Проведено моделирование белка σ⁷⁰-субъединицы РНК-полимеразы E. сoli (небольшого белка, входящего в состав холофермента РНК-полимеразы, и отвечающего за инициацию транскрипции конститутивных генов) при разных концентрациях солей. Обнаружено два варианта расположения С-концевого домена 4 белка. В одном из них, при низкой концентрации солей в растворе, домен 4 взаимодействует с сильно отрицательно заряженной областью 190–210 АК домена NCR. В другом высокое содержание солей приводило к экранированию заряженной области NCR и домен 4 становится свободен, что, предположительно, приводит к росту скорости полимеризации. Результаты моделирования не подтверждают существующие на данный момент гипотезы о расположении N- и С-концов белка при самоингибировании.

Колоректальный рак занимает третье место в структуре заболеваемости и смертности от онкологических заболеваний в мире. Одной из универсальных особенностей злокачественных новообразований является нарушение энергетического обмена, главным образом, активация гликолиза, которая происходит уже на ранних стадиях развития рака, в том числе вследствие увеличения экспрессии гексокиназ, преимущественно HK1 и HK2. При колоректальном раке традиционно выделяют повышение экспрессии HK2, которое рассматривают в качестве маркера неблагоприятного прогноза. Нами проведен анализ данных RNA-Seq проекта The Cancer Genome Atlas, который, напротив, показал преимущественно снижение уровня мРНК гена HK2 и незначительные изменения для гена HK1. Данные транскриптомного анализа из указанного проекта согласовались с результатами дальнейшей экспериментальной оценки уровня экспрессии генов гексокиназ методом количественной ПЦР. Повышение уровня мРНК генов HK1 и HK2 выявлено лишь в небольшой доле образцов: 12% для HK1 и 30% для HK2. При этом обнаружено снижение уровня мРНК гена HK2 в 50% случаев. Корреляционный анализ показал согласованность в изменениях экспрессии генов HK1 и HK2 (rs = 0,43, p < 0,01), что может объясняться общими механизмами регуляции. Уровень экспрессии гена HK3 существенно повышался в 60% образцов, и, по-видимому, именно гексокиназа 3 вносит значительный вклад в активацию гликолиза при колоректальном раке.

Разработан математический метод для поиска скрытой периодичности в аминокислотных последовательностях белков и в других символьных последовательностях с использованием динамического программирования и случайных периодических матриц. Метод позволяет находить скрытую периодичность со вставками и делециями символов в заранее неизвестных местах. Разработанный метод был применен для поиска периодичности в аминокислотных последовательностях некоторых белков и в обменном курсе евро/доллар, начиная с 2001 года. Показано присутствие длинной периодичности со вставками и делециями аминокислот с длиной периода, равной семи аминокислотам в белках, содержащих суперспиральные области, а также наличие периодичности длиной в пять и шесть аминокислот и более длинными периодами. Показано также существование периодичности, равной шести и семи суткам, а также 24 и 25 часам в проанализированных финансовых рядах, которую можно обнаружить только со вставками и делециями. Обсуждаются причины возникновения скрытой периодичности со вставками и делециями символов в аминокислотных последовательностях белков и в финансовых рядах.

Представлена «крупнозернистая» модель конформационной подвижности белков. Проведено сравнение предсказанной с помощью этой модели траектории конформационного движения для пяти белков с движением, полученным на основе метода «ближайшего соседа», опирающегося на степень различия кривых рентгеновского малоуглового рассеяния. Показано, что для всех рассмотренных белков последовательность конформаций, рассчитанных как на основе «крупнозернистой» модели, так и на основе метода «ближайшего соседа», хорошо совпадает, хотя имеются исключения, причина которых для каждого белка требует отдельного рассмотрения.

Методом молекулярной динамики произведена оценка влияния актиномицинов (антибиотиков, используемых в химиотерапии определенных онкологических заболеваний) на упругость фрагмента ДНК и оценка эффективности связывания актиномицинов с фрагментом ДНК. Исследовано влияние введения заместителей аминогруппы и гидроксильной группы в феноксазиновую группировку актиномицина на динамическое поведение и стабильность комплексов фрагмент ДНК–антибиотик. Рассчитаны значения модуля Юнга для структур ДНК/ДНК–актиномицин/ДНК–7-гидроксиактиномицин/ДНК–7-аминоактиномицин. Произведен расчет свободной энергии образования комплексов актиномицина и двух его аналогов с фрагментом ДНК. Полученные результаты свидетельствуют о том, что вводимые заместители стабилизируют структуру фрагмента ДНК за счет формирования дополнительных водородных связей.

