Молекулярно-кинетические механизмы и математическое моделирование биологических процессов

Математическое и компьютерное моделирование наряду с экспериментальными методами является необходимым инструментом исследования биофизических механизмов, лежащих в основе структурной организации и функционирования биологических систем на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях организации. Полученные в ходе моделирования результаты имеют большое прикладное значение. Молекулярные модели взаимодействия лекарственных препаратов с болезнетворными организмами: бактериями и вирусами открывают путь для усовершенствования медицинских препаратов. Кинетические модели фотосинтеза, используемые наряду со статистического методами для обработки массовых данных спектральных наблюдений, подсказывают новые решения практических задач биотехнологического и экологического мониторинга. В ходе выполнения работ этапа 2023 г. продолжены исследования с использованием кинетических и молекулярных моделей процессов в фотосинтетической мембране. Путем учета подвижности светособирающих комплексов в фотосинтетической мембране усовершенствована структура модели, воспроизведены экспериментально наблюдаемые в эксперименте кинетические кривые флуоресценции зеленых водорослей и циановых бактерий во временном интервале от мс до сотен секунд. Анализ массивов спектральных измерений состояния фотосинтетического аппарата водорослей с помощью кинетических моделей и статистических методов использован для контроля качества воды в водоемах Псковской области и Донецкой Народной Республики Разработанная на предыдущем этапе модель динамики популяции диатомовых водорослей фитопланктона арктических морей верифицирована по данным спектральных измерений фотосинтетических характеристик фитопланктона. На модели получено разнообразие динамических режимов, соответствующее разнообразию фотосинтетических характеристик, наблюдаемых в разные сезоны и в разных погодных условиях в ходе арктических рейсов исследовательского судна «Академик Келдыш». Методы молекулярной, крупнозернистой и броуновской динамики применены для изучения молекулярных механизмов взаимодействия плазматических мембран болезнетворных бактерий с флуоресцентными красителями – индикаторами заряженных областей, служащих мишенью для противобактериальных препаратов. Охарактеризованы молекулярные взаимодействия между органическим катионным красителем НАО и модельной плазматической мембраной, состоящей из цвиттер-ионных и анионных фосфолипидов. Описаны различные типы комплексов НАО с отдельными липидами. Исследование показало, что, несмотря на упрощение, использованное в крупнозернистом подходе, моделирование мембранных систем отражает реальные процессы взаимодействия мембранотропных соединений и бислоев. Разработанные в ходе выполнения работ методы и результаты исследований используются при чтении спецкурсов и в Большом практикуме кафедры биофизики биологического ф-та МГУ, а также на летней практике по экологической биофизике.