МФТИ исследовал механизм стабильности клеточных сигнальных сетей

Исследователи Московского физико-технического института (МФТИ) обнаружили, как организмы, не имеющие способности поддерживать постоянную температуру тела, сохраняют стабильную передачу сигналов внутри клеток при изменении окружающей среды. Об этом сообщает пресс-служба МФТИ. Об этом пишет сайт Самара онлайн 24.

Ученые выяснили, что молекулярные сигнальные сети могут поддерживать свою работоспособность благодаря особой организации слабых взаимодействий. Изменения в одних реакциях компенсируют температурные колебания в других, что позволяет системе сохранять общий стабильный ответ.

«Сигнальная сеть, основанная на слабых взаимодействиях, может быть организована так, что температурные изменения в одних реакциях-«компенсаторах» точно уравновешивают сдвиги в других, и итоговый ответ системы остается неизменным при любых температурах. Слабость в такой архитектуре становится не недостатком, а источником устойчивости», — пояснил аспирант МФТИ Егор Коренков.

Коренков и заведующий лабораторией нанобиотехнологий института Максим Никитин отметили, что ученые давно исследуют, как организмы без внутренних источников тепла адаптируются к широкому диапазону температур — от зимних морозов до летней жары. В биотехнологическом производстве даже отклонение температуры питательной среды на один градус от оптимального может привести к серьезным последствиям.

Исследование продолжает работу, начатую Максимом Никитиным в 2023 году. Тогда он сформулировал и экспериментально подтвердил принцип молекулярной коммутации, который позволяет передавать и обрабатывать биологическую информацию через слабые обратимые взаимодействия между молекулами ДНК или РНК.

Сигнальные сети функционируют в диапазоне температур от 0,1 до 50 градусов. В ходе новых расчетов и экспериментов исследователи проверили возможность создания молекулярной системы, которая будет стабильно выполнять заданные функции при различных температурах. Опыты показали, что даже достаточно сложные логические цепочки могут предсказуемо работать в диапазоне от 0,1 до 50 градусов Цельсия.

Кроме того, ученые выяснили, что структуру сигнальных сетей можно адаптировать так, чтобы они не только сохраняли устойчивость при изменении температуры, но и использовали ее для управления своим поведением.

По мнению исследователей, это может помочь объяснить механизмы адаптации организмов к температурным колебаниям. В будущем разработка может найти применение в биотехнологической отрасли — например, для управления клеточными культурами и микроорганизмами, производящими лекарства и другие важные вещества.

«Сегодня биотехнологический реактор во многом напоминает завод, за которым необходимо постоянно следить извне. Наше новое открытие позволяет перенести часть этого контроля внутрь самой системы, что сделает производство белков и другие сложные биотехнологические процессы более устойчивыми и менее зависимыми от постоянного внешнего контроля», — подытожил Егор Коренков.