Методы построения машин опорных векторов не требуют дополнительной априорной информации и позволяют обрабатывать большие объемы данных большой размерности, что особенно важно для многих проблем вычислительной биологии. Представлен обзор основных алгоритмов построения машин опорных векторов (Support Vector Machines (SVM)) для задачи восстановления регрессии (SVM for Regression (SVR)), и проведено исследование их сравнительной эффективности. Критический анализ результатов этого исследования дал возможность выделить среди SVR-алгоритмов наиболее эффективные. Приведено описание рекомендуемых алгоритмов, достаточное для их практической реализации.

Показано, что ампликоны ДНК вирусов гепатита (HBV, HCV) способны индуцировать излучение после обработки электромагнитным полем в диапазоне частот от 7,5 до 30 Гц и напряженностью 24–40 А/м, которое регистрируется с помощью метода хемилюминесценции. Наибольшее влияние на водные растворы ампликонов ДНК вирусов гепатита оказывает обработка электромагнитным полем с частотой 9 Гц, наблюдается изменение гидратационной оболочки ампликонов ДНК. Высказано предположение, что изменение гидратной оболочки ДНК под действием низкочастотного электромагнитного поля приводит к восстановлению водородных связей, образованию сшивок и в целом к репарации ДНК.

Исследовано биологическое действие светового излучения ближнего инфракрасного диапазона (длина волны 850нм), модулированного акустическим воздействием с частотой 101 Гц. Работа проведена на крысах, эффект регистрировали по активности сукцинатдегидрогеназы в лимфоцитах на мазке крови на фоне введения активирующей дозы адреналина, которое моделирует состояние организма на начальных этапах патогенного воздействия (стресса). Показано выраженное регулирующее влияние инфракрасного излучения на активность сукцинатдегидрогеназы у активированных адреналином животных. Инфракрасное излучение оказывает гомеостазирующее действие, снижая степень ингибирования или активации фермента, индуцированных адреналином. На контрольных животных инфракрасное излучение не оказывает заметного влияния. Таким образом, путем модуляции активности сукцинатдегидрогеназы инфракрасным излучением поддерживается энергообеспечение в митохондриях за счет самого мощного субстрата окисления – янтарной кислоты, что особенно сильно проявляется при стрессовых воздействиях.

Изучен ряд свойств протомитохондрий – малых молодых митохондриальных органелл клеток животных. Протомитохондрии были получены фильтрованием общей суспензии митохондрий печени крысы через калиброванные миллипоровые фильтры. Протомитохондрии имеют полную дыхательную цепь, о чем свидетельствует высокая скорость потребления кислорода при окислении сукцината и NADH. Шунтирующая (не зависимая от кислорода) сукцинат:тетразолий-редуктазная активность протомитохондрий ниже, а шунтирующая NADH-тетразолий-редуктазная наоборот выше, чем у митохондрий. Методами электрофореза и гель-фильтрации не обнаружено качественных различий мажорных белков в протомитохондриях диаметром 0,25–0,45 мкм от митохондрий, но выявлены некоторые количественные различия. Указанные различия, по-видимому, отражают процесс внутриклеточного созревания протомитохондрий до митохондрий. Полученные данные важны для понимания процессов митохондриогенеза в специализированных клетках животных и роли протомитохондрий в клеточном метаболизме.

Исследовано влияние микробных метаболитов фенольной природы на активность ферментов цикла трикарбоновых кислот в изолированных митохондриях, а также определение в крови больных сепсисом метаболитов цикла трикарбоновых кислот как потенциальных биомаркеров митохондриальной дисфункции. Показано, что микробные метаболиты фенольной природы оказывают ингибирующее влияние на активность дегидрогеназ, определяемую по восстановлению дихлорфенолиндофенола и нитросинего тетразолия в митохондриях и гомогенатах печени. Этот эффект в большей степени проявляется при окислении NAD-зависимых субстратов, чем при окислении сукцината, и при меньших концентрациях микробных метаболитов, чем ингибирование дыхания. Методом газовой хромато-масс-спектрометрии обнаружено снижение содержания метаболитов цикла трикарбоновых кислот в крови больных сепсисом, по сравнению со здоровыми донорами. Полученные данные показывают, что фенольные кислоты могут вносить существенный вклад в дисфункцию митохондрий и снижение общего метаболизма, характерных для этих патологий.

