сегодня: 19.08.2018

[сделать стартовой]

Рубрики
Общество
Экономика
Политика
Спорт
Наука
Культура
Образование
Здравоохранение
Информационные технологии
Силовые структуры
Криминал
Происшествия
Экология
Недвижимость
Нск-риэлт
Байкал
Национальные проекты
Лес - богатство Сибири
Нефть и газ Сибири
Сибирский уголь
Научно-технический прогресс
Сибиряки
Мир вокруг нас
Интервью
Актуально

Сибирский федеральный округ
Наука и жизнь

Луна образовалась в результате ядерного взрыва


Видеокамеры для "супермена"


"Конец света" в прямом смысле слова


Земные океаны и атмосфера появились благодаря метеоритной бомбардировке


Солнце на Земле


Искусственный интеллект совсем рядом



ТОП-20 инженерных чудес света



Четвероногий друг


Новости Байкала

2018-02-03 13:15:00 /РИА "Сибирь" /Новосибирск

Новосибирские ученые создают математические модели биопроцессов в организме человека


Болезнь
в алгоритмах



Симбиоз математики и биологии может успешно применяться при исследовании и лечении различных заболеваний. Чтобы спрогнозировать их течение и реакцию организма на препараты, ученые из Института вычислительных технологий СО РАН строят математические модели и разрабатывают программные системы для проверки своих гипотез.

Клеточные белки и их сети играют важную роль в нормальном функционировании организма. Биологи сравнивают каждую такую сеть с оркестром, а дирижером (с относительно недавнего времени) считают микроРНК - множество малых некодирующих молекул РНК, которые регулируют почти все процессы и химические реакции в организме. Если "музыканты" сбиваются с ритма или вообще перестают играть, то это становится причиной самых серьезных заболеваний. Для решения проблемы важно скорее узнать, кто из "музыкантов" фальшивит и каковы его функции, потому что по этим признакам еще на ранней стадии можно обнаружить болезнь и начать лечение. Замечено, что при определенном заболевании "барахлят" одни и те же белки и микроРНК: медики считают их маркерами болезни. Среди всех биомаркеров особое место занимают указатели на разные виды онкологии.

В лаборатории математического моделирования Института вычислительных технологий СО РАН уже несколько лет развивается новое научное направление, связанное с изучением функционирования биомаркеров. Значимую поддержку этой работе оказывают сотрудники Института молекулярной патологии и патоморфологии СО РАН. Важнейшую роль в проведении исследований играет молодежь: группа талантливых активных студентов старших курсов механико-математического факультета Новосибирского госуниверситета.

"Сначала в центре внимания исследователей оказался противоопухолевый белок p53, который изучается практически во всех ведущих медико-биологических лабораториях мира и даже принес своим первооткрывателям Нобелевскую премию, - рассказывает ведущий научный сотрудник Института вычислительных технологий СО РАН доктор физико-математических наук Ольга Воропаева. - Сам p53, а еще некоторые белки-регуляторы p53 и связанные с ними микроРНК — важные онкомаркеры. В лабораторных условиях изучать микроРНК намного проще и дешевле, поэтому заинтересованность медиков в подобных исследованиях сейчас крайне высока. Математическое моделирование также начинает играть важную роль в этом процессе, переводя наблюдаемые факты, связи и закономерности на более формальный язык уравнений. Возможно, такой способ более пригоден для строгого анализа, необходимого в клинической практике".

В отличие от большинства предшественников, исследователи из Института вычислительных технологий СО РАН решили не воспроизводить связи огромной сети белков, связанных с p53. Ученые в количественных данных - с помощью уравнений и алгоритмов - описывают изменение уровней p53 и микроРНК в норме и в условиях стресса. Лабораторных исследований данного вопроса проводится много, а вот нужных количественных данных, наоборот, мало. Поэтому математикам необходимо получить как можно больше точной информации. 

Так что каждая модель требует подтверждения ее адекватности на основании лабораторных или клинических экспериментов. На сегодня уже собрана необходимая для моделирования, хотя и далеко не полная коллекция результатов измерений. Математики установили, что разработанные модели хорошо подходят для описания поведения p53 не только при раке, когда функция p53 утрачена частично или полностью, но и для другой группы заболеваний, возникающих при чрезмерной активности p53. 

