است. ايده طرح ما مبتني بر مدل سازي شبکه هاي داخل سلولي است، به نحوي که قادر به تحليل آن و تعيين اهميت هر مولکول داخل شبکه و ميزان تاثير اختلال آن در مختل شدن کل سيستم و ايجاد بيماري باشيم.»

وي با تاکيد بر اينکه چنين شيوه يي براي تعيين نقش مولکول ها در بروز بيماري ها براي نخستين بار ارائه شده است، در تشريح کاربردهاي اين روش، گفت؛ «در بيماري هاي پيچيده مثل اسکيزوفرنيا که عامل آن پس از سال ها تحقيق همچنان نامشخص است، هرازچند گاهي يک مولکول به عنوان عامل اصلي بيماري معرفي مي شود، ولي مشخص نيست کدام مولکول واقعاً موثرتر است. روش ما مي تواند به عنوان مثال شبکه هاي مولکولي سلول هاي عصبي را بررسي کرده و براساس ميزان تاثير هر مولکول در بيماري عددي را به آن نسبت داده و آنها را رتبه بندي کند.» دکتر «عبدي» تصريح کرد؛ «با مشخص شدن اينکه کدام مولکول ها نقش بيشتري در بروز بيماري دارد، مي توان درمان بيماري را به رفع اختلال در آن مولکول ها متمرکز کرد و از بين مولکول هاي مختلف موثر در بيماري، آنهايي را که در بيماري موثرتر و هدف گرفتن آنها در روند درمان کم خطرتر است، مشخص کرد.»

دکتر «اماميان» نيز با بيان اينکه تکنيک ابداعي مي تواند کليد شناسايي مولکولي بيماري هاي پيچيده از جمله انواع سرطان ها، بيماري ها و مشکلات رواني مثل اسکيزوفرنيا، اعتياد، افسردگي و... باشد، خاطرنشان کرد؛ «بيماري هاي رواني و سرطان از شايع ترين بيماري هاست، به طوري که حدود يک درصد مردم به اسکيزوفرنيا مبتلا هستند و حدود 25 درصد زنان در طول زندگي به يک حمله حاد افسردگي مبتلا مي شوند. مشکل مضاعفي که بيماري هاي رواني و اعتياد دارند، اين است که نه تنها فرد بلکه جامعه را تحت تاثير قرار مي دهد، لذا شناخت عوامل مولکولي موثر در بروز چنين بيماري هاي پيچيده رواني مي تواند گام مهمي در ارتقاي سلامت جامعه باشد.»

اين پژوهشگر زيست شناسي سيستم ها در ادامه درباره مزاياي روش ابداعي گفت؛ «اساس اين روش تلفيقي از تکنيک هاي رياضي و مهندسي و کاربرد آنها در سيستم هاي زيستي است. اين کشف را مي توان به ابداع مباني رايانه در چند دهه قبل تشبيه کرد که کاربردهاي متنوع آن به تدريج مشخص شد. مطمئناً اين روش که دقت زياد آن با آزمايش ثابت شده است، مي تواند تحولي جدي در تشخيص و درمان بيماري ها ايجاد کرده و با توجه به اينکه مبتني بر رياضي است، هزينه هاي مربوطه را نيز به نحوي چشمگير کاهش دهد.»

دکتر «عبدي» در پاسخ به اين سوال ايسنا که با توجه به تفاوت سيستم هاي بيولوژيک با سيستم هاي غيرزنده الکتريکي، چگونه از روش هاي مهندسي در تکنيک ابداعي استفاده شده است، تصريح کرد؛ «با توجه به تفاوت هاي بارز سيستم هاي زنده و غيرزنده، امکان استفاده مستقيم از اين روش ها وجود ندارد، بلکه تلاش شده ساختار مولکولي سلول به نحوي مدل سازي شده و ورودي و خروجي هاي شبکه به نحوي طراحي شوند که بتوانيم از آن ابزارها، استفاده و ميزان تاثير اختلال هر يک از مولکول ها در اختلال سيستم را تعيين کنيم.»

وي خاطرنشان کرد؛ «علم زيست شناسي در سال هاي اخير تا حد زيادي مولکول هاي موثر در هر بيماري را شناخته و با توجه به همين اطلاعات مي توان شبکه ها را به بهترين شکل طراحي کرد، مثلاً در بيماري سرطان که طي آن با تکثير بي رويه سلول ها مواجهيم، خروجي سيستم را مولکول هايي در نظر مي گيريم که در تقسيم و تکثير سلول ها نقش دارند يا در بيماري اسکيزوفرنيا که هنوز براي مهار اختلالات شناختي ناشي از آن درماني نيافته ايم، مولکولي را که نقش آن در بروز اين اختلالات به اثبات رسيده، خروجي قرار مي دهيم و محاسبات شبکه را بر اساس آن انجام مي دهيم.»

دکتر «اماميان» در عين حال تاکيد کرد طراحي چنين شبکه ها و مدل هاي محاسباتي در زمينه هر بيماري مستلزم مطالعه صدها مقاله مربوط به جنبه ها و عوامل مولکولي موثر در آنهاست که براساس اين اطلاعات معادلات رياضي مربوط به هر يک نوشته شده و شبکه طراحي و تست مي شود که چنين فرآيندي بسيار وقت گير است.دکتر «عبدي» هم درباره ارزيابي عملي کارايي اين تکنيک گفت؛ «اين روش روي پروتئين هاي مختلف آزمايش شده و صحت يافته هاي آن با توجه به نتايج پژوهش هاي موجود تاييد شده و حتي برخي مولکول هايي که نقش آنها شناخته نشده بود، نيز با اين روش پيش بيني شده اند.» دکتر «اماميان» و دکتر «عبدي» با بيان اينکه با همکاري دکتر «طهوري»، حدود چهار سال براي عملي کردن ايده الگوبرداري از روش هاي مهندسي در سيستم هاي بيولوژيک تحقيقات اين پروژه را پيگيري کرده اند، جدي ترين مشکل در اجرايي کردن اين ايده را رسيدن به درک و زبان مشترک علمي خصوصاً در مرحله ارائه مقاله با توجه به تفاوت اصطلاحات حوزه هاي مهندسي و زيست شناسي عنوان کردند، که اين سه محقق را به مطالعه در زمينه هاي تخصصي غيراز رشته تحصيلي و تحقيقاتي آنها ناگزير کرده است. آنها در عين حال تاکيد کردند با توجه به اهميت مساله و تاثير تکنيک ابداعي در درمان بيماري هاي پيچيده تحقيقات در اين زمينه را با مدل سازي شبکه هاي مولکولي بيماري هاي مختلف ادامه مي دهند.