Matematik avslöjar hur storleken av cellulära komponenter regleras

Cellbiologiska system är komplexa med många olika komponenter som påverkar deras beteenden. Att intuitivt enbart från experiment resonera sig fram till hur dessa system kommer att bete sig är svårt, men med hjälp av matematiska verktyg kan man bygga modeller för att analysera hur cellsystemen fungerar. Sebastian har samarbetet med experimentalister i Tyskland och tillsammans har de stegvis undersökt hur cellulära komponenter reglerar sin storlek och fått fram en bra beskrivning som stämmer med data.

Bild

– Reglering av storleken av cellulära komponenter sker i de flesta celler, och om denna process inte fungerar som planerat ökar risken för flera sjukdomar och för tidigt åldrande. Vi ville förstå de olika strategier som cellerna använder för att påverka sin storlek, och modelleringen behövdes då det är så svårt att resonera kring de här processerna. Det slutliga målet är läkemedel ska kunna utvecklas baserade på kunskaper om cellernas regularisering.

Ny programvara för att hantera olika slags modeller

För att kunna simulera biologiska dynamiska modeller måste man använda datorer. Då varje modell man bygger är en hypotes och ens initiala hypoteser brukar vara fel, behöver man oftast arbeta med och simulera många olika modeller. Så, ju snabbare man kan validera om en modell fungerar, desto snabbare kan man bedriva sin forskning. För att göra det lättare att jobba med dynamiska modeller har Sebastian utvecklat ny programvara. Kriterierna var dels att den skulle vara snabb, och dels att den skulle vara flexibel.

Flexibiliteten är viktig för att kunna utforska nya forskningsområden. Till exempel, idag arbetar man antingen med mekanistiska modeller eller med datadrivna modeller och båda har sina fördelar och nackdelar. Tanken med Sebastians programvara är att man ska kunna kombinera båda sorternas modeller i samma system för att kompensera för bristerna med varje tillvägagångssätt. Programvarorna PEtab.jl och SBMLImporter.jl ligger som open source sedan våren 2023 och blir mer och mer använda, både av akademi och industri, och byggs på kontinuerligt.

Forskning – frustrerande och tillfredsställande

Sebastian har alltid gillat matematik men ville se en tillämpning för det och läste därför ett civilingenjörsprogram med inriktning mot bioteknik. Han insåg under kandidaten att experiment inte var hans grej, och gjorde sitt kandidatarbete i Marija Cvijovics systembiologigrupp. Där blev han kvar och började doktorera veckan efter att ha försvarat sin mastersuppsats. Att han har både matematiken och biologin med sig har varit väldigt användbart för att kunna kommunicera med experimentalister, och för att förstå litteraturen för de system han studerar.

– Det har över lag varit väldigt kul att doktorera men också väldigt ansträngande. Skolan är så väldefinierad, forskning något hela annat och när jag började tänkte jag inte så mycket på hur klurigt det kan vara när det inte finns några färdiga svar. Man måste misslyckas många gånger för att inse vad som inte fungerar, och det kan vara frustrerande, men också väldigt tillfredsställande när det fungerar och man gör nya upptäckter.

Nu väntar en välbehövlig paus innan Sebastian i mars flyttar till London för fyra års postdoktorstjänst på The Francis Crick Institute, som är ett biomedicinskt forskningscentrum. Där ska han utforska hybridmodeller av just mekanistiska och datadrivna modeller för att studera cellcykeln och försöka förstå hur den regleras av sin omgivande cellmiljö. Det är fortfarande systembiologisk grundforskning, med målet att det ska leda till bättre medicinska behandlingar i framtiden.