Livets logik gerordning åt gener
Det är svårt nog att få ett fotbollslag på elva personer att samverka och skapa ett ordnat spel – hur hade det sett ut om det hade funnits 25 000 spelare på planen? Hur skulle regelverket ha varit utformat och hur många domare hade krävts för att se till att reglerna efterlevdes? Vår egen arvsmassa består av just av ca 25 000 gener som ska samspela och bevisligen är sådana nätverk av gener mycket stabila och svåra att störa. Bland miljarder celler uppstår kaos endast i några få. Hur upprätthålles ordningen? En fråga som forskare har grubblat över ända sedan 1960-talet tycks nu ha besvarats av några teoretiska fysiker vid Lunds universitet.
I senaste numret av amerikanska Proceedings of the National Academy of Sciences visar professor Carsten Peterson och hans medarbetare Björn Samuelsson och Carl Troein hur detta är möjligt. Den amerikanske läkaren och forskaren Stuart Kauffman – en pionjär på området som gjorde ett första försök att lösa problemet redan 1967 – är medförfattare.
Många av de 25 000 generna i en cell är aktiva. I ett givet ögonblick producerar de ett protein eller också inte just då – för att uttrycka det med logisk terminologi från datorernas värld är en gen ”av” eller ”på”. Genen kan aktivera andra gener så att dessa slås på eller av. Det enklaste fallet är att två gener kan aktivera den tredje gen. För att aktivera denna tredje gen behöver kanske båda generna vara aktiva eller kanske bara den ena eller den andra.
– I ett sådant enkelt system finns det sexton olika möjliga regler i samspelet mellan generna, och väldigt många olika lösningar, säger professor Peterson. Det var sådana system som dr Kauffman började arbeta med; han antog att de olika lösningarna svarade mot olika celltyper. Detta skulle förklara hur man kunde ha samma DNA i alla celltyper. Tyvärr är systemen i realiteten betydligt mer komplicerade. Det kan vara åtskilliga gener som samarbetar för att aktivera en enda gen. Redan i fallet med tre aktiverande gener får man 256 regler. Antalet möjligheter i ett system med 25 gener blir fler än antalet atomer i det kända universum…
För att finna lösningarna som ger stabila system har Peterson och hans medarbetare främst utgått från genetikens försökskanin nummer ett: bananflugan. Där är mer känt om detaljerna i det genetiska nätverket än hos människan.
– Hos bananflugan har vi lyckats finna nästan 200 regler som är kanaliserande och som troligen är generella och även gäller för genetiska nätverk hos andra organismer, konstaterar Carsten Peterson. Med ”kanaliserande” menar vi att det finns en ingående gen som bestämmer värdet på den gen den aktiverar genom att vara av eller på. Andra ingående gener har i det läget ingen effekt på den påverkade genen. Det spelar ingen roll om de är av eller på.
Med kanaliserande regler visa det sig att nätverken blir stabila oavsett antal aktiverande gener, nätverkens storlek och starttillstånden för systemet.
Det kan tilläggas att när Stuart Kauffman först började arbeta med problemet använde han sig av hålkort. När problemet nu har lösts har det inte skett tack vare simuleringar i en kraftfull dator – det har räckt med observation och logiskt och matematiskt tänkande.
Kontaktinformation
För ytterligare information: Professor Peterson befinner sig f n i San Diego och nås under kontorstid på tel 001 858 534 0824. San Diego ligger tio timmar efter Sverige och Carsten Peterson brukar normalt komma till sitt kontor kl 7.30 lokal tid. Man kan även boka tid med honom för en intervju via e-post. Då är adressen Carsten@thep.lu.se
