В генных сетях часто встречается мотив в виде контура с упреждением, в котором транскрипционный фактор (ТФ) регулирует экспрессию гена-мишени как напрямую, так и опосредованно, действуя на другой регулятор, который также контролирует ген-мишень. Представлены результаты математического моделирования контуров с упреждением, в которых в непрямой ветке регуляции в качестве репрессора выступают транскрипционный фактор или миРНК. Изучено поведение таких контуров во времени. Показано, что замена второго ТФ на миРНК изменяет динамику контуров с упреждением и придает биологической системе новые свойства, критически важные для тонкой настройки протекающих в ней процессов.

На ранних стадиях эмбриогенеза плодовой мушки дрозофилы картины экспрессии генов сегментации формируются под влиянием материнских градиентов транскрипционных факторов, которые запускают пространственно локализованную экспрессию в каскаде сегментационных генов. Одним из таких активаторов является Bcd. Исследована одна из моделей регуляции в сети генов gap в условиях вариации концентрации этого белка. Показано, что известная информация о топологии взаимодействий генов в сети не достаточна для объяснения экспериментальных данных по сдвигам антериорного домена экспрессии гена hb при изменении концентрации Bcd в эмбрионе. В результате моделирования с учетом этих данных получается новая топология, определяющая правильные сдвиги домена экспрессии hb. Полученные результаты свидетельствуют о том, что взаимодействия в тройке генов hb, Kr и gt являются ключевыми для правильного поведения картины экспрессии hb при вариации концентрации Bcd. Проведенное исследование позволяет уточнить границы применимости феноменологических моделей генных сетей.

С целью оценки токсического действия наночастиц серебра (AgNP) и двуокиси титана (TiO2) было изучено влияние наночастиц на экспрессию генов биомаркеров воспалительных реакций и апоптоза в лимфоцитах человека. Установлено увеличение экспрессии генов ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО-α и р53 по критерию транскрипции в диапазоне концентраций наночастиц серебра и диоксида титана 10мкг/мл – 40 мкг/мл. Увеличение экспрессии генов ИЛ-6, ИЛ-8 и ФНО-α свидетельствует об активации иммунной системы, а гена р53 - о стимуляции апоптоза.

В работе исследуется оптическая активность жидкокристаллических дисперсий ДНК на основе теории поглощения электромагнитных волн большими молекулярными агрегатами. Изучается влияние, которое оказывает на оптические свойства дисперсий взаимодействие комплексов молекул нуклеиновых кислот с наночастицами.

Предложен и обоснован способ разложения УФ-спектра поглощения гемоглобина на спектры поглощения белковой и небелковой составляющих с помощью аддитивной модели. Установлено, что в диапазоне длин волн 240.0-320.0 нм гемовая компонента белка имеет полосу поглощения с λmax=269.2 нм (ε=97163), апобелковая компонента — полосу с λmax=278.4 нм (ε =48669). Определена интегральная относительная доля поглощения гемовой (78.8%) и апобелковой (21.2%) частей в спектре гембелка в указанном диапазоне длин волн.

Получена количественная оценка точности равновесного приближения в стационарной ферментативной кинетике в случае произвольного механизма ферментативной реакции. Эта оценка определяется только структурой и свойствами равновесного сегмента и не зависит от структуры и свойств остальной (стационарной) части кинетической схемы. Чем меньше соотношение величин ветвей, идущих наружу равновесного сегмента и ветвей внутри равновесного сегмента, тем выше точность определения концентраций интермедиатов и скорости ферментативной реакции при применении равновесного приближения.

В статье дан обзор метода броуновской динамики в его приложении к изучению динамических короткоживущих белок-белковых комплексов. Приводится обзор теоретических предпосылок метода и обсуждаются конкретные его реализации. Рассматриваются ограничения этого метода и обсуждаются перспективы его развития. Дано описание основных подходов, используемых при анализе результатов вычислительного эксперимента. Во второй части статьи даны примеры использования метода броуновской динамики для исследования работы фотосинтетической электрон-транспортной цепи. Рассматривается взаимодействие мобильных переносчиков электронов – пластоцианина, цитохрома c6 и ферредоксина – с их реакционными партнерами: цитохромным b6f комплексом, фотосистемой I, ферредоксин:НАДФ-редуктазой и гидрогеназой.

