Данная информация предназначена для специалистов в области здравоохранения и фармацевтики. Пациенты не должны использовать эту информацию в качестве медицинских советов или рекомендаций.
Технология ученых Пермского Политеха позволит более точно редактировать гены
В последние десятилетия получила развитие синтетическая биология, в рамках которой создают уникальные биологические системы с «запрограммированными» функциями и свойствами.
Результаты этих исследований можно использовать в разработке биосенсоров,
платформ для доставки лекарств и биокомпьютеров. Ученые из Пермского Политеха
повысили точность работы репрессилятора – искусственной замкнутой цепи, которая
позволит прогнозировать поведение генетических систем.
Результаты работы ученые опубликовали в журнале «Компьютерные исследования и
моделирование». Разработка была реализована при поддержке Министерства науки и
высшего образования России и НОЦ мирового уровня «Рациональное недропользование».
– Синтетическая биология позволяет создавать искусственные цепи ДНК и
биологические системы, «программируя» генетический код живых организмов. В
частности, это поможет в разработке биосенсоров, платформ для доставки лекарств
и биологических компьютеров. Предполагается, что можно спрогнозировать поведение
генетической системы до ее воплощения в жизнь. Модель искусственной генной цепи
– репрессилятора – позволяет воспроизводить динамические процессы, происходящие
при экспрессии генов, – рассказывает один из разработчиков, аспирант кафедры
прикладной физики Пермского Политеха Максим Бузмаков.
Первый репрессилятор был создан в 2000 году. Он представляет собой замкнутую
малоразмерную цепь из трех генов, которые подавляют возможность производства
белка друг друга. Гены имеют естественное происхождение, но в такой комбинации в
природе не встречаются. По словам ученых, благодаря подобному устройству цепи
возникают колебания концентраций белка, которые обеспечивают функционирование
клеток.
Ученые Пермского Политеха описали динамические процессы в искусственной
генной цепи и усовершенствовали точность ее работы. Для этого они предложили
использовать репрессилятор с запаздыванием. По их словам, процессы экспрессии
генов состоят из многоэтапных реакций, в ходе которых образуются ансамбли
сложных органических соединений. Эти процессы распределены по пространству,
растянуты по времени и идут с запаздыванием. Сильные отклонения величин в генной
цепи и небольшое количество молекул требуют учета случайных и неопределенных
факторов.
– Уникальность технологии заключается в методе моделирования генетической
системы. Мы заменили процессы транскрипции и трансляции генов запаздыванием
экспрессии. Это позволило значительно упростить модель, не потеряв динамических
свойств системы. Модель дает представление о том, как изменяется концентрация
белка в системе с течением времени. Наша разработка также позволит отслеживать
движение белковых полей в пространстве в результате взаимодействия клеток с
репрессиляторами, – поясняет научный руководитель разработчика, заведующий
кафедрой прикладной физики Пермского Политеха, ведущий научный сотрудник, доктор
физико-математических наук, доцент Дмитрий Брацун.
Ученые создали численный алгоритм и программный комплекс, а также провели их
тестовые расчеты. Это позволило получить более точную информацию о поведении
системы, что не удавалось сделать ранее с помощью других методов.