astaf@mail.ru 0,0

Долгое время биология была описательной и феноменологической наукой, мало приспособленной для прогнозирования и рационализации наблюдаемых явлений. С появлением компьютерной техники математика, наконец, стала осваиваться на такой, на первый взгляд, от нее далекой территории. Изначально, наиболее востребованными в биологии были методы математической статистики, которые позволяют корректно обработать данные экспериментов и оценить статистическую значимость делаемых выводов. Однако со временем, с подачи химии и физики (или биохимии и биофизики) в биологии стали использоваться сложные математические модели, позволяющие не только обрабатывать данные реальных экспериментов, но и способные предсказывать протекание биологических процессов в ходе виртуальных (in silico) экспериментов. Вниманию читателей предлагается перевод статьи Иво Сбальцарини, переработанной специально для «Биомолекулы» и рассказывающей о современных подходах в компьютерном пространственно-временнóм моделировании биологических систем.

Согласно социалистической доктрине, семья — это ячейка общества. Однако даже если отвлечься от этого официоза, само понятие семьи неразрывно связано со всей историей человечества. Впрочем, семья существовало не всегда, и на примере большинства животных (включая приматов) мы видим, что можно обходиться и без этого. Большинство эволюционных биологов сходится на том, что становлению человечества как вида сопутствовал переход от полигамии к моногамным отношениям, которые и находятся в основе института семьи. Результаты недавно проведенного математического моделирования показывают, что решающим фактором в этом изменении предпочтений мог стать выбор женщин, которые предпочли отдавать свое сердце не альфа-самцам, а более заботливым и постоянным спутникам жизни.

Многочисленные спектроскопические методы, появившиеся во второй половине XX века, — электронная и атомно-силовая микроскопии, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, масс-спектрометрия — казалось бы, давно отправили традиционную оптическую микроскопию «на пенсию». Однако умелое использование явления флуоресценции не раз продляло «ветерану» жизнь. В этой статье речь пойдет про квантовые точки (флуоресцентные полупроводниковые нанокристаллы), вдохнувшие в оптическую микроскопию новые силы и позволившие заглянуть за пресловутый дифракционный предел. Уникальные физические свойства квантовых точек делают их идеальным средством для сверхчувствительной многоцветной регистрации биологических объектов, а также для медицинской диагностики.

Циркадные ритмы — циклические колебания интенсивности разнообразных биологических процессов — отражены и на биохимическом, и на генетическом уровнях. Международная команда биологов нашла, возможно, «универсальный» маркер этих ритмов — пероксиредоксин, защищающий организмы от повреждения токсичными продуктами кислородного дыхания. Этот фермент превращается из окисленной формы в восстановленную с периодом около 24 часов, причем так происходит во всех трех доменах жизни. Исследователи считают, что прообраз биологических часов возник одновременно с «кислородной катастрофой», когда всему живому на Земле пришлось резко адаптироваться к окислительной атмосфере.

Молекула «футбольной» формы — фуллерен — кроме своего необычного химического строения обладает еще и биологической активностью. Французские биологи провели над мышами необычный эксперимент — добавляли им в еду фуллерен C60, растворенный в оливковом масле. Результат оказался невероятным: продолжительность жизни мышей возросла практически в два раза!

Несмотря на то, что за несколько десятилетий существования метода моделирования молекулярной динамики (МД) сущность подхода практически не поменялась, совершенствование алгоритмов и взрывное развитие компьютерных мощностей позволяет достигать все новых рубежей. Американские исследователи провели моделирование МД потенциал-чувствительного калиевого канала, в результате чего удалось в деталях проследить процесс активации / инактивации этого белка, «рассмотрев» подробности, ранее известные лишь гипотетически.

Британские ученые из университета Бристоля отмечают «совершеннолетие» своего детища — одного из самых подробных и длительных исследований, направленных на изучение здоровья, привычек и образа жизни людей. Более 14 тысяч «пациентов», самому старшему из которых только-только исполнился 21 год, всю жизнь находятся под пристальным вниманием врачей и ученых, которые обследуют их, не зная устали. На самом деле, обследовать начали еще их родителей, — и теперь ученые располагают огромным массивом биометрической и генетической информации, содержащей в своих недрах важные медицинские закономерности. Пока ученые стараются эти зависимости выявить, у многих «подопытных» уже начали появляться свои дети.

В последние годы все внимание физиков приковано к поиску бозона Хиггса — единственной до сих пор не обнаруженной элементарной частицы, предсказываемой Стандартной моделью. Есть ли в биологии такой же последний рубеж, по взятии которого можно праздновать полное и безоговорочное торжество разума? Редакторы Nature с некоторой иронией указывают, что в биологии есть куда более «темная материя» — откуда взялась жизнь, широко ли она распространена во Вселенной и, главное, почему она имеет свойство так неотвратимо подходить к концу.