В данной работе показано, что выделенные митохондрии могут подвергаться трансформации в липофусциновые гранулы без участия каких либо дополнительных факторов (насыщение кислородом, прооксиданты) медленно спонтанно при невысокой температуре, быстро при нагреве (термо-липофусцин) или при УФ облучении (фото-липофусцин). Основной вклад в образование митохондриального липофусцина вносят денатурированные белки. При этом образование термо-липофусцина зависит от перекисного окисления липидов, а образование фото-липофусцина при облучении УФ не требует наличия липидов. Показано, что для корректного измерения количества ЛФ по его флуоресценции необходимо использование детергента, разрушающего митохондрии.

Мышечные клетки имеют особое строение, развитый цитоскелет, который занимает большую часть клетки и формирует, в том числе, сократительный аппарат. На основе уравнений механики сплошной среды предложена математическая модель биомеханического поведения клетки в целом и модифицирована для описания сократительной активности мышечной клетки как упругого стержня. Модель учитывает результат трансдукции внешних воздействий, выражающийся в формировании внутренней деформации, и позволяет оценить подвижность и/или возникающие напряжения в мышечных клетках при изменении внешнего воздействия.

Развита единая модель кальциевой динамики в клетках водителя сердечного ритма с учетом синэргетического эффекта взаимодействующих внешнего мембранного и внутриклеточного кальциевого осцилляторов («мембранных и Ca²⁺-часов»). Особенностью модели является описание стохастической динамики Ca²⁺ высвобождающих единиц в рамках электронно-конформационного механизма функционирования рианодин-чувствительных кальциевых каналов – основных элементов управления кальциевой динамикой в сердечных клетках. Показано, что взаимодействие двух клеточных осцилляторов обеспечивает устойчивый режим генерации потенциала действия в клетках водителя сердечного ритма даже в условиях стохастической Ca²⁺ динамики. Подробно исследовано влияние чувствительности рианодин-чувствительных кальциевых каналов к повышению концентрации кальция во внутриклеточных накопителях и в диадном пространстве саркоплазмы на поведение кальций-высвобождающей системы. Проведен параметрический анализ объединенной модели пейсмейкерных клеток.

Исследовано снижение устойчивости клеток острого миелоидного лейкоза в многоклеточных агрегатах к TRAIL-индуцированному апоптозу пpи использовании низкомолекулярных ингибиторов активации транскрипционного фактора NF-kB – NF-kB Activation Inhibitor IV и JSH-23 в нетокcичныx концентpацияx. Как NF-kB Activation Inhibitor IV, так и JSH-23 эффективно снижали устойчивость клеток острого миелоидного лейкоза человека в многоклеточных агрегатах к цитотоксическому действию рекомбинантоного белка izTRAIL. Показано, что применение данных ингибиторов приводило к снижению фосфорилирования белка RelA (p65) основного маркера активации транскрипционного фактора NF-kB. В работе обсуждается возможная причина повышения устойчивости клеток острого миелоидного лейкоза в многоклеточных агрегатах к TRAIL-индуцированному апоптозу и значение этого феномена для понимания лекарственной устойчивости лейкозных клеток в целом.

Изучено влияние синтетического изофлавоноида генистеина на опухолевые клетки HeLa, в которых представлены рецепторы эстрогена типа альфа и отсутствуют рецепторы эстрогена типа бета, с целью установления его цитотоксического либо цитопротекторного действия. Показано, что концентрация, при которой достигается полумаксимальное ингибирование жизнеспособности клеток HeLa (IC₅₀ = 0,2 мМ), в десятки раз выше, чем у препаратов сравнения с цитотоксическим действием тамоксифена и цисплатина. В микромолярных концентрациях (0,1–10 мкМ) генистеин снижал цитотоксическое действие тамоксифена и цисплатина. Обнаружено снижение экспрессии мРНК Bax и увеличение экспрессии мРНК Bcl-2 при инкубации клеток с генистеином, что также свидетельствует о его цитопротекторном, антиапоптотическом действии. Генистеин даже в высоких концентрациях не влиял на мембранный потенциал и кальциевую емкость изолированных митохондрий, не активируя открытие Са²⁺ - индуцируемой митохондриальной поры. Таким образом, полученные данные показывают протекторное действие изофлавоноида генистеина на клетки.