В обзоре рассмотрены последние достижения в наблюдении фотоиндуцированного поведения бактериородопсина и понимании все еще неясных механизмов ретиналь-белковых взаимодействий. Обсуждены новые собственные спектроскопические данные, полученные на бактериородопсине дикого типа и на модельных соединениях аминокислот с помощью эмиссионной ИК-Фурье-спектроскопии и спектроскопии в УФ-видимой области. Основываясь на характеристиках структуры и оптических свойствах глицина и лизина, моделирующих фотозависимое поведение опсина в естественных условиях, авторы пытались найти ответ на один из наиболее важных вопросов касающихся роли белка в первичных процессах.

Для изучения влияния нитрата серебра на фазовое состояние модельных липидных мембран методом дифференциальной сканирующей калориметрии были получены параметры фазовых переходов мультибислойных мембран на основе L--дипальмитоилфосфатидилхолина (ДПФХ) и водных растворов AgNO3 в широком диапазоне концентраций (до 30 масс. %). Показано, что присутствие AgNO3 приводит к повышению температуры основного фазового перехода мультибислоев ДПФХ (Tm) и появлению дополнительного пика перехода (Tm´), что свидетельствует о повышении плотности и неоднородности липидного бислоя. Установлено также, что индивидуальное действие нитрат-иона (NO3-) имеет противоположную направленность (разрыхляет бислой), таким образом интегральный эффект от AgNO3 можно отнести непосредственно к действию ионов серебра (Ag+). По мере повышения концентрации AgNO3 наблюдается тенденция к перераспределению интенсивностей пиков с температурами Tm и Tm´ таким образом, что при концентрации AgNO3 ок. 26 масс. % пик Tm исчезает. В области терапевтических концентраций Ag+ (2 масс. %) существенных изменений фазового состояния мембран ДПФХ не обнаруживается, что может быть одной из причин отсутствия повреждающего действия препаратов серебра на клетки организма-хозяина при выраженном бактерицидном эффекте.

В статье представлены результаты анализа динамики биолюминесценции светящихся бактерий Photobacterium phosphoreum ИМВ-7071 при оптимальных условиях их роста. Обнаружен квазигармонический характер динамики биолюминесценции бактерий. Наблюдаемые периоды этих изменений имеют схожие значения с установленными ранее периодами изменений физико-химических свойств воды [1]. Обсуждаются вопросы связи между биоритмикой и квазигармоническим характером изменения физико-химических свойств воды.

При математическом моделировании влияния фибробластов на электрическую активность клеток синоатриального узла обнаружено, что взаимодействие с фибробластами через щелевые контакты увеличивает частоту колебаний водителей ритма. Под влиянием фибробластов амплитуда колебаний истинных водителей ритма уменьшается вплоть до прекращения спонтанной активности. Амплитуда колебаний латентных водителей ритма уменьшается значительно слабее.

Методом регистрации кинетики индукции флуоресценции хлорофилла а проведена оценка физиологического состояния листьев липы сердцевидной (Tilia cordata), березы бородавчатой (Betula pendula), туи западной (Thuja occidentalis) в городских условиях. Обнаружена различная чувствительность растений к неблагоприятным условиям произрастания. Определены наиболее чувствительные параметры JIP-теста флуоресценции PIABS, FV/F0, FV/FM, Rfd для использования в качестве индикаторов физиологического состояния городских фитоценозов. Сформулированы рекомендации по применению метода в мониторинговых исследованиях.

Рассмотрено распространение автоволн в движущейся жидкой возбудимой среде. В рамках кинематического подхода определены формы автоволновых фронтов для случаев куэттова и пуазейлева течений в плоских капиллярах. Показано, что автоволновые фронты должны рваться при достижении скоростью потока определенных критических значений. Исследована возможность появления диодного эффекта – односторонней проводимости капилляра. Результаты проведенных численных экспериментов находятся в хорошем соответствии с теорией.

Рассмотрена математическая модель процессов формирования сигнала периферической пульсовой волны в сосудах верхних конечностей. Формирование периферической пульсовой волны представлено в виде композиции прямой и отраженной пульсовых волн, распространяющихся по артериальной системе человека. Предложена система формальной аналогии между процессами распространения пульсовых волн по артериальной системе человека и распространением электрических колебаний по линиям с распределенными параметрами. Зависимости распространения пульсовых волн по артериальной системе человека были получены на основе решения одномерных уравнений Навье-Стокса для нескольких частных случаев.

