link
 
HAKU
suomeksi in English
Biomedicum Helsinki 1 Haartmaninkatu 8
00290 Helsinki

Biomedicum Helsinki 2 Tukholmankatu 8
00290 Helsinki

puh. 0294 1911 / 09 4711
 
© 2020 Biomedicum Helsinki - säätiö
 
Olet tässä: Etusivu > Ajankohtaista
 

Matemaattiset mallit avaavat geneettistä koodia

 Num3rot-televisiosarja meilahtelaisittain: matemaatikot ratkovat rikosten sijasta geenien säätelyn salaisuuksia.

Biomedicum Helsingin viidennessä kerroksessa sijaitsevassa laskennallisen systeemibiologian laboratoriossa ei näy koeputkia, mikroskooppeja eikä soluviljelmiä. Tietokoneita sen sijaan on runsaasti.

- Aika usein minulta kysytään, mitä matemaatikoista, insinööreistä ja tietojenkäsittelijöistä koostuva ryhmä, tekee lääketieteellisessä tiedekunnassa. sanoo laboratorion johtaja, dosentti Sampsa Hautaniemi.

Sairauksien parantamiseen tässä genomibiologian tutkimusohjelmaan kuuluvassa laboratoriossa kuitenkin tähdätään: ryhmä tekee ja soveltaa laskennallisia menetelmiä biolääketieteelliseen tutkimukseen.

- Genominlaajuiset mittausmenetelmät tuottavat valtavasti dataa, jonka käsittelemisessä tarvitaan laskennallista osaamista - niin kokeen suunnittelussa kuin tulosten analysoinnissa, Hautaniemi selittää.
- Suunnitteluvaiheessa käydään läpi, mihin lääketieteellisiin kysymyksiin kokeilla haetaan vastauksia: sen jälkeen voidaan arvioida, miten koe kannattaa tehdä, jotta saadaan riittävästi oikeanlaista dataa vastausten saamiseksi - paljonko näytteitä tarvitaan, mitä muuttujia mitataan ja niin edelleen.

Ilman insinööritieteitä biolääketieteen uusien tutkimus- ja seulontamenetelmien tuottamien tietomassojan analysointi ja jalostaminen ei onnistu.

Hautaniemi puhuu systeemibiologialle tunnusomaisesta iteratiivisesta toimintatavasta: Ensin rakennetaan matemaattinen malli olemassa olevan tiedon ja omien havaintojen pohjalta. Mallin avulla luodaan uusia hypoteeseja, joita testataan erilaisin kokein. Tulosten perusteella alkuperäistä mallia muokataan ja luodaan jälleen uusi hypoteesi, joka testataan - ja niin edelleen.

- Prosessi jatkuu, kunnes mallit vastaavat todellisuutta niin hyvin, että niitä voidaan hyödyntää käytännössä. Tavoitteena on oppia ymmärtämään ja tarkastelemaan kokonaisvaltaisesti biologisia systeemejä, erityisesti soluviestintää tai geeninsäätelyä.

Matemaattisissa malleissa yhtälöt kuvaavat biokemiallisia reaktioita. Yksinkertaisimpia prosesseja pystytään mallintamaan muutamalla yhtälöllä, mutta esimerkiksi solujen signaalinvälitysketjujen mallintamisessa tarvitaan jopa satoja yhtälöitä - ja silloinkin puhutaan vain yhden viestintäverkoston mallintamisesta. Solussa proteiinit usein osallistuvat monen eri signaalinvälitysketjun toimintaan, ja koko systeemin ymmärtämiseksi pitäisi pystyä mallintamaan ja analysoimaan samanaikaisesti useita signaalinvälitysketjuja.

- Ehdottomasti tämä on nouseva tutkimusala: on nähty, että nykyisillä biolääketieteen tutkimusmenetelmillä saatava valtava datamäärä ei muutu patenteiksi, diagnostisiksi testeiksi tai lääkkeiksi ilman vahvaa laskennallista osaamista. Siksi tähän alaan panostetaan tällä hetkellä eri puolilla maailmaa hyvin vahvasti - myös Euroopassa.

SYNERGY tarjoaa paikan kärkijoukoissa

EU:n rahoittamissa systeemibiologian tutkimushankkeissa suomalaiset ovat vahvasti mukana. Maaliskuun alussa käynnistyi viimeisin alan hanke, EU:n FP7-puiteohjelmassa toimiva ERANET Systems Biology -haussa hyväksytty SYNERGY, jota Hautaniemi koordinoi.  Hankkeessa on mukana tutkijoita Helsingin yliopistosta ja Aalto-yliopistosta sekä Englannista, Hollannista ja Saksasta.

— Tämän hanke tarjoaa meillä paikan geeninsäätelyn mallintamisen eturintamassa. Tavoitteena on luoda menetelmiä, joilla pystytään pureutumaan geeninsäätelyyn aivan uudella tavalla – käytämme uusinta teknologiaa mittaamaan kaikki olennaiset muuttujat geeninsäätelyssä ja käsittelemme havainnot erittäin vahvoilla matemaattisilla menetelmillä. Suuri osa reilun kahden miljoonan euron budjetista menee  mittausten tekemiseen,  Hautaniemi kertoo.

 

 

Tekniikan tohtori Sampsa Hautaniemi on opiskellut Tampereen teknillisessä yliopistossa ja työskennellyt sen jälkeen Yhdysvalloissa NIH:ssa ja Massachusettsin teknillisessä korkeakoulussa MIT:ssa ennen kuin perusti oman tutkimusryhmän Helsingin yliopistoon vuonna 2006.


