De banenmarkt voor wiskundige biologie

TERUG NAAR DE FUNCTIE-INDEX

Zoals veel van de artikelen in deze functie hebben aangegeven, bevindt biologie zich op een kruispunt. Biologen hebben meer gegevens dan ze weten wat ze ermee moeten doen, en wiskundigen hebben de tools en expertise om er iets van te begrijpen. Maar wiskundigen missen de fundamentele kennis van biologie die nodig is om de resultaten te begrijpen. Ondertussen begrijpen biologen de systemen die ze bestuderen, maar ze missen de hulpmiddelen die nodig zijn om de hoeveelheid gegevens die ze produceren goed te analyseren.

Tegenwoordig doen wiskundestudenten meer dan ooit mee met ten minste enige blootstelling aan biologie. Toch blijft er een grote kloof tussen de woorden van traditionele biologie en wiskunde. Die kloof zal zeker kleiner worden en misschien uiteindelijk verdwijnen, maar in de tussentijd moeten vertegenwoordigers van beide velden interdisciplinair worden, wil de belofte van de genetische revolutie worden waargemaakt. En dit - genetica - is slechts een van de vele gebieden van de biologie waar de wiskunde zijn stempel heeft gedrukt.

Voor wiskundigen die biologie begrijpen, zijn er kansen in overvloed. Maar welke wiskundigen? En welke wiskunde? "Mensen buiten het veld zien het als een uniform ding, maar er zijn absoluut verschillende disciplines, " zegt Steve Lincoln, die vice-president van Bioinformatics is bij Affymetrix Inc. in Santa Clara, Californië. "Pure wiskunde is de studie van systemen en vergelijkingen, en de logische structuur van dingen die over het algemeen vrij abstract van aard zijn. [Anderzijds] als je wordt opgeleid als biostatisticus, ben je opgeleid om toegepast [werk] te doen. Sommige mensen eindigen met fundamenteel onderzoek voor de kost, maar de meeste passen [statistiek] toe op een probleem, of het nu [in de] life sciences of gezondheidszorg is, of het modelleren van de aandelenmarkt. "

Biostatistiek is groot, maar dergelijke wiskundige basistools zoals differentiaalvergelijkingen - vooral partiële differentiaalvergelijkingen - zijn ook nuttig. Deze vergelijkingen zijn handig voor het volgen van hoeveelheden in tijd en ruimte - een kwaliteit die precies goed is voor het onderzoeken van systemen en mechanismen, biologisch of anderszins. Variabelen kunnen metabolieten van een cel zijn, de sterkte van een neuronsignaal in de loop van de tijd of het aantal patiënten dat door een virus is geïnfecteerd terwijl het zich over een geografisch gebied verspreidt.

Gewone differentiaalvergelijkingen zijn meestal van toepassing wanneer verschillende variabelen een functie van tijd zijn, terwijl gedeeltelijke differentiaalvergelijkingen worden gebruikt wanneer een variabele afhankelijk is van zowel tijd als ruimte, zegt Michael Reed, een professor in de wiskunde aan de Duke University die wiskunde toepast op fysiologie en geneeskunde. Een eiwit in een cel kan bijvoorbeeld het leven in de kern beginnen en vervolgens naar het cytoplasma gaan om deel te nemen aan celsignalering. Vandaar dat de hoeveelheid eiwit in één gebied van de cel zowel afhankelijk is van de tijd als van de hoeveelheid eiwit ergens anders.

Academische bloei

Academia en de National Institutes of Health (NIH) zijn belangrijke werkgevers van wiskundigen die oversteken naar de biologie. "De ervaring in het menselijke genoomproject was dat 25% tot 30% van elk projectbudget naar informatica ging. Als je veel gegevens moet coördineren, moet je daarvoor aanzienlijke middelen inzetten. Als een aanzienlijk deel van de NIH het budget gaat naar grootschalige projecten, en een aanzienlijk deel van het budget van elk project gaat naar informatica, wat zich vertaalt in veel banen ", zegt David States, professor in de bio-informatica aan de Universiteit van Washington, Seattle.

Wiskunde-afdelingen zijn op zoek naar wiskundigen die goed thuis zijn in de biologie. "Je krijgt wiskundigen die niet echt veel biologie kennen, of biologen die niet veel wiskunde kennen. Het is niet zo eenvoudig om een ​​wiskundige te vinden die goed genoeg is opgeleid in de biologie om met biologen te praten en serieus genomen te worden. Ik zie een grote kans daar in de nabije toekomst ", zegt Reinhardt Laubenbacher, een onderzoeksprofessor aan het Virginia Bioinformatics Institute (VBI) en een wiskundeprofessor aan het Virginia Polytechnic Institute en de State University in Blacksburg. Laubenbacher zou moeten weten; VBI heeft zojuist een nieuwe onderzoeksprofessor toegevoegd, waarmee het aantal permanente faculteiten op 15 komt, evenals twee gastonderzoekers.