"Р53 является одним из регуляторов важнейшей программы гибели клеток, которая называется апоптоз, - поясняет Ольга Воропаева.- В норме p53 и подобные ему белки подают сигнал на самоуничтожение клеткам с дефектами ДНК, состарившимся или попросту ненужным. Например, у эмбриона мыши конечности изначально имеют форму ласт, однако со временем рудиментарные скопления клеток получают сигнал о смерти. В результате у грызуна уже через день появляются пальцы".

Биологи утверждают, что ежедневно в здоровом организме рождается несколько десятков миллиардов новых клеток и такое же их количество незаметно для нас погибает - в основном за счет апоптоза. Именно поэтому сбой в работе p53 таит серьезные угрозы для жизни: раковые клетки активно размножаются, не получая сигнала на самоуничтожение, причем в 40-70% случаев - из-за снижения функции p53. При болезни Альцгеймера, инфарктах миокарда и ишемических инсультах, наоборот, часто наблюдается гиперфункция p53. Тогда сигнал к апоптозу получают здоровые клетки сердца и мозга.

Ученые Института вычислительных технологий СО РАН занялись построением математических моделей заболеваний, которые сопровождаются нарушениями в процессах гибели клеток. Особенность подобных исследований состоит в том, что всякий раз необходимо учитывать ключевые механизмы заболевания из клинической практики, а не только механизм p53-зависимого апоптоза. Так, инфаркты миокарда и головного мозга ассоциируются с некрозом клеток этих органов, хотя на периферии зоны некротического повреждения преобладают клетки, погибшие в результате самоуничтожения. 

При такой работе важно создать надежную и экономичную вычислительную технологию, чтобы конструировать новые уравнения для модели - на основе лабораторных измерений маркеров заболевания. В случае воспалительной реакции факторы болезни измеряются в эксперименте с лабораторными животными или даже в клинических условиях. Однако для точности нужны полные измерения у одной и той же группы испытуемых - в норме и на разных стадиях заболевания. Помимо факторов воспаления нужно глубоко изучать и другие важные маркеры болезни. Особенно остро этот вопрос встает при построении моделей ишемического инсульта или болезни Альцгеймера, указатели на которые пока не могут быть напрямую изучены у человека при его жизни. 

"При построении новых моделей нужно использовать мировой опыт и известные подходы, - заключает Ольга Воропаева. - Проблема в том, что уже имеющиеся модели обычно не предполагают детальной согласованности с экспериментальными данными. Отчасти поэтому в самих уравнениях может быть заложено множество погрешностей. Предлагаемые биологические описания заболеваний служат хорошей основой для создания более точных математических моделей. Поэтому после устранения всех погрешностей нужно уточнять биологические факты и факторы, важные в рамках принятой математической модели".

Модели постоянно расширяются за счет новых уравнений, полученных по разработанной вычислительной технологии. Это с самого начала обеспечивает согласованность с экспериментальной динамикой изучаемого процесса в норме и в патологии. При этом открываются возможности для реализации различных сценариев возникновения и течения заболеваний. Такова принятая в Институте вычислительных технологий СО РАН стратегия моделирования, которая из традиционной для института области аэро- и гидродинамики успешно переносится на новые научные направления и задачи.

 

Из интернет-издания "Наука в Сибири".



Cмотрите также:  Наука  Новосибирская область
Архив
пн вт ср чт пт сб вск
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 
Поиск по сайту
Что? Где? Когда?
*******

20-25 августа 2018 года в Новосибирске пройдет международная конференция "BGRS\SB-2018"

******

23 августа 2018 года в Новосибирске пройдет конференция "Логистика будущего: Перезагрузка"

******

С 29 августа по 1 сентября 2018 года в Новосибирске пройдёт форум "Технопром-2018"

*******

С 1 по 12 сентября 2018 года в Иркутске пройдет XIII международный музыкальный фестиваль "Звезды на Байкале"

*********

20-21 сентября 2018 года в Иркутске пройдет II Байкальский международный экологический водный форум

********
Сохраним Байкал!

Экологический кризис на Байкале: новый эпизод с сине-зелеными водорослями
Пробиотики вместо антибиотиков

Уникальные бактериальные препараты производят в наукограде Кольцово
Все о клещах

Новосибирские ученые: как уберечься от заболеваний, переносимых клещами

Планета Земля

2036 год: Апофеоз или Апокалипсис?


Катастрофы: возможность или неизбежность

современные методы лечения кисты зуба


О проекте Контакты Партнеры  
Rambler's Top100
Copyright © 2004-2009, РИА "Сибирь"
E-mail: rian@cn.ru
Телефон: 8(383) 214-20-12