Карта сайта

ИН-ТРЕНД|IN-TREND

Новая теорема поможет раскрыть секрет туберкулеза


Новая методика, разработанная исследователями Ратгерского университета и университета Райса, могла бы помочь ученым определить, почему биохимическая сеть не всегда работает так, как ожидается. Чтобы проверить этот подход, они проанализировали реакцию бактерий, вызывающих туберкулез, на стресс и предсказали новые взаимодействия. Результаты исследования описаны в статье, опубликованной в журнале «PLOS Computational Biology».

«Мы начинаем понимать, как эти сети контролируют динамику биологической реакции, то есть, природу того, как концентрация молекул изменяется со временем», говорит главный исследователь Олег Игошин, доцент биоинженерии университета Райса.

Теорема использует подходы из теории управления, междисциплинарной отрасли техники и математики, которая имеет дело с поведением динамических систем, которые имеют входы и выходы. Она формулирует условие для биохимической сети, чтобы отобразить немонотонную динамику в ответ на монотонный триггер. Например, это бы объяснило экспрессию гена, который в первую очередь ускоряется, а затем замедляется и возвращается к норме. (Монотонные реакции всегда возрастают или всегда уменьшаются, немонотонные реакции увеличиваются, а затем уменьшаются, или наоборот.)

Теорема утверждает, что немонотонная реакция возможна лишь тогда, когда выход системы получает противоречивые сигналы от входа таким образом, что одна ветвь пути активирует выход, а другая дезактивирует его. Если немонотонный отклик наблюдается в системе, в которой отсутствуют такие противоречивые пути, это будет означать, что некоторые биохимические взаимодействия остаются нераскрытыми.

Теорема была сформулирована и доказана в сотрудничестве с Эдуардо Зонтагом, выдающимся профессором кафедры математики и центра количественной биологии в Ратгерском университете. Зонтаг фокусируется на общих принципах, вытекающих из анализа клеточных сигнальных путей и генетических сетей.

Исследователи применили свою теорию, чтобы объяснить, как бактерии туберкулеза реагирует на стресс-факторы, имитирующие те, которые иммунная система использует для борьбы с патогеном. По мнению Игошина, туберкулез является мастером выживания в таких условиях. Вместо неизбежной гибели, они становятся пассивными троянскими конями, которые будущие условия могут реактивировать.

«Хорошая вещь заключается в том, что 95 процентов инфицированных туберкулезом людей не имеют симптомов», сказал Жоао Асенсао, биоинженер в университете Райса и первый автор статьи. «Плохо то, что вы не можете убить бактерии. А потом, если вы получаете иммунодефицит в связи с ВИЧ, голодом или другими факторами, вы попадаете в непростую ситуацию, потому что болезнь будет повторно активирована».

Асенсао и Барис Ханчиоглу, специалист по биоинформатике в университете штата Огайо, построили компьютерные модели и смоделировали кислородное голодание бактерий туберкулеза. В конце концов, моделирование предсказало новое взаимодействие, которое могло бы объяснить динамику генов, контролирующих метаболическую сеть, невероятно важную для вирулентности бактерий.

«Исследователи обнаружили, что гипоксический сигнал заставляет бактерии переключаться с одного вида пищи на другой», говорит Игошин. «Они привыкли есть сахар, но теперь начинают поглощать жир, накопленный внутри инфицированных макрофагов. Похоже, что это переключение может быть связано с переходом из активной бактерии в латентную, которая стабильна и не вызывает каких-либо симптомов».

Источник: http://www.sciencedaily.com/releases/2016/02/160222155725.htm