Als de vooruitzichten goed zijn in de academische wereld, zullen er dan vergelijkbare tijden in industriële sectoren zoals de farmaceutische industrie en biotechnologie zijn? Kranten- en tijdschriftartikelen citeren vaak bedrijfsmanagers die grootse visies beschrijven van computersimulaties van ziektetoestanden, evenals 'in silico' medicijnontwerp dat, naar men beweert, de batterij van verbindingen die vandaag door synthetische chemici zijn geproduceerd, zou kunnen vervangen, evenals de dure dierproeven die werden gebruikt om slechte artiesten uit te schakelen.

"Het is een mooi doel voor de lange termijn, maar we hebben nog veel werk te doen [om er te komen", zegt Staten. "Ik weet niet zeker of de farmaceutische bedrijven er nu in investeren. Ik denk dat er meer empirische [gemoedstoestand] is: laat me geen model zien, laat me experimentele gegevens zien die ik kan laten zien aan de Food and Drug Administration . En sommige daarvan kunnen geschikt zijn. Veel van de modelleringsmogelijkheden zijn waarschijnlijk meer academisch dan commercieel. "

Toch is het niet allemaal slecht nieuws voor de werkgelegenheid bij big pharma en big biotech. Er is veel vraag naar biostatistici om te helpen bij de analyse van gegevens van klinische proeven. Genetische gegevens en analyses spelen een steeds grotere rol in klinische proeven, waarbij bedrijven bijwerkingen en soms reacties van patiënten beginnen te volgen op basis van genetische markers (farmacogenomica). "Biostatistiek is een van de grootste kansen op werk in de farmaceutische industrie", zegt Robert Jernigan, directeur van het Laurence H. Baker Center for Bioinformatics and Biological Statistics aan de Iowa State University.

"Biologen moeten de wiskunde oppakken"

Maar de verantwoordelijkheid ligt niet alleen bij wiskundigen. Biologen kunnen ook een infusie van wiskunde gebruiken, zegt Iya Khalil, vice-president R&D bij Gene Network Sciences Inc. in Ithaca, New York. Biologen voeren vaak experimenten uit die grote hoeveelheden gegevens genereren, maar het nut van de gegevens zal waarschijnlijk afhangen van het ontwerp van het experiment. "Op het gebied van high-throughput-experimenten komen [wiskundigen] er vaak uit dat als de bioloog het experiment op een bepaalde manier had gedaan, het de statistieken van de analyse met een orde van grootte zou hebben verbeterd, " zegt ze. Tegen die tijd is het te laat.

"Biologen moeten de wiskunde oppakken", vindt Laubenbacher. "Als u uw gegevens wilt gebruiken om een ​​wiskundig model te maken, moet u rekening houden met de modelleermethode wanneer u nieuwe experimenten ontwerpt. Verschillende modelleermethoden vereisen verschillende soorten gegevens."

Wiskundigen treden in de voetsporen van natuurkundigen, die massaal de biologie zijn overgestoken, deels omdat het werk hen bekend voorkomt, zegt Lincoln. "[Geautomatiseerde experimenten] produceren zeer grote gegevenssets, die meestal multivariate van aard zijn. In elk biologisch experiment dat u op een grote verkoop kunt doen, zult u zeker een aantal fenomenen vangen. Eén is degene waarin u geïnteresseerd bent, en de andere zes of 600 zijn ofwel lawaai of verwarrende factoren. Het is redelijk analoog aan het soort werk dat fysici al jaren doen. "

Er zijn geen grenzen aan mogelijkheden voor wiskundigen. "Het werk ziet er misschien niet mooi uit voor pure wiskundigen ... je gebruikt misschien wiskunde uit de 19e eeuw. De intellectuele moeilijkheid ligt in de biologie en hoe je de wiskunde kunt gebruiken om het te bestuderen", zegt Reed. En veel hangt af van wiskunde-afdelingen die biologie omarmen, zodat studenten een goede opleiding kunnen volgen. "Ik denk van wel, maar het is een langzame overgang."

Lees het bijbehorende artikel Profiel: The Scrutable en the Inscrutable, ook onderdeel van deze Next Wave-functie.