Молекулярно-кинетические механизмы и математическое моделирование биологических процессов

В ходе выполнения этапа 2022 были произведены работы по изучению кинетических и молекулярных механизмов биологических систем разной природы. Разработанные математические и компьютерные модели позволяют использовать данные наблюдений и экспериментов для воспроизведения динамики процессов, происходящих в биологических системах на разных пространственных и временных масштабах, проследить изменения характеристик системы в различных условиях, в том числе в условиях стресса. В рамках этапа 2022 г. усовершенствована структура модели фотосинтетической мембраны, позволившая воспроизводить наблюдаемые в эксперименте кривые индукции флуоресценции и редокс превращений фотоактивного пигмента фотосистемы 1 на временных масштабах от миллисекунд до минут. С использованием редуцированной модели фотосистемы 2, метода мультиэкспоненциальной аппроксимации и статистических методов (кластеризация, классификатор «Случайный лес», нейронные сети») обработаны данные наблюдений фотосинтетических характеристик Псковских водоемов, позволившие идентифицировать присутствие в воде тяжелых металлов с вероятностью 87%. На основе данных наблюдений фотосинтетических характеристик проб воды, полученных в ходе арктических рейсов исследовательского судна «Академик Келдыш», разработана агентная модель вертикальной динамики фитопланктона северных морей. С использованием методов молекулярной, крупнозернистой и броуновской динамики создана первая трехмерная электростатическая карта поверхности SARS-CoV-2, показывающая распределение зарядов на компонентах оболочки коронавируса. Возможности карты в предсказании сайтов связывания противовирусных препаратов с поверхностью вирионов продемонстрированы на примере взаимодействия вириона SARS-CoV-2 с фотосенсибилизатором металлофталоцианом цинка, который обладает вирулицидной активностью по отношению к вирусам гриппа и коронавирусу человека SARS-CoV-2. Разработанные в ходе выполнения работ методы исследований используются в Большом практикуме для магистров, на летней практике по экологической биофизике кафедры биофизики биологического ф-та МГУ имени М.В.Ломоносова. По результатам исследований опубликованы статьи в в высокорейтинговых журналах.