«В каком-то смысле рак можно рассматривать как информационную болезнь», – говорит Каролина Зиели?ска, научный сотрудник отдела трансляционных исследований в онкогематологии (CRTOH) медицинского факультета UNIGE и первый автор этой работы. «Но в то время как онкогенная сила чрезмерно или недостаточно активированных сигнальных путей становится хорошо известна, точные механизмы остаются довольно загадочными."Как действительно клетки принимают решения на основе информации, которую они воспринимают – или больше не воспринимают?? «Иногда одной биологии недостаточно, чтобы все расшифровать», – объясняет Владимир Катанаев, профессор CRTOH, руководивший исследованием.
Погрешность измерения
В конце 1940-х годов американский математик Клод Шеннон разработал вероятностную теорию для количественной оценки информации, передаваемой в наборе сообщений по зашумленному каналу связи. Эта теория позволила разработать современные системы связи и компьютеры. Это также основа для множества приложений, таких как сжатие и передача данных, криптография и искусственный интеллект. «Но любопытно, что теория Шеннона не нашла большого применения в области передачи сигналов клеток», – говорит Каролина Зиели?ска, который одновременно математик и биолог. «Наша идея состоит в том, чтобы использовать этот мощный инструмент для изучения решений, принимаемых больными клетками, и сравнения их с решениями, принимаемыми здоровыми клетками."
Теория информации использует теорию вероятностей как фундаментальный инструмент. Его основная концепция, называемая энтропией, направлена на измерение неопределенности случайных величин. "Если, например, мы подбросим монету, монета может случайно упасть орлом или решкой, поэтому результат будет неопределенным. Теперь представьте монету с двумя одинаковыми гранями: результат определен, а энтропия равна нулю. Таким образом, энтропия оценивает степень неопределенности случайной величины.
Применительно к связи энтропия указывает количество информации, необходимое получателю, чтобы однозначно определить, что передал источник."
От математики к биологии
Применительно к передаче сигналов клетками теория информации позволяет изучить, как клетки обрабатывают информацию, которую они получают из окружающей среды.
Когда клетка получает стимул – информацию – из окружающей среды, какие концентрации информации клетка может обработать без ошибок? Зная реакцию клетки, можем ли мы различать разные стимулы, чтобы оценить, какой из них вызвал этот конкретный ответ??
Эти вопросы важны в области рака. Действительно, раковые клетки могут быть не в состоянии обрабатывать информацию из окружающей среды, а также здоровые клетки, и начинают размножаться и делиться, когда в этом нет необходимости.
Теперь исследователи проверит обоснованность своего подхода, изучив, как клетки рака груди и легких обрабатывают информацию из окружающей среды. Действительно, современные методы лечения обычно направлены на удаление или полное подавление определенных сигнальных путей, несмотря на значительные побочные эффекты. «Предлагаемый нами новый подход направлен не на отключение сигнальных путей, а, скорее, на восстановление их нормальной активности», – говорит Владимир Катанаев. «Применяя чисто математические концепции к биологии, мы надеемся выявить сбои передачи информации, которые необходимо исправить, чтобы исправить их."