MANILA, Philippines — Madalas na umaasa ang mga siyentipiko sa mga modelo ng matematika upang maunawaan kung paano nagkakaroon ng mga sakit at kung paano gumagana ang mga biological system. Ngunit kapag ang iba’t ibang grupo ng pananaliksik ay bumuo ng mga modelo para sa parehong proseso, ang paghahambing sa mga ito ay maaaring maging mahirap, na nag-iiwan ng mga hindi nasagot na tanong tungkol sa kung aling mga natuklasan ang tunay na pare-pareho sa mga pag-aaral.
Ang isang pangkat ng mga Pilipinong mathematician ay nakabuo ng isang bagong pamamaraan na makakatulong sa pagtugon sa problemang iyon.
Ipinakilala ng mga mananaliksik mula sa University of the Philippines Diliman College of Science Institute of Mathematics (UPD-CS IM) at De La Salle University ang Common Species Embedded Networks (CSEN) analysis, isang mathematical approach para sa mas epektibong paghahambing ng mga reaction network at pag-alis ng mga koneksyon na maaaring hindi agad makita.
Sinabi ng mga mananaliksik na ang pamamaraan ay maaaring makatulong sa mga siyentipiko na pinuhin ang mga biological na modelo at makilala ang mas maaasahang mga target para sa hinaharap na pananaliksik sa gamot.
Ang pag-aaral ay pinangunahan ni Bryan Hernandez ng UPD-CS IM, kasama sina Patrick Vincent Lubenia at Eduardo Mendoza ng Center for Natural Science and Environmental Research ng De La Salle University.
Paghahambing ng iba’t ibang pananaw
Ang mga network ng reaksyon ay mga representasyon sa matematika kung paano nakikipag-ugnayan ang mga sangkap gaya ng mga protina, molekula at kemikal sa loob ng isang biological system. Binubuo nila ang pundasyon ng maraming modelong ginagamit sa system biology at kadalasang ginagamit kahit na hindi available ang detalyadong pang-eksperimentong data. Gayunpaman, ang isang hamon ay ang mga mananaliksik ay madalas na bumuo ng iba’t ibang mga network ng reaksyon upang ilarawan ang parehong biological na proseso.
“Sa larangan ng system biology, ang iba’t ibang mga mananaliksik ay madalas na nagmumungkahi ng iba’t ibang mga network ng reaksyon upang ilarawan ang parehong biological na proseso. Sa kasaysayan, mahirap din na ihambing ang mga modelong ito dahil sila ay madalas na itinuturing bilang ganap na magkahiwalay na mga entity, na gumagamit ng iba’t ibang hanay ng mga variable at reaksyon, “sabi ni Hernandez.
Upang matugunan ito, binuo ng mga mananaliksik ang pagsusuri ng CSEN, isang pamamaraan na nakatuon sa mga species na ibinahagi ng iba’t ibang mga network ng reaksyon at sinusuri kung paano nauugnay ang mga network na iyon sa isa’t isa.
“Gumagana ang pamamaraan sa pamamagitan ng paghihiwalay muna sa mga network na ‘naka-embed’ sa loob ng mga modelo na kinasasangkutan lamang ng mga karaniwang species. Para sa mga reaksyon na hindi magkapareho, sinusuri ng pamamaraan ang ‘mga pagbabagong’ — mga mathematical na link na maaaring magpaliwanag kung paano maaaring magdulot ng pagkakapantay-pantay ang isang set ng reaksyon sa pagitan ng mga system na may pinagbabatayan na mga naka-embed na network,” sabi ni Hernandez.
Pagsubok sa pamamaraan
Ipinakita ng koponan ang pamamaraan gamit ang Wnt signaling pathway, isang mahalagang biological system na kasangkot sa pag-unlad ng embryonic, komunikasyon ng cell at pagpapanatili ng tissue.
Sa paglipas ng mga taon, ang mga siyentipiko ay nagmungkahi ng ilang mathematical na modelo ng Wnt signaling. Bagama’t ang mga modelong ito ay naglalayong ilarawan ang parehong biyolohikal na proseso, kadalasang naiiba ang mga ito sa istraktura, na ginagawang mahirap ang mga direktang paghahambing.
Gamit ang pagsusuri ng CSEN, sinuri ng mga mananaliksik ang ilang mga naitatag na modelo ng Wnt signaling na binuo ni Lee, Schmitz, MacLean at Feinberg.
Ang kanilang mga natuklasan ay nagpakita na ang ilang mga modelo na dating itinuturing na naiiba ay mas malapit na nauugnay kaysa sa inaasahan. Sa ilang mga kaso, ang mga network ng reaksyon na lumitaw na naiiba ay natagpuan na nagbabahagi ng mga pagkakatulad sa istruktura sa pamamagitan ng mga tiyak na pagbabagong matematika.
