I translate from biology into mathematics

私は「翻訳者」です

and vice versa.

生物学から数学へ

I write mathematical models

またその逆の 「翻訳」をします

which, in my case, are systems of differential equations,

私は数学的なモデルを 作っていて—

to describe biological mechanisms,

私の場合 微分方程式ですが

such as cell growth.

それで細胞の成長のような

Essentially, it works like this.

生物学的メカニズムを記述します

First, I identify the key elements

基本的には こんな感じです

that I believe may be driving behavior over time

まず あるメカニズムを 動かしているものが何か

of a particular mechanism.

その基本的要素を

Then, I formulate assumptions

探し出します

about how these elements interact with each other

それから それらの要素が

and with their environment.

お互い同士や周囲と どう相互作用するか

It may look something like this.

仮説を立てます

Then, I translate these assumptions into equations,

たとえば こんな感じです

which may look something like this.

さらに その仮定を 方程式に書き直します

Finally, I analyze my equations

たとえば こんな感じの

and translate the results back into the language of biology.

最後にその方程式を分析し

A key aspect of mathematical modeling

結果を 生物学の言葉へと 翻訳します

is that we, as modelers, do not think about what things are;

数学的モデルを作る上で 重要なポイントは

we think about what they do.

物事が何であるかを 考えるのではなく

We think about relationships between individuals,

その挙動を 考えるということです

whether they be cells, animals or people,

対象が細胞であれ 動物や人間であれ

and how they interact with each other and with their environment.

各要素の間の関係が どうなっているのか

Let me give you an example.

互いや周囲に対して どう相互作用するのかを考えるんです

What do foxes and immune cells have in common?

例を挙げましょう

They're both predators,

キツネと免疫細胞に 共通するものは何でしよう？

except foxes feed on rabbits,

どちらも捕食者だということです

and immune cells feed on invaders, such as cancer cells.

違うのは キツネが 食べるのはウサギで

But from a mathematical point of view,

免疫細胞が食べるのは がん細胞のような侵略者だという点です

a qualitatively same system of predator-prey type equations

でも数学的な視点からすると

will describe interactions between foxes and rabbits

質的には 同じ捕食者-被捕食者の 関係を表す方程式によって

and cancer and immune cells.

キツネとウサギの関係も

Predator-prey type systems have been studied extensively

がんと免疫細胞の関係も 表せます

in scientific literature,

捕食者-被捕食者の システムについては

describing interactions of two populations,

研究論文がたくさんあり

where survival of one depends on consuming the other.

２つの集団の一方の生存が 他方を食べることに依存する場合の

And these same equations provide a framework

相互作用として記述されています

for understanding cancer-immune interactions,

それと同じ方程式が

where cancer is the prey,

がんと免疫細胞の相互作用を 理解する枠組みを与えてくれ

and the immune system is the predator.

そこでは がんが被捕食者

And the prey employs all sorts of tricks to prevent the predator from killing it,

免疫細胞が捕食者です

ranging from camouflaging itself

被捕食者は捕食者に殺されまいとして あらゆることをします

to stealing the predator's food.

自らを偽装することから

This can have some very interesting implications.

捕食者の食べ物を 盗むことまで

For example, despite enormous successes in the field of immunotherapy,

これは いろいろ面白いことを 意味し得ます

there still remains somewhat limited efficacy

たとえば 免疫療法は 大きな成功を収めていますが

when it comes solid tumors.

固形腫瘍に関しては

But if you think about it ecologically,

依然 限定的な効果しか 上げていません

both cancer and immune cells --

しかし生態学的に考えるなら

the prey and the predator --

がんと免疫細胞—

require nutrients such as glucose to survive.

被捕食者と捕食者は

If cancer cells outcompete the immune cells for shared nutrients

いずれも生存のために ブドウ糖のような栄養を必要とします

in the tumor microenvironment,

腫瘍微小環境で共有されている 栄養の獲得において

then the immune cells will physically not be able to do their job.

もし がん細胞が 免疫細胞に勝るなら

This predator-prey-shared resource type model

免疫細胞は その機能を 果たせなくなります

is something I've worked on in my own research.

この「捕食者と被捕食者が共有するリソース」 という形のモデルが

And it was recently shown experimentally

私が研究で 取り組んできたものです

that restoring the metabolic balance in the tumor microenvironment --

最近 実験的に示されたことですが

that is, making sure immune cells get their food --

腫瘍微小環境の 代謝のバランスを回復すると—

can give them, the predators, back their edge in fighting cancer, the prey.

つまり 免疫細胞がちゃんと 食べ物を得られるようにすると

This means that if you abstract a bit,

免疫細胞は 被捕食者であるがんとの戦いで 優位を取り戻せるのです

you can think about cancer itself as an ecosystem,

すこし抽象化するなら

where heterogeneous populations of cells compete and cooperate

がん組織そのものが １つの生態系と見なせ

for space and nutrients,

その中で 異なる種類の細胞が 場所と栄養を求めて

interact with predators -- the immune system --

競合や協力をし

migrate -- metastases --

捕食者である免疫システムと 渡り合ったり

all within the ecosystem of the human body.

移動 つまり転移をしたり しているということで

And what do we know about most ecosystems from conservation biology?

すべてが人体という 生態系の中で起こっているわけです

That one of the best ways to extinguish species

保全生物学の知見から 多くの生態系について 言えることは何でしょう？

is not to target them directly

種を絶滅させるには

but to target their environment.

直接それを狙うよりも

And so, once we have identified the key components

その環境を狙うほうが 効果的だということです

of the tumor environment,

だから腫瘍環境の

we can propose hypotheses

主要な要素を特定できれば

and simulate scenarios and therapeutic interventions

仮説の作成や

all in a completely safe and affordable way

シナリオや治療法の シミュレーションが

and target different components of the microenvironment

まったく安全で 安価に行えるようになり

in such a way as to kill the cancer without harming the host,

微小環境の様々な要素を 標的にして

such as me or you.

