Bionetværk og komplekse systemer – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Forskning > Biofysik > Bionetværk og kompleks...

Bionetværk og komplekse systemer

Det ligner kaos og tilfældigheder, men ved at udvikle dynamiske computermodeller kan forskerne opklare strukturen af forbindelsesvejene, og de har opdaget, at alle de mange forskellige slags netværk har fælles egenskaber i den grundlæggende struktur - fra verdensomspændende kommunikationsnetværk helt ned til cellernes netværk af signalstoffer. Forskningen er med til at opklare, hvordan bestemte proteiner skaber en kæde af reaktioner i et biokemisk netværk inde i cellen. Kaos-teorierne kan sågar give viden om aktiekurserne på det finansielle marked.

Turbulens i væsker laver forskerne også modeller for. Når en væske strømmer gennem en forsnævring sker der turbulens og der opstår hvirvler, og når væsker varmes op, dannes der bobler. Det ser kaotisk, tilfældigt og rodet ud, men det viser sig at være organiseret rod, for ved hjælp af matematiske modeller kan forskerne udregne orden i kaos. Den slags indsigt i væskedynamik og turbulens er ekstremt vigtig til f.eks. vejrforudsigelser.

Livets netværk kan man kalde biofysikkens forskningsområde, som er et felt i rivende udvikling. Indenfor molekylærbiologien opsamles en kolossal mængde data, som de nærmest er ved at drukne i, og her kan man komme ind som fysikere, der er vældigt gode til at udarbejde matematiske modeller for de biokemiske netværk i cellerne. Modellerne giver et overblik over, hvad det er der sker, og hvordan de kemiske reaktioner påvirker nye kemiske reaktioner i et kredsløb af reaktions-mønstre.

Celler har brug for et væld af næringsstoffer til sine livsprocesser, og der er et komplekst biokemisk netværk af proteiner, der sender signaler frem og tilbage til hinanden i cellen. Forskergruppen har især undersøgt tre proteiner, der er ekstremt vigtige for at sikre sunde celler. Proteinerne indgår i et netværk af signalstoffer, der blandt andet skal sørge for, at en celle, der er blevet beskadiget på sit arvemateriale, begår 'selvmord' for at hindre de syge celler i at formere sig i kroppen.

Cellers skjulte hukommelse kan vækkes til live og bevirke, at en egenskab, som ikke var der før, pludselig er til stede. Forskerne har undersøgt mekanismerne bag den slumrende cellehukommelse og fundet ud af, at svaret ligger i DNA-strengens omgivelser. DNA-strengen snor sig rundt om nogle proteinkomplekser, som har en meget vigtig betydning, idet de via vekselvirkning er med til at bestemme, om det stykke på DNA-strengen, som det er i berøring med, bliver aktivt eller passivt.

Chok-ændringer i omgivelserne såsom akut mangel på livsnødvendigheder kan stresse et levende system, og hvordan reagerer 'systemet' på omvæltningerne og den nye situation? Det har forskerne undersøgt ved at studere bakteriers reaktioner på akut mangel på det livsnødvendige stof - jern. Det, at få indblik i, hvordan bakterier reagerer på chok-ændringer i omgivelserne, giver en basal viden om, hvad der sker i vores egne celler og vores egen krop.

Center for Models of Life >>