تکامل و بقای موجودات زنده به توانایی سلول هایشان در درک محیط و پاسخ صحیح به آن ارتباط دارد. سلول ها با سیستم سیگنال های شیمیایی که مسیر سیگنالینگ سلولی (signalling pathway) نامیده می شود ، با محیط اطرافشان ارتباط برقرار می کنند. مسیر سیگنالینگ سلولی فعالیت سلول ها را تنظیم کرده و هماهنگ می کند. اختلال در فرایند پردازش اطلاعات ممکن است از درک صحیح محیط اطراف توسط سلول ها جلوگیری کند؛ پس این سلول ها به صورت کنترل نشده شروع به عمل می کنند که می تواند باعث ایجاد سرطان شود. محققان دانشگاه ژنو سوئیس برای درک بهتر چگونگی تاثیر اختلال ، در انتقال اطلاعات در فعالیت سلول های بیمار از زیست شناسی فراتر رفته اند. آن ها تصمیم گرفتند ارتباط سلولی را با “نظریه اطلاعات”، یک تئوری ریاضی که بیشتر در علوم کامپیوتر استفاده می شود، بررسی کنند. این کار که در ژورنال Trends in cell biology منتشر شده است، اساسا یک رویکرد جدید به سرطان شناسی است.
به عبارتی دیگر می توان سرطان را به عنوان یک بیماری اطلاعاتی در نظر گرفت. اما در حالی که قدرت سرطان زایی بیش فعالی یا فعالیت کم مسیر سیگنالینگ مورد توجه و شناخته شده است، مکانیسم دقیق آن رمز آلود باقی مانده. به راستی این سلول ها چگونه بر اساس اطلاعاتی که درک می کنند، تصمیم گیری می کنند؟ یا دیگر درک نمی کنند؟ گاهی وقت ها زیست شناسی به تنهایی برای کشف همه چیز کافی نیست.
اندازه گیری عدم قطعیت
در اواخر دهه ۱۹۴۰، ریاضی دان آمریکایی کلود شانون، یک تئوری بر مبنای احتمال برای اندازه گیری اطلاعات منتقل شده در مجموعه ای از پیام ها در یک کانال ارتباطی شلوغ مطرح کرد. این تئوری آغازگر ایجاد سیستم های ارتباطی امروزی و کامپیوتر ها بود. و پایه بسیاری از کاربرد ها مثل فشرده سازی و انتقال داده ها، رمزنویسی و هوش مصنوعی است. اما تئوری شانون تا کنون در زمینه سیگنالینگ سلولی، زیاد به کار برده نشده است. هدف این مطالعه استفاده از این ابزار قدرتمند برای بررسی تصمیم های گرفته شده توسط سلول های بیمار و مقایسه آن با سلول های سالم است.
بیشتر بخوانید:
- دستاوردهای عظیم (۱۰۰) : تعریف اطلاعات مدرن با نظریه شانون
- با نظریه‌هایی که دنیای علم را متحول کرده‌اند، آشنا شوید!
- داستان‌های ناگفته: مخترع بازیگوشی که موش چوبی‌اش ما را به هوش مصنوعی رساند
- پیش‌بینی ریاضیات درباره‌ی سلول‌های سرطانی
تئوری اطلاعات بر پایه نظریه احتمال است. محتوای اصلی آن، که آنتروپی نامیده می شود، می خواهد عدم قطعیت متغیر تصادفی را اندازه بگیرد. به طور مثال اگر یک سکه را پرتاب کنیم، ممکن است به طور تصادفی شیر یا خط بیفتد. بنابراین نتیجه قطعی نیست. حال سکه ای را تصورکنید که دو روی مشابه دارد: نتیجه قطعی است و آنتروپی صفر است. بنابراین آنتروپی میزان عدم قطعیت یک متغیر تصادفی را اندازه می گیرد. اگر این موضوع را به ارتباطات تعمیم دهیم، آنتروپی نشان دهنده ی میزان اطلاعات مورد نیاز یک گیرنده برای تعیین واضح آن چیزی است که منبع منتقل کرده است.
از ریاضی تا زیست شناسی
با به کار بردن نظریه اطلاعات در مسیر سیگنالینگ سلولی می توان دریافت که سلول ها چگونه اطلاعات دریافتی از محیط را پردازش می کنند. زمانی که سلول یک تحریک (اطلاعات) را از محیط دریافت می کند ، چه مقدار اطلاعات را می تواند بدون خطا پردازش کند؟ با دانستن یک پاسخ سلولی می توان بین تحریک های مختلف تمییز قائل شد تا ارزیابی شود کدام یک این پاسخ خاص را تحریک کرده است؟ پاسخ به این سوال ها در زمینه سرطان ضروری هستند. در واقع، ممکن است سلول های سرطانی قادر نباشند اطلاعات محیطی را مثل سلول های سالم پردازش کنند و شروع به تکثیر و تقسیم در مواقع غیرضروری کنند.
محققان اعتبار این رویکرد جدید را با مطالعه روی چگونگی پردازش اطلاعات محیطی سلول های سرطانی ریه و پستان آزمایش خواهند کرد. در واقع، درمان های امروزی علی رغم وجود عوارض جانبی مهم، به منظور حذف یا لغو مسیر های سیگنالینگ خاصی مورد استفاده قرار می گیرند. اما این رویکرد جدید، مسیر های سیگنالینگ را مورد هدف قرار نمی دهد، بلکه به دنبال بازیابی فعالیت صحیح آن هاست. با به کاربردن مفاهیم ریاضی محض در زیست شناسی، محققان امیدوارند بتوانند اختلال های انتقال اطلاعات را که نیاز به اصلاح دارند، مشخص کرده و آن ها را تصحیح کنند.
