Специалисты Пермского Политеха разработали математическую модель, которая позволяет точнее описывать процессы в живых клетках. В пресс-службе вуза пояснили, что это поможет создавать надежные генетические программы для производства лекарств и биосенсоров. Работа опубликована в журнале «Математическое моделирование в естественных науках».
Наука умеет читать ДНК и редактировать гены, но создание генетической программы остается сложной задачей. Это нужно, чтобы клетки производили лекарства, которые нельзя получить химически, например инсулин или антитела для борьбы с раком. В 2000 году создали первый прототип такой конструкции — «репрессилятор», где три гена подавляют работу друг друга. Но поведение конструкции было нестабильным, что мешало ее использованию в лечении.
Расшифровка ДНК позволила редактировать код. Сегодня инсулин получают из бактерий, а микроорганизмы синтезируют антибиотики. Но редактировать гены недостаточно. Синтетическая биология создает последовательности, которые заставят клетку реагировать на сигналы и вырабатывать вещества по расписанию. Многие белковые лекарства нельзя получить традиционной химией, а для диагностики нужны биосенсоры, обнаруживающие вирусы.
Репрессилятор, созданный в Принстонском университете, стал моделью циклических процессов, таких как суточные ритмы. Однако за 25 лет ученые не устранили его нестабильность. Исследователи ПНИПУ создали модель, объясняющую это. Ранее производство белка считали мгновенным и не учитывали, что в клетке может быть всего несколько десятков молекул. Поэтому невозможно предсказать момент появления молекулы — все происходит случайно. Старые модели этого не учитывали, и их прогнозы расходились с реальностью.
Мы провели сравнительные расчеты. В одной модели меняли условия, в другой учли вероятность. Расчеты показали, что во втором случае гены синхронизируются в десятки раз быстрее
Ученые разделили реакции на быстрые и медленные и подтвердили: с учетом вероятности гены синхронизируются в 60 раз быстрее. Ранее инженеры пытались подавить «случайности» в клетке, считая их помехой. Но исследование показывает, что это необходимый элемент, помогающий генам настраиваться на совместную работу. Открытие позволит создавать лекарственные клетки, которые вживляют пациенту. Например, клетки, вырабатывающие инсулин и выбрасывающие его в кровь импульсами.
Ранее ИИ помог найти скрытые гены, ответственные за рак и диабет.