Изучена динамика окислительного метаболизма крови здоровых доноров (n=30) под влиянием оксида азота в газообразном виде и в форме динитрозильных комплексов железа (ДНКЖ). В образцах крови определяли интенсивность процессов липопероксидации и уровень малонового диальдегида в плазме и эритроцитах, антиоксидантный потенциал плазмы и уровень супероксиддисмутазной активности. Проведенные исследования впервые позволили установить особенности реагирования про- и антиоксидантных систем крови в условиях in vitro на обработку монооксидом азота в свободной и депонированной (в составе ДНКЖ) форме. Они включают выраженное прооксидантное действие для газового потока от аппарата «Плазон», умеренно нивелирующееся при десятикратном разведении NO-содержащей смеси. Применение экспериментального генератора оксида азота, разработанного в Российском федеральном ядерном центре, демонстрирует минимальную прооксидантную активность, а водный раствор ДНКЖ характеризуется умеренным антиоксидантным действием, реализующимся в плазме крови как ограничение процессов липопероксидации, а в эритроцитах – за счет повышения супероксиддисмутазной активности.

Продемонстрировано эффективное накопление биядерных динитрозильных комплексов железа с глутатионом в ткани легкого при подкожном паралимфатическом введении этих комплексов в водном растворе в разовой дозе 2 мкмоль/кг дважды в сутки с перерывом в 2 часа. Через 2 часа после повторного введения концентрация этих комплексов достигала 16 мкмолей/кг ткани, снижаясь за последние 2 часа до 7 мкмолей/кг ткани. При однократном введении биядерных динитрозильных комплексов железа с глутатионом концентрация их через 2 и 4 часа была в 2 раза ниже, чем в предыдущих опытах. Возможно, при полученных концентрациях динитрозильных комплексов железа в легких будет наблюдаться бактерицидный эффект в отношении микобактерий туберкулеза и в отношении быстро пролиферирующих опухолей легких.

С тех пор, как процедура диагностики экссудатов стала требовать внимания специалистов-офтальмологов и регулярного наблюдения за болезнью, объем работы специалистов-офтальмологов превысил текущие возможности скрининга. Технология визуализации сетчатки в текущей практике скрининга дает потенциальную возможность для решения этой проблемы. В данной работе предложен способ быстрого и надежного автоматического обнаружения экссудата на размытых изображениях с помощью построения модельных гистограмм методом скользящего среднего и последующего определения лучшей гистограммы. После сегментации кандидатов в экссудаты, истинные экссудаты были выделены с использованием краевого детектора Собеля и алгоритма пороговой бинаризации по методу Оцу, что привело к точной локализации экссудата на цифровых снимках сетчатки. Чтобы сравнить производительность методов обнаружения экссудата мы собрали большую базу цифровых снимков сетчатки. Метод был отработан на выборке из 200 изображений сетчатки и затем протестирован на полностью независимом наборе в 1220 изображений. Результаты показывают, что метод обнаружения экссудатов показывает в целом лучшую чувствительность, специфичность и точность – 90,42 % , 94,60 % и 93,69 % соответственно.

Обнаружен противоопухолевый эффект полимера аспарагиновой кислоты полисукцинимида (PSUC) на моделях солидных опухолей мышей - карцинома Льюис, аденокарцинома Акатол, аденокарцинома Са-755. Ингибирование роста опухолей составляет 60-80% по сравнению с контролем. Установлена антиметастатическая активность полисукцинимида, выражающаяся в ингибировании развития метастазов опухоли в лёгкие на 60% по сравнению с контролем на модели карциномы Льюис. Показано, что полисукцинимид не вызывает существенного сдвига значений рН в опухоли (лимфолейкоз Р-388, аденокарцинома Акатол) в область кислых значений. Проведенное экспериментальное исследование свидетельствует о целесообразности дальнейшего углублённого доклинического изучения противоопухолевых свойств и механизма действия препарата полисукцинимид.

Исследовано влияние транскраниальной электромагнитной стимуляции (ТЭМС) на выработку у лабораторных крыс рефлекса активного избегания раздражителя при болевом подкреплении. Показано, что облучение мозга самцов крыс электромагнитным излучением миллиметрового диапазона (λ=5,6 и 7,1 мм), промодулированным серией низкочастотных импульсов, в 50 % случаев приводит к подавлению выработки условного рефлекса (УР) избегания болевого раздражителя. Еще в 25 % случаев облучение приводит к торможению выработки УР. Аналогичное воздействие ТЭМС на фоне внутрибрюшинного введения блокатора серотонинергических рецепторов (китрила) не влияет на выработку УР. Электромагнитная стимуляция мозга не влияет также на сохранность УР у животных, у которых УР был выработан. На основании полученных данных высказано предположение о том, что использованная в работе ТЭМС способствует выработке серотонина, оказывающего тормозящее влияние на формирование временных связей исследованного условного рефлекса.