がんだけを殺し

And so while the immediate goal of my research

私や皆さんのような宿主を 傷つけない方法を探れます

is to advance research and innovation

私の研究の直接の目的は

and to reduce its cost,

研究やイノベーションを進め

the real intent, of course, is to save lives.

コストを下げることですが

And that's what I try to do

本当の目的は 人の命を救うことなんです

through mathematical modeling applied to biology,

私はそれを

and in particular, to the development of drugs.

数学的モデルを生物学— 特に薬の開発に適用することで

It's a field that until relatively recently has remained somewhat marginal,

行おうとしています

but it has matured.

この分野は比較的最近まで あまり注目されてはいませんでしたが

And there are now very well-developed mathematical methods,

今や 成熟していて

a lot of preprogrammed tools,

とても発展した 数学的手法があり

including free ones,

無料のものも含め

and an ever-increasing amount of computational power available to us.

沢山のソフトウェアが 作られていて

The power and beauty of mathematical modeling

使える計算能力は 日々増え続けています

lies in the fact that it makes you formalize,

数学的モデルの偉力と美は

in a very rigorous way,

私たちが 知っていると思うことを

what we think we know.

厳密な形で

We make assumptions,

定式化できる点にあります

translate them into equations,

私たちが仮説を作り

run simulations,

それを方程式に書き直し

all to answer the question:

シミュレーションを 実行するとき

In a world where my assumptions are true,

１つの疑問に 答えようとしています

what do I expect to see?

自分の仮説が 正しいとしたら

It's a pretty simple conceptual framework.

何を見ることになるか？

It's all about asking the right questions.

これはすごくシンプルな 概念的枠組みです

But it can unleash numerous opportunities for testing biological hypotheses.

まず正しい質問を問うことが 何より重要ですが

If our predictions match our observations,

これは生物学的な仮説をテストする 多くの機会をもたらしてくれます

great! -- we got it right, so we can make further predictions

もしモデルから予測されることが 観察と一致するなら素晴らしいです

by changing this or that aspect of the model.

モデルがうまく 機能しているということで

If, however, our predictions do not match our observations,

モデルのそこかしこを変えて さらに予測をすることができます

that means that some of our assumptions are wrong,

でも予測が 観察と一致しないなら

and so our understanding of the key mechanisms

仮定がどこか 間違っていることを意味し

of underlying biology

背後にある生物学的 メカニズムの理解が

is still incomplete.

どこかまだ

Luckily, since this is a model,

不完全だということです

we control all the assumptions.

さいわい これはモデルなので

So we can go through them, one by one,

あらゆる仮定を 制御できます

identifying which one or ones are causing the discrepancy.

だから仮定の １つひとつをチェックして

And then we can fill this newly identified gap in knowledge

どこで齟齬が生じているのか 特定できます

using both experimental and theoretical approaches.

新たに見つかった 知識の穴を埋めるには

Of course, any ecosystem is extremely complex,

実験的手段と 理論的手段の 両方が使えます

and trying to describe all the moving parts is not only very difficult,

もちろん生態系は 皆とても複雑なものなので

but also not very informative.

あらゆる変動要因を記述しようとするのは 大変なだけでなく

There's also the issue of timescales,

あまり役にも立ちません

because some processes take place on a scale of seconds, some minutes,

時間的尺度の問題もあります

some days, months and years.

プロセスによって 数秒間のものもあれば

It may not always be possible to separate those out experimentally.

数分 数日 数年の ものまであります

And some things happen so quickly or so slowly

実際の実験で それを取り出すのは 必ずしも可能ではありません

that you may physically never be able to measure them.

また あまりに早く あるいは あまりにゆっくりと起きるため

But as mathematicians,

物理的に計測することが できないかもしれません

we have the power to zoom in on any subsystem in any timescale

でも数学者には

and simulate effects of interventions

どんな時間尺度の どんなサブシステムにも 焦点を合わせられるし

that take place in any timescale.

どんな時間尺度で起きる 効果だろうと

Of course, this isn't the work of a modeler alone.

シミュレーションできます

It has to happen in close collaboration with biologists.

もちろん これはモデル作成者が 単独でやることではなく

And it does demand some capacity of translation

生物学者との密な協力の元で 行う必要があります

on both sides.

そして どちらの側にも

But starting with a theoretical formulation of a problem

ある程度の翻訳能力が 求められます

can unleash numerous opportunities for testing hypotheses

問題を理論的に 数式化することで

and simulating scenarios and therapeutic interventions,

仮説のテストや シナリオや治療のシミュレーションを

all in a completely safe way.

まったく安全に行えるという

It can identify gaps in knowledge and logical inconsistencies

多くの可能性が開けます

and can help guide us as to where we should keep looking

どこに知識の穴や 論理的非一貫性があるかを特定でき

and where there may be a dead end.

どこに目を向けるべきか

In other words:

どこが行き止まりかを 指し示してくれるのです

mathematical modeling can help us answer questions

別の言い方をすると

that directly affect people's health --

数学的モデルが

that affect each person's health, actually --

人の健康に直接関わる疑問に答える 助けになるということです

because mathematical modeling will be key

個々人の健康と言った方が 良いかもしれません

to propelling personalized medicine.

数学的モデルが

And it all comes down to asking the right question

オーダーメード医療を推進する 鍵になるからです

and translating it to the right equation ...

そして そのためにするのは 正しい質問を問い

and back.

適切な方程式を作り

Thank you.

それを生物学的に 意味付けるということです

(Applause)

ありがとうございました