Kemoterapi, hücre bölünmesine müdahale ederek ve hücrelerin DNA’sına zarar vererek kanser hücrelerinin çoğalma kabiliyetine müdahale eder. Kanser hücreleri, farmasötik saldırıya yanıt olarak mutasyonlar kazanarak tedavinin etkinliğini azaltır. Kanserle savaşmanın zorluğuna ek olarak: Kimyasal ve diğer stresler altında mutasyon oranları artar.
Princeton Üniversitesi’nden Robert Austin ve Chongqing Üniversitesi’nden Liyu Liu liderliğindeki bir ekip, kanser hücrelerinin kemoterapiye adaptasyonunu incelemek ve potansiyel olarak önlemek için yeni bir yaklaşım geliştirdi. Kanser hücresi muadilleri 65 mm çapında ve 60 mm yüksekliğinde tekerlekli, silindirik robotlardır.
Robotların ellisi, 2,7 milyon LED ile kaplanmış 4.2 x 4.2m2 lik bir yüzeye sahip kare bir masa üzerinde bağımsız olarak hareket etmektedirler.
LED ışık robotların yiyeceği olarak işlev görür. Bir robot altındaki ışığı “yediğinde”, ilgili LED’ler önceden belirlenmiş bir zamanda iyileşene kadar kararır.
Her robotun alt yüzeyinde, ışık tablosunun yaydığı üç renk ışığın yoğunluklarını ve uzamsal gradyanlarını algılayabilen dört yarı iletken tabanlı sensör bulunur: kırmızı, yeşil ve mavi (RGB). Her robotun altı baytlık genom analoğu, üç renge ne kadar duyarlı olduğunu belirler. Duyarlılık, sırayla, robotun renklerin yoğunluklarına ve uzamsal gradyanlarına yanıt olarak ne kadar hızlı hareket ettiğini belirler.
Robotlar, insanlar gibi, her iki ebeveynden de genleri miras alır (robotların genleri nasıl değiştirdiği aşağıda tartışılmıştır). Bir robotun her RGB rengine duyarlılığı, tıpkı bazı insan genleri gibi baskın veya resesif olabilir. Baskın ise, duyarlılık 1 ile 127 arasında bir tamsayı değerine sahip olabilir. Resesif ise, hassasiyet sıfırdır, bu da robotun bu renge tamamen duyarsız olduğu anlamına gelir.
Baskın bir geni temsil etmek için büyük harf, resesif bir geni temsil etmek için küçük harf ve her iki ebeveynden genleri temsil etmek için harf çiftleri kullanarak, belirli bir robot Rr gg bb genotipine sahip olabilir. Bu robot sadece kırmızı ışığa duyarlı olacak ve sadece kırmızı ışığı yiyebilecekti.
Rr Gg Bb genotipine sahip bir robot, üç ışık rengine de duyarlı olacak ve bunları tüketecektir. Rr gg bb genotipine sahip bir robot yiyecek aramak için hareketsiz olacak ve açlıktan ölecektir.
RGB sensörlerine ek olarak, her robotun sekiz IR LED’i ve dört IR sensörü vardır. Bileşenleri robotların tanınmasına ve genlerin aktarılmasına yardımcı olur. Genetik bilgi, her robotun üstündeki RGB LED’ler tarafından görüntülenir. Bir robot Rr gg bb genotipine sahip olduğunda sadece kırmızı LED yanar. Rr Gg Bb’ye sahipse, üç LED de yanar. Rrggbb renklerine sahip bir robot hiç parlamaz.
Geniş açılı bir kamera robot kolonisine bakar ve robotlardaki RGB LED’lerden gelen ışığı izleyerek her bir robotun konumları da dahil olmak üzere durumunu kaydeder. Kameranın verileri, bir robot onlara beslendikten sonra LED’leri kısmak için de kullanılır. Kamera tarafından toplanan gözlemsel veriler Austin ve Liu’nun ekip üyeleri tarafından analiz edilir ve yorumlanır.