Nakatulong din ang pamamaraan na tukuyin ang mga kaso kung saan walang ganoong relasyon.
Ayon sa mga mananaliksik, nagbibigay ito ng isang mas malinaw na larawan kung paano nauugnay ang iba’t ibang mga modelo sa isa’t isa at maaaring magbunyag ng mga koneksyon na maaaring makaligtaan ng mga tradisyonal na pamamaraan ng paghahambing.
Pagtingin sa kabila ng katatagan
Pinagsasama ng diskarte ang dalawang pangunahing ideya. Ang una ay ang pag-embed ng network, na pinapasimple ang isang kumplikadong network ng reaksyon sa pamamagitan ng pagtutok lamang sa mga species na ibinabahagi sa mga modelo.
Ang pangalawa ay ang paghahambing sa istruktura, na sinusuri kung ang iba’t ibang mga modelo ay nauugnay sa mga pagbabagong matematikal o kung ang isang modelo ay kumakatawan sa isang mas detalyadong bersyon ng isa pa.
“Ang mga tradisyonal na diskarte ay kadalasang nagtatangi sa pagitan ng mga modelo batay sa mga partikular na katangian, tulad ng kung mayroon silang isang pangmatagalang estado (mono-stationarity) o ang kapasidad para sa maramihang pangmatagalang estado (multi-stationarity). Iba ang CSEN dahil tinitingnan nito ang pinagbabatayan na istraktura at dynamic na equivalence,” sabi ni Hernandez.
Para sa mga modelo ng Wnt signaling, ang pagsusuri ay gumawa ng isang kawili-wiling resulta. Ang ilang mga modelo na matagal nang itinuturing na pangunahing naiiba dahil sa kanilang mga katangian ng katatagan ay naging may mga pinagbabatayan na pagkakatulad sa istruktura.
Ang paghahanap ay nagmumungkahi na ang mga modelo ay maaaring maging mas malapit na konektado kaysa sa dating pinaniniwalaan, kahit na iba ang hitsura ng mga ito sa ibabaw.
Mga potensyal na aplikasyon
Habang ipinakita ng mga mananaliksik ang pamamaraan gamit ang Wnt signaling, sinabi nila na ang mga potensyal na aplikasyon nito ay umaabot nang higit pa sa isang solong biological pathway.
“Habang ipinakita namin ang paggamit nito sa Wnt signaling, maaari itong ilapat sa anumang sistema na kinakatawan ng mga network ng reaksyon. Kabilang dito ang iba pang mga biological pathway, tulad ng insulin signaling o metabolismo, pati na rin ang mga potensyal na non-biological network tulad ng mga proseso ng chemical engineering o ecological na mga modelo,” sabi ni Hernandez.
Nabanggit ng mga mananaliksik na ang pagsusuri ng CSEN ay maaaring makatulong sa mga siyentipiko na pinuhin ang mga umiiral na modelo sa pamamagitan ng pagtukoy kung aling mga bahagi ang natatangi at kung alin ang maaaring kalabisan.
Maaari rin nitong suportahan ang mga pagsisikap na tukuyin ang mga promising therapeutic target.
Kung patuloy na tinutukoy ng maraming modelo ang parehong pakikipag-ugnayan bilang isang mahalagang driver ng isang sakit, sa kabila ng mga pagkakaiba sa kanilang mga pangkalahatang istruktura, maaaring magkaroon ng higit na kumpiyansa ang mga mananaliksik na ang pakikipag-ugnayan ay nangangailangan ng karagdagang pagsisiyasat bilang potensyal na target ng gamot.
Ang pag-aaral, na pinamagatang “Embedding-based na paghahambing ng mga network ng reaksyon ng Wnt signaling,” ay na-publish sa MATCH Communications sa Mathematical at sa Computer Chemistry, isang open-access na journal na naglalathala ng orihinal na pananaliksik at mga pagsusuri sa mga pamamaraan ng matematika at ang kanilang mga aplikasyon sa mga problema sa kemikal.
Para sa mga mananaliksik, ang gawain ay nag-aalok ng isang bagong paraan upang ihambing ang mga biological na modelo na tradisyonal na napagmasdan nang hiwalay, na potensyal na tumutulong sa mga siyentipiko na mas maunawaan ang mga kumplikadong sistema at gumawa ng mas malakas na paggamit ng dumaraming bilang ng mga modelo na magagamit sa buong agham ng buhay. /dm
MGA KAUGNAY NA KWENTO
Ang NASA astronaut ay nagsasagawa ng eksperimento sa kalawakan ng mga estudyanteng Pilipino
Ang mga chemist ng UP ay bumuo ng AI tool upang makatulong na labanan ang antimicrobial resistance
Pag-aaral ng UPOU: Maaaring makatulong ang mga ligaw na halaman na mabuhay ang mga komunidad na tinamaan ng sakuna
