Kan en biolog laga en radio?

2014-11-24

Den frågan ställde Yuri Lazebnik 2002. Lazebnik tänkte sig en hypotetisk biolog som aldrig sett en radio förr. Radion är en analogi till de celler och organismer vars informationsbearbetning vi försöker förstå. I biologin måste vi försöka avkoda och rekonstruera kopplingsschemat utan förkunskaper om delarnas funktion och inbördes relationer. Biologens främsta angreppssätt är att manipulera en del i taget, oftast genom att försätta den ur funktion – gener kan tystas, enzymer kan hämmas, receptorer kan blockeras – och sedan observera vad som händer.

Vad skulle då biologen lära sig om radion? Lazebnik föreställer sig att biologen mer eller mindre slumpmässigt skulle ta bort olika delar av radion, en i sänder, och kanske först upptäcka att kabeln till antennen är essentiell. Kabeln skulle då få ett funktionellt deskriptivt namn (kanske ”serendipitously recovered component” eller src). Snabbt skulle man vidare upptäcka att antennen är nödvändig, att den bör vara av metall, och helst så lång som möjligt. En evolutionär förklaring skulle genast inställa sig för att förklara att antennen är utdragbar.

Men något riktigt kopplingsschema skulle det inte bli på länge. Biologen tänker i modeller som motsvarar metodernas förklaringskraft, och har svårt att nå fram till informationsbearbetningens principer. Biologens modeller är ofta lågdimensionella och linjära. A ger B. B hämmar C. Och så vidare. Och det duger utmärkt för att beskriva vissa system. Men inte alla. Tag till exempel tumörsuppressorn p53, utan tvivel ett av världens mest undersökta proteiner. Det var känt i flera år att p53 inducerar ett annat protein, MDM2, som i sin tur hämmar uttrycket av p53. En negativ feedback-mekanism, således. Cell- och tumörbiologer tänkte sig att MDM2 hindrar celler från att uttrycka för mycket p53. Kanske skulle de annars alltför lättvindigt gå in i apoptos, en slags programmerad celldöd.

Principen för informationsbearbetning i samspelet mellan dessa två proteiner klarlades på riktigt först när Galit Lahav visade att de bildar en slags oscillator. Om p53-uttrycket går upp, så bildas snart MDM2 som sänker uttrycket igen. Därför uttrycks p53 i pulser. Det verkar som att signalens styrka avgörs av hur många pulser som sänds, inte av det absoluta uttrycket av p53. Den lågdimensionella linjära modellen ersattes av en mera dynamisk förståelse. Plötsligt blev det nödvändigt att omvärdera tusentals tidigare rapporter.

En bra modell behöver inte nödvändigtvis uttryckas matematiskt. Men ju bättre vi förstår det vi studerar, desto mera komplexa blir modellerna, och då ökar behovet av matematik. För att konstruera bra experiment måste våra teorier och hypoteser ligga precis framför vad vi experimentellt kan utröna. Forna tiders biologer utvecklade en sund skepsis mot matematiska modeller därför att de ofta var alltför beroende av mer eller mindre godtyckliga antaganden som inte kunde bekräftas eller förkastas. Ragnar Granit hör till dem som tydligt givit uttryck för denna inställning (Ung mans väg till Minerva, 1958). Men idag inställer sig ofta det motsatta problemet: att metoderna springer före teorin.

Därför blir det allt viktigare att kunna formulera modeller med matematikens hjälp. När den framstående bioingenjören Andrzej Werynski år 2007 promoverades till hedersdoktor vid Karolinska institutet sade han i sitt tacktal att det har sina fördelar att samarbeta med medicinare, även om de inte talar naturens språk – det vill säga förmår att formulera dynamiska processer matematiskt. Jag tror att det kommer att bli allt tydligare att effekter som kan observeras i vår biologiska materia bäst kan förstås som informationsbearbetning och att lexikalisk-matematisk tvåspråkighet lönar sig för forskare.

Ta del av information om behandlingen av dina personuppgifter