Wiskunde helpt toevalsprocessen in cellen te begrijpen

Publication date: 10-02-2011



Maciej Dobrzyński, promovendus van het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) in Amsterdam, ontwikkelde wiskundige gereedschappen om de rol van toevalsprocessen in cellen te bestuderen. Op 13 januari 2011 promoveerde hij op zijn proefschrift ‘Molecules in Motion: a theoretical study of noise in gene expression and cell signaling’ aan de Universiteit van Amsterdam. Biochemisch toeval kan ervoor zorgen dat bacteriën resistent worden voor antibiotica of dat kankercellen chemotherapie overleven. Dobrzyński bepaalde met wiskundige analyses onder welke omstandigheden toevallige effecten in een cel vermeden kunnen worden en wanneer organismen er profijt van hebben. Na experimenteel onderzoek kunnen de nieuwe inzichten mogelijk bijdragen aan het ontwikkelen van behandelingen tegen resistente bacteriën of kwaadaardige tumoren.

Begrip van complexe biochemische processen in levende organismen is nodig voor de ontwikkeling van gepersonaliseerde medicijnen, het gebruik van micro-organismen om giftig afval te neutraliseren of om humane insuline te maken. De omzetting van deze kennis in mathematische vergelijkingen helpt om het gedrag van organismen te voorspellen met behulp van computers, zonder echte experimenten. Dit is niet eenvoudig. Zelfs een enkele minuscule biologische cel bevat miljoenen moleculen die in duizenden chemische reacties met elkaar reageren.

Biochemie in zo’n volle kleine cel moet goed gecoördineerd worden in tijd en ruimte opdat een organisme zich ontwikkelt en functioneert; een fout in het herkennen van voedsel of een giftige stof kan catastrofaal zijn voor een levend wezen. Sommige fouten of onnauwkeurigheden komen voort uit toevallige effecten die onvermijdelijk zijn in zo'n klein systeem. Dobrzyński stelt dat theorieën zoals de zijne kunnen worden gebruikt om deze processen te beïnvloeden en te onderbreken. Zijn werk draagt bij aan het begrip van de fundamentele principes die verantwoordelijk zijn voor variabiliteit tussen bacteriële of kankercellen.

 

Meer informatie: http://www.macdobry.net
Promotoren: prof. dr. J.G. Verwer(CWI en UvA) en prof. dr. H.V. Westerhoff (VU)
Illustratie: Shutterstock