Проведено 4 эксперимента по длительному синхронному мониторингу минутных значений пульса и биохимических показателей крови у 4 практически здоровых добровольцев (женщины). Длительность каждого эксперимента 90 минут, регистрация электрокардиограммы производилась непрерывно, частота забора проб крови – раз в две минуты. В венозной крови определяли текущие концентрации трийодтиронина, кортизола, глюкозы, стабильных метаболитов оксидов азота (NOx). Обнаружена синхронность колебаний уровней кортизола и свободного трийодтиронина в крови всех четверых волонтеров, а также присутствие в спектрах этих биохимических показателей периодов 7-8 мин и 15-17 мин. Выявлено наличие периодов в спектрах NOx, равных 7 мин, 13 мин и 25-30 мин. Показано, что динамика вариаций сердечного ритма в наибольшей степени определяется ритмами колебаний уровня NOx в крови, а периоды в вейвлет-спектрах этих физиологических показателей у всех четверых волонтеров близки к периодам спектров синхронных им вариаций вектора геомагнитного поля в частотном диапазоне 0.5-3 мГц. Результаты, полученные в данном исследовании, указывают на оксид азота и его метаболиты в крови как на биохимический фактор, с высокой вероятностью участвующий в развитии процесса тонкой «подстройки» организма к вариациям геомагнитного поля и обеспечивающий синхронизацию вариаций сердечного ритма и геомагнитных колебаний в геомагнитно спокойных условиях.

В работе приведены результаты анализа 329-суточного массива флуктуаций скорости альфа-распада 239Pu с использованием развитого нами локального фрактального анализа шумоподобных временных рядов методом всех сочетаний (МВС) [1-2]. Использование МВС-метода позволило выявить в анализируемом массиве данных устойчивую частотную структуру. Обнаружено совпадение найденного набора частот с частотами собственных колебаний Земли. Приведен краткий обзор работ в которых анализируется временной ход флуктуаций в протекании процессов различной природы. Показано, что периодичности, найденные в этих работах, совпадают с обнаруженными нами, свидетельствуя, таким образом, об универсальном характере обнаруженного феномена.

В работе представлена идея сквозной эволюции длительной реакции планеты Земля на внешний поток лучистой энергии от Солнца. Показано, что из-за ограниченности вещества на Земле, как и на любой другой планете, непрерывная накачка потоком лучистой энергии приводит к циклизации трансформаций и переносов вещества по возникающим градиентам. Эволюция энерговещественных взаимодействий идёт по пути захвата и переноса меньшим количеством вещества большего количества энергии, т.е. по пути роста количества энергии, используемого каждой единицей массы. По этому показателю наименее эффективным является простой перенос массы вещества, например, вихрей газов, по градиентам температур и давлений, имевший место на первичной поверхности планеты. Особую роль в развитии взаимодействия энергии и вещества сыграл длительный естественный отбор на накопление воды на планете. Ее фазовые трансформации (лед, вода, пар) и механические переносы являются самым распространенным энерговещественным процессом. На основе водных циклов, циклических переносов и трансформаций оказалась возможной химическая трансформация веществ, развившаяся со временем в биологическую трансформацию. Этот вид взаимодействия энергии и вещества обладает наибольшей эффективностью. В частности, при фотосинтезе «захватывается и утилизируется» энергия нашей звезды в самой активной части спектра ее излучения. В процессе биологической эволюции гетеротрофов наиболее показателен, в сотни раз, рост коэффициента, характеризующего интенсивность энергообмена: от простейших микроорганизмов до млекопитающих. Удивительно, но вполне закономерно с энергетических позиций, развитие и нынешнее доминирование человечества как энергетически наиболее активного вида по захвату энергии и осмысленной организации ее новых потоков, в частности, на основе органических остатков былых биосфер. В процессе технологической эволюции человечества показатель, характеризующий интенсивность энергообмена, для гомойотермных (теплокровных) животных возрос еще в 20 раз, в пересчете на технологическую энергию, используемую «средним» жителем планеты. Таким образом, победа нашего вида в планетарной эволюции легко укладывается в магистральное направление сквозной эволюции энерговещественных отношений: многократный рост энергии звезды, использованной для трансформации вещества на поверхности облучаемой планеты.