Каждая клетка человеческого тела подобна миниатюрному компьютеру. По сути, вся её жизнедеятельность сводится к обработке и реализации информации, хранящейся в генах. Когда в этих процессах происходят сбои, развиваются разные болезни, в том числе рак. Поэтому современная онкология все сильнее выходит за рамки биологии и использует возможности теории информации, математической теории.
Для того чтобы человек был здоров и хорошо себя чувствовал, важно, чтобы все клетки его тела правильно воспринимали внешние условия и приспосабливались к ним. Каждая клетка должна функционировать не сама по себе, а подчиняться химическим сигналам, которые посылают её соседи, нервная, эндокринная система.
Нарушение в процессах обработки этой информации может привести к тому, что клетка выходит из-под контроля и начинает жить «для себя» — становится раковой. Для того чтобы разобраться в этих процессах, недостаточно одной биологии. Например, ученые из Женевского университета в Швейцарии предлагают активнее задействовать теорию информации и математическую теорию. Авторы недавно опубликованной научной работы считают, что такой подход может сильно изменить онкологию.
Каролина Зелиска (Karolina Zieliska), первый автор исследования, отмечает:
В некотором смысле рак можно рассматривать как «информационную болезнь». В настоящее время известно, что основная «онкогенная сила» — это чрезмерная или недостаточная активация молекулярных сигнальных путей. Но конкретные механизмы пока еще остаются слабо изученными и во многом неизвестными.
Интеллектуальная собственность https://www.euroonco.ru
Как измерить неопределенность?
В конце 1940-х годов американский математик Клод Шеннон (Claude Shannon) разработал вероятностную теорию для количественной оценки информации, передаваемой в виде набора сообщений по каналу связи, находящемуся под воздействием электрических шумов. Без этой теории человечество не смогло бы создать современные системы связи и компьютеры. Кроме того, идеи Шеннона сыграли огромную роль в развитии сжатия и передачи данных, криптографии, искусственного интеллекта.
Теорию Шеннона активно применяют в различных устройствах, но мало кто пытался рассмотреть её возможности в биологии. Швейцарские ученые решили использовать её для того, чтобы оценить, как «принимают решения» здоровые и пораженные патологическим процессом клетки.
В качестве фундаментального инструмента теория информации использует теорию вероятности. Её основная концепция, называемая энтропией (простыми словами — «хаос», «беспорядок»), используется для измерения неопределенности случайных величин.
Ученые объясняют это так. Представьте, что у вас есть игральная кость, на гранях которой нанесены цифры от 1 до 6. Вы бросаете её, и не знаете заранее, какое число выпадет. В этом есть неопределенность. А теперь представьте, что на всех гранях нанесена цифра 1. При каждом броске результат будет одинаков. Неопределенности нет, энтропия равна нулю. Применительно к связи энтропия показывает количество информации, необходимой для того, чтобы получатель однозначно понял, что передал источник.
От математики к биологии
В биологии теория информации помогает давать ответы на многие важные вопросы, например:
- Как клетки обрабатывают информацию, которую они получают из своего окружения?
- Какие объемы информации клетка может обработать, не совершая ошибок?
- Какой именно из известных стимулов вызвал наблюдаемую ответную реакцию со стороны клетки?
Ответы на эти вопросы могут сильно помочь онкологам. Раковая клетка перестает правильно обрабатывать информацию. Она не понимает, чего от неё хочет организм, продолжает размножаться, когда в этом нет необходимости.
Наиболее современные классы противоопухолевых препаратов — таргетные препараты, иммунопрепараты, — полностью блокируют сигнальные пути, работа которых нарушена при раке. Это лучше, чем химиопрепараты, без разбору уничтожающие все быстро размножающиеся клетки. Тем не менее, эти сигнальные пути работают и в нормальных клетках, поэтому таргетные препараты тоже могут вызывать побочные эффекты.
Авторы научной работы из Швейцарии считают, что теоретически сигнальные пути можно не блокировать, а восстанавливать их правильную работу. А математика поможет выявить, где произошли информационные сбои, которые нужно устранить. Возможно, в будущем онкологических пациентов будут лечить именно так, и это будет намного эффективнее. Но пока ученые еще только начинают заниматься этими технологиями в теории.
Тем не менее, уже сегодня существуют довольно эффективные противоопухолевые препараты, появляются новые. Даже при запущенном раке, когда опухоль нельзя удалить полностью, пациенту можно помочь — продлить его жизнь, купировать мучительные симптомы. Врачи в Европейской клинике знают, как помочь. Свяжитесь с нами.
Источник: sciencedaily.com.
Читайте также:
круглосуточно
и событий клиники
