Ведущие научные сотрудники Института цитологии и генетики СО РАН доктора биологических наук Виталий Лихошвай и Тамара Хлебодарова занимаются важной синергетической наукой – математической биологией.
Этот теоретический раздел науки, как видно из названия, находится на стыке математики и биологии, он занимается исследованием биологических систем методом математического моделирования. Молекулярно-генетические системы описываются в виде дифференциальных уравнений, а затем ученые погружаются в динамические режимы их функционирования.
«Всю сложнейшую молекулярно-генетическую программу можно сжать, представить в виде нескольких уравнений. Дело в том, что если информацию об объекте нельзя сократить, то его нельзя и познать. Не нужно описывать огромную клетку во всем многообразии, которое придумала природа, и пытаться сделать модель, учитывающую много параметров, ведь в этом случае мы просто никогда не получим результат», – рассказал доктор Виталий Лихошвай.
Пользу этих исследований сложно переоценить. Изучаемые учеными свойства групп координированно функционирующих генов лежат в основе многих генетических заболеваний. Если в организме возникает мутация, то важно понимать причины ее возникновения, чтобы выработать методы контроля ее механизмов.
Главная тема работы специалистов ИЦиГ – динамический хаос и гиперхаос в синтезе… рибосом. Да, новосибирские ученые взяли хаос под прицел микроскопа. Это потому, что потенциально хаос и гиперхаос может возникать в организмах на разных уровнях как раз потому, что они являются динамическими саморазвивающимися системами и, как следствие, внутренне неустойчивы. Говоря проще – любой организм потенциально устроен крайне хаотично и эта особенность влияет на, к примеру, развитие сердечной аритмии или почечной гипертензии, а также нейродегеративных заболеваний: эпилепсии, аутизма, шизофрении и болезни Паркинсона. Все они могут возникнуть совершенно случайно – из-за хаотичной дезорганизации синтеза белков в синапсах головного мозга.
Впрочем, хаос имеет и положительные свойства. Стратегия поиска пищи у многих моллюсков (в том числе обычных садовых улиток) построена на особой деятельности нейронов – они заставляют улитку двигаться по гиперхаотичной траектории, так что она одновременно и натыкается на пищу, и удаляется от места рождения на большие расстояния.
Итак, как же устроены научные опыты сибирских ученых? Из школьного курса биологии мы знаем, что рибосомы это важный немембранный органоид клетки, который синтезирует важнейшие белки из аминокислот. Рибосомы есть в каждой живой клетке, как в доядерных прокариотах, так и в ядерных эукариотах (человек, напомним, относится к домену многоклеточных эукариот). Любые рибосомы синтезируются по одному принципу, причем они создают белки, из которых сами и состоят – это зовется автокаталитическим процессом. Из белков же состоят специальные механизмы деградации, говоря проще – мусорщики, уничтожающие биохимические отходы в клетках. Отсюда и проистекает хаотическая динамика поведения – рибосомы одновременно синтезируют как созидательные, так и деструктивные белки.
Однако ученые видят, как живые существа спокойно развиваются себе, не переполняясь отходами и не поедая сами себя на клеточном уровне, что наталкивает на мысль – в процессе развития клетки каким-то образом решили проблему внутреннего хаоса и гиперхаоса, то есть нивелировали внутреннюю нестабильность. Как это получилось и можно ли этот процесс воспроизвести предстоит выяснить ученым ИЦиГ.
По материалам «Наука в Сибири»