Robot kolonisinde ölüm dünyanın sonu değil. Açlıktan ölmüş bir robot iki farklı canlı robot tarafından ziyaret edildiğinde, IR sinyallerinin değişimi yoluyla her birinden genler alır ve hayata geri döner. Dirilen robotun yeni genotipi, iki ebeveyninin genetik materyalinin bir karışımıdır. Örneğin, yeniden canlanan bir robotun Rr Gg bb ve Rr gg bb genotipleri olan ebeveynleri olabilir. İlk ebeveynin materyalini temsil etmek için Roma yazı tipini kullanarak, yavrular rr Gg bb genotipine sahip olabilir.
Robotların genleri, ışık masasında otlarken yiyecek bulma stresiyle belirlenen bir oranda mutasyona uğrar. Parlak beyaz ışığın (her üç rengin) bir yamasının üstünde olan Rr Gg Bb genotipine sahip omnivor bir robot çok az stres altında olacaktır. Düşük mutasyon oranına sahip olur. Buna karşılık, sadece kırmızı ışık yiyen Rr gg bb’li bir robot, mavi ışık yamasının üstüne yerleştirildiğinde vurgulanacaktır. Mutasyon oranı yüksek olurdu.
Ekip, hem ilginç hem de alakalı sonuçlar üretmek için sistemin çeşitli parametrelerini ayarlama konusunda bir zorlukla karşı karşıya kaldı. Örneğin, robotlar genleri çok yavaş değiştirirse veya tükenmiş ışığın iyileşmesi çok uzun sürerse, kolektif davranışı herhangi bir içgörü ortaya koymadan önce robot kolonisi yok olur. Bu sonucu önlemek için ekip teorik bir model oluşturdu. Kılavuz parametre seçimine ek olarak, model hayatta kalmanın yüksek olduğu iki aşırı durum tespit etti.
Bunlar robotlar ölümden kaçınmak için yeterince hızlı mutasyona uğradıklarında ve de zar zor mutasyona uğradıklarındaki durumlardır. Yani ölüm ve yeniden doğuşun dengede olduğu durumlarıdır.
İki vaka arasında, meltdown vadisi olarak bilinen ve hızla koloninin yok olmasına yol açan bir hayatta kalma minimumu var.
Austin ve Liu’nun ekibi, ışık tablosunu mekansal ve zamansal olarak değişen herhangi bir renk kombinasyonunu gösterecek şekilde programlayabilir.
Bununla birlikte, tutarlı, tekdüze bir beyaz ışık ortamı bile karmaşık davranışlara neden olur. Bunun nedeni, robotların beslenmesinin çevreyi genotiplerine ve mutasyon oranlarına bağlı olarak değiştirmesidir.
Ekip, makalelerinde değişen çevresel karmaşıklığa sahip üç deneysel çalışmanın sonuçlarını bildirdi. İlk deneyde, robotlar sabit bir beyaz ortamda yaşadılar.
İkinci deney, zaman içinde değişen ancak mekansal olarak tekdüze kalan renk değiştiren bir ortama sahipti. Robotlar çevreye uyum sağladı, ancak meltdown vadisi daha geniş ve daha derinleşti.
Üçüncü deneyde, ortam hem uzayda hem de zamanda rastgele değişti. Robotlar uyum sağlamakta zorlandı. Robotların genotipleri nedenini ortaya çıkardı. Değişen ortamın neden olduğu yüksek mutasyon oranına rağmen, robotların genetik çeşitliliği düştü. Robotların uyarlanabilirliği kötüleşti. Teorik model bu sonucu öngörmedi.
RGB sensörleri başka bir sürpriz daha sağladı. Görünüşte sadece bir ışık rengini algılayabilen bir robot, spektral olarak bitişik bir renkten gelen ışığı da algılayabilir. Robotların tüketmedikleri veya ihtiyaç duymadıkları kaynaklara cevap verdikleri keşfedildi.
Pleiotropi, bir genin iki veya daha fazla ilgisiz fiziksel özelliği etkileme yeteneğidir. Kanser hücrelerinin kemoterapiye direnci ile bağlantılıdır.
Robotların evrimi kemoterapiyi iyileştirmenin bir yolunu öneriyor. Tek bir ilacın periyodik dozları yerine, birden fazla ilacın stokastik dozları daha etkili olabileceği de düşünülüyor.
Kaynak: Physicstoday
