23. august: Informatiske utfordringer innen medisin og helse

Oppsummering skrevet av Morten Dæhlen:

IKT-systemer finnes overalt i samfunnet og vi opplever en eksplosjon i tilgangen på billig regnekraft og lagringskapasitet. En liten illustrasjon på dette er at den samlede lagringskapasiteten på alle UiOs datamaskiner i 1980 får du på en minnepinne i dag! Denne utviklingen endrer de fleste fagområder, og den neste store IKT-baserte revolusjonen kommer innen biologi og medisin. Store datamengder som beskriver biologiske og medisinske fenomener samles inn.  Dybden i de observasjonene og målingene som gjøres blir stadig større, og vi vil i løpet  av de neste årene finne svarene på mange ubesvarte biologiske og medisinske spørsmål. For å gjøre dette må det utvikles metoder og IKT-verktøy for å sammenstille data og ikke minst forstå de komplekse sammenhenger som ligger i det innsamlede datamaterialet. IKT endrer spillereglene for hvordan vi tenker på utfordringer innen helse, medisin, matproduksjon, miljø, osv.

DNA (deoksyribonukleinsyre) er materialet som våre gener er bygget opp av, eller sagt på en annen måte; gener er små pakker av koder innenfor DNA. Kodene beskrives som strenger av såkalte baser som betegnes A, T, C og G. Disse basene forekommer alltid i par A-T og C-G. Rekkefølgen på en sekvens av basepar, samt lengden på denne sekvensen beskriver et gen. Et gen er en oppskrift på et protein, og samlingen av alle gener som finnes i DNAet kalles gjerne for organismens “kokebok”. Proteiner er en av de grunnleggende bestanddelene for alt liv, og litt forenklet kan man si at de er drivere av alle prosesser i kroppen. Maten vi spiser blir omgjort til energi  ved hjelp av proteiner, proteiner er viktig for oppbygging og funksjon av skjelett og muskler, proteiner er i virksomhet når vi tenker, osv. Men proteiner er også aktive i prosesser  som skaper sykdom, f.eks. kreft.

DNA-feil er vanlig og de fleste feil blir rettet opp ved at det finnes gener som gjør at cellene dør en naturlig død. Et typisk eksempel er hudceller som dør ved at man soler seg. Solingen ødelegger DNAet i en celle som i sin tur finner ut at nå er jeg så dårlig at jeg lar denne cellen dø. En ny celle kommer til ved at andre, fortrinnsvis friske celler, kopier seg selv. Evnen til å kpoiere seg selv er også “programmert” inn i DNAet gjennom genene. Kreft er en kombinasjon av mange DNA-feil og kreftcellene er kroppens ultimate fiende fordi de utgir seg for å være friske celler, eller sagt på en annen måte; omgivelsen i kroppen tror kreftcellene er friske celler. Derfor får de lov til å formere seg (ved celledeling). Kreft er i dag ingen gåte, men det er et enormt puslespill av DNA-feil som resultetere i ukontrollert cellevekst (kreft). Og det er her IKT kommer inn i bildet.

DNAet med sine gener er koden, eller programkoden, som får organismen til å virke, men hva betyr denne programkoden? Oppgaven er å finne ut hvordan denne kodene virker og for å gjøre det trenger vi et bredt spekter av IKT-verktøy og metoder, samt kraftige datamaskiner som kan utføre store beregninger og håndtere enrome datamengder som på ulik måte beskriver koden. Man starter med å kartlegge DNAet (og det er ikke det samme mellom organismer og forskjellig fra person til person). Hva betår DNAet av, dvs. finne genene i rekken av basepar. Hva gjør hvert enkelt gen? Når er et gen aktivt, dvs. når produseres protein? Hvordan samspiller proteinene? Hvilke andre (ytre) faktorer spiller inn?, osv. For å løse dette trenges avanserte IKT-verktøy og mye datakraft.

Biomedisinsk informatikk er et tverrfaglig forskningsfelt, men du trenger ikke å ha studert biologi for å være en del av biomedisinsk forskning og utvikling. Dette er et område som i mange år fremover trenger mange informatikere (og matematikere) for å løse et hav av viktige oppgaver.