Показано, что противопухолевая активность биядерной формы динитрозильного комплекса железа с глутатионом (Б-ДНКЖ), обнаруженная ранее на модели карциномы лёгких Льюис при внутрибрюшинном введении препарата, проявляется и при его подкожном применении, достигая 43% торможения роста опухоли при использовании комплекса на протяжение 10 или 15 суток в разовой дозе 100 М/кг (в пересчёте на одну Fe(NO)2 группу в составе комплекса). Ростингибирующее действие Б-ДНКЖ было наиболее выраженным в первые две недели после перевивки опухоли. В более поздние сроки скорости роста опухолей у леченых животных достигали уровня контрольных значений или превышали их. При этом средняя продолжительность жизни экспериментальных животных превышала контрольные величины на 30%. Противоопухолевое действие Б-ДНКЖ при его внутрибрюшинном введении обнаружено и в отношении аденокарциномы Са-755, однако в этом случае продолжительность жизни экспериментальных животных повышалась не более чем на 7% по сравнению с контролем. Противоопухолевая активность обнаружена в аналогичных исследованиях и для S-нитрозоглутатиона (GS-NO), вызывающего ингибирование роста карциномы лёгких Льюис и аденокарциномы Са-755 на 70 и 90%, соответственно. Однако в отличие от Б-ДНКЖ противоопухолевый эффект GS-NO при повышении ежедневной дозы (c 200 до 400 М/кг) ослаблялся. Предполагается, что первоначальное подавление развития опухолей под влиянием Б-ДНКЖ и GS-NO определяется действием NO, высвобождающимся из этих соединений. Последующее блокирование этого эффекта обусловлено выработкой в опухолях систем анти-нитрозативной и антиоксидантной защиты.

Изучены биологические эффекты диэтилнитрозамина в контролируемых условиях его метаболизма у мышей разного возраста. Полученные результаты показывают, что общетоксическое и гепатоканцерогенное действие оказывает неметаболизированный диэтилнитрозамин, тогда как токсическое повреждение печени вызывают его алкилирующие метаболиты. Результаты работы позволяют поставить вопрос о пересмотре принятых представлений об исключительной роли мутагенной активации в канцерогенном действии химических соединений.

Решена задача о деформировании плоского слоя эмбрионального эпителия, разгруженного после непродолжительного одноосного растяжения и фиксации в растянутом состоянии на различные сроки. Начальные условия для ее решения получаются из решения задачи о равномерном растяжении фрагмента ткани (эксплантата) с последующей фиксацией его длины. При решении задачи использовалась разработанная авторами ранее континуальная модель, описывающая напряженно-деформированное состояние эпителиальной ткани с учетом параметров, характеризующих как форму клеток и их напряженное состояние, так и активные напряжения, развиваемые клетками при взаимодействии между собой. Экспериментально наблюдаемое продолжение деформирования растянутой ткани после прекращения действия внешней силы теоретически описано как результат активных реакций клеток на механическое воздействие. Продемонстрировано существенное влияние длительности фиксации эксплантата как на величину его последующего удлинения, так и на структуру клеточной активности.

Представлены результаты численного моделирования зависимостей конечно-диастолического, конечно-систолического и ударного объема левого желудочка сердца в рамках ранее предложенной простой кинетической модели миокардиальной ткани и простейшей аппроксимации геометрии желудочка толстостенным цилиндром с меняющейся по толщине его стенки ориентацией мышечных волокон. Течение крови в сосудистом русле моделировали простой линейной моделью с сосредоточенными параметрами. Показано, что даже в рамках такого простого подхода удается воспроизвести наблюдаемые зависимости насосной функции сердца от пред- и пост-нагрузки, т.е. от конечно-диастолического давления и периферического сопротивления. Согласно проведенным расчетам, изменения параметров, характеризующих растяжимость артерий и инерционность крови, не влияют на ударный объем желудочка.

Изучена нелинейная динамика флуктуаций почечного кровотока у крыс в исходном и в возмущенном состоянии. Возмущением являлось внутримышечное воздействие раствора аспирина в 0,9% физиологическом растворе в дозе 0,5 мГ на 100Г веса. Капиллярный кровоток правой почки крысы измеряли методом лазерной допплеровской флоуметрии. Анализировали персистентность этих временных рядов методом Херста. Результаты исследований показали, что исходные временные ряды персистентные, их индекс Херста равен H=0,817±0,041. Cтатистические характеристики возмущенных временных рядов значительно отличались от исходных. В то же время возмущенные временные ряды оставались персистентными. Их индекс Херста был равен 0, 677 ± 0, 057, его снижение по сравнению с исходными рядами было не достоверно.