Teksti ja kuva: Päivi Lehtinen

Matemaattiset mallit avaavat geneettistä koodia

 Num3rot-televisiosarja meilahtelaisittain: matemaatikot ratkovat rikosten sijasta geenien säätelyn salaisuuksia.

Biomedicum Helsingin viidennessä kerroksessa sijaitsevassa laskennallisen systeemibiologian laboratoriossa ei näy koeputkia, mikroskooppeja eikä soluviljelmiä. Tietokoneita sen sijaan on runsaasti.

- Aika usein minulta kysytään, mitä matemaatikoista, insinööreistä ja tietojenkäsittelijöistä koostuva ryhmä, tekee lääketieteellisessä tiedekunnassa. sanoo laboratorion johtaja, dosentti Sampsa Hautaniemi.

Sairauksien parantamiseen tässä genomibiologian tutkimusohjelmaan kuuluvassa laboratoriossa kuitenkin tähdätään: ryhmä tekee ja soveltaa laskennallisia menetelmiä biolääketieteelliseen tutkimukseen.

- Genominlaajuiset mittausmenetelmät tuottavat valtavasti dataa, jonka käsittelemisessä tarvitaan laskennallista osaamista - niin kokeen suunnittelussa kuin tulosten analysoinnissa, Hautaniemi selittää.
- Suunnitteluvaiheessa käydään läpi, mihin lääketieteellisiin kysymyksiin kokeilla haetaan vastauksia: sen jälkeen voidaan arvioida, miten koe kannattaa tehdä, jotta saadaan riittävästi oikeanlaista dataa vastausten saamiseksi - paljonko näytteitä tarvitaan, mitä muuttujia mitataan ja niin edelleen.

Ilman insinööritieteitä biolääketieteen uusien tutkimus- ja seulontamenetelmien tuottamien tietomassojan analysointi ja jalostaminen ei onnistu.

Hautaniemi puhuu systeemibiologialle tunnusomaisesta iteratiivisesta toimintatavasta: Ensin rakennetaan matemaattinen malli olemassa olevan tiedon ja omien havaintojen pohjalta. Mallin avulla luodaan uusia hypoteeseja, joita testataan erilaisin kokein. Tulosten perusteella alkuperäistä mallia muokataan ja luodaan jälleen uusi hypoteesi, joka testataan - ja niin edelleen.

- Prosessi jatkuu, kunnes mallit vastaavat todellisuutta niin hyvin, että niitä voidaan hyödyntää käytännössä. Tavoitteena on oppia ymmärtämään ja tarkastelemaan kokonaisvaltaisesti biologisia systeemejä, erityisesti soluviestintää tai geeninsäätelyä.

Matemaattisissa malleissa yhtälöt kuvaavat biokemiallisia reaktioita. Yksinkertaisimpia prosesseja pystytään mallintamaan muutamalla yhtälöllä, mutta esimerkiksi solujen signaalinvälitysketjujen mallintamisessa tarvitaan jopa satoja yhtälöitä - ja silloinkin puhutaan vain yhden viestintäverkoston mallintamisesta. Solussa proteiinit usein osallistuvat monen eri signaalinvälitysketjun toimintaan, ja koko systeemin ymmärtämiseksi pitäisi pystyä mallintamaan ja analysoimaan samanaikaisesti useita signaalinvälitysketjuja.

- Ehdottomasti tämä on nouseva tutkimusala: on nähty, että nykyisillä biolääketieteen tutkimusmenetelmillä saatava valtava datamäärä ei muutu patenteiksi, diagnostisiksi testeiksi tai lääkkeiksi ilman vahvaa laskennallista osaamista. Siksi tähän alaan panostetaan tällä hetkellä eri puolilla maailmaa hyvin vahvasti - myös Euroopassa.

SYNERGY tarjoaa paikan kärkijoukoissa

EU:n rahoittamissa systeemibiologian tutkimushankkeissa suomalaiset ovat vahvasti mukana. Maaliskuun alussa käynnistyi viimeisin alan hanke, EU:n FP7-puiteohjelmassa toimiva ERANET Systems Biology -haussa hyväksytty SYNERGY, jota Hautaniemi koordinoi.  Hankkeessa on mukana tutkijoita Helsingin yliopistosta ja Aalto-yliopistosta sekä Englannista, Hollannista ja Saksasta.

— Tämän hanke tarjoaa meillä paikan geeninsäätelyn mallintamisen eturintamassa. Tavoitteena on luoda menetelmiä, joilla pystytään pureutumaan geeninsäätelyyn aivan uudella tavalla – käytämme uusinta teknologiaa mittaamaan kaikki olennaiset muuttujat geeninsäätelyssä ja käsittelemme havainnot erittäin vahvoilla matemaattisilla menetelmillä. Suuri osa reilun kahden miljoonan euron budjetista menee  mittausten tekemiseen,  Hautaniemi kertoo.

 

 

Tekniikan tohtori Sampsa Hautaniemi on opiskellut Tampereen teknillisessä yliopistossa ja työskennellyt sen jälkeen Yhdysvalloissa NIH:ssa ja Massachusettsin teknillisessä korkeakoulussa MIT:ssa ennen kuin perusti oman tutkimusryhmän Helsingin yliopistoon vuonna 2006.


Teksti ja kuva: Päivi Lehtinen