Расширение закона Кулона-Амонтона предлагается с точки зрения особенностей взаимодействия, включая схему перенормировки (упрощенной) n-ного уровня. Коэффициент трения (СКТ) получен в общей экспоненциальной (нелинейной) форме, характеристика практически бесконечного (или для многих тел) уровня карты взаимодействия. Тем не менее, его применение для гидратационного отталкивания двухслойной системы, склонной к облегченной смазке, принимается как линейно ограниченное, хотя и с включением решающего фактора отталкивающей силы / давления. Некоторые перспективы по отношению к смежным системам, лежащим существенно за пределами биотрибологических вопросов, также были учтены.

В результате проведенной работы по сравнению разных способов подавления спеклов, было показано, что использование подавителя спеклов на основе жидких кристаллов приводит лишь к частичному ослаблению их выраженности. Более эффективным для количественной люминесцентной микроскопии оказывается применение механических устройств, размазывающих картину спеклов в поле зрения. Практически полное подавление спеклов достигается устройством, сочетающим кольцевой волоконно-оптический осветитель и вибратор, обеспечивающий перемещение торцов оптических волокон по отношению к лазерному диоду во время измерения. Приведен пример успешного подавления спеклов, с помощью разработанного метода при микроскопическом анализе ячеек биочипа.

Одна из возможных первопричин формирования кластерной структуры воды основана на теории ядерной орто/пара-спин-изомерии молекул H2O. Эта теория оказалась настолько убедительной, что стимулировала поиск экспериментов по проверке ее правильности. Однако многолетний рост числа моделей надмолекулярной структуры воды к достоверному результату пока не привел, невзирая на многочисленные усилия больших научных коллективов. В работе показано экспериментально, что теория ядерной орто/пара-изомерии с высокой достоверностью может быть проверена на правильность. Выявлено, что при исследовании взаимодействия газовых ассоциатов с кластерной структурой воды в метастабильном состоянии у положительного электрода образуются центры кристаллизации за счет выделяемого кислорода.

В работе S.J. Puetz et al. (Chaos, Solitons & Fractals, v. 62-63, p. 55, 2014) описана ФСУП (фундаментальная система утраивающихся периодов). Ее в совокупности компонуют периоды разнообразных астрономических (квазары, Солнце), геофизических (геомагнетизм, климат, вулканы) и биологических процессов. Всего было выявлено шестнадцать пар последовательно утроенных периодов. Они простираются от полутора миллиардов до полусотни лет и не найдено никаких предвестников ограничения этого диапазона. Мы считаем, что мультимасштабность ФСУП ведет к принципиально новой методологии исследований, где спектр периодов изучаемого сложного явления тестируется на сходство со спектром ФСУП (ввиду фундаментальности последнего). Именно в таком ключе мы в настоящей статье добавляем к уже описанной части ФСУП десяток периодов улучшения памяти человека в диапазоне периодов от месяца до минуты, а также семь характерных периодов/частот ФСУП, лежащих в диапазоне слуха человека. Мы делаем вывод, что последние могут лежать в основе феноменов музыки и пения. На очереди стоит использование ФСУП в медицине и в технике.

С целью изучения влияния электрического заряда хромофора на эффективность включения флуоресцентно-меченных нуклеотидов в ДНК при проведении ПЦР были синтезированы три флуоресцентно-меченных dUTP, один из которых содержал электронейтральный, а два других – положительно и отрицательно заряженные красители, аналоги Cy5. Показано, что dUTP, меченный электронейтральным аналогом Cy5, наиболее эффективно встраивается в ДНК при проведении ПЦР Taq полимеразой.

Разработан метод полностью параллельной разностной эволюции для определения неизвестных параметров математических моделей путем минимизации отклонения решений от экспериментальных данных. Метод использован в свободной программе с открытым исходным кодом, доступной в сети Интернет. Метод показал на тестовых примерах результаты, сравнимые по точности с тремя лучшими алгоритмами из CEC-2014, и был успешно использован в нескольких реальных задачах.