الغشاء الدهني للخلية - أساس غشاء الخلية لأي كائن حي - هو "سياج" ذكي بشكل مذهل تتواصل من خلاله الخلية مع الجسم ، وتغذيه ، وتتنفس ، وتحمي نفسها من المتسللين والغرباء ، وتدخل المواد الضرورية وتغلق نفسها ضد الكائنات غير المرغوب فيها. هذه مجموعة كاملة من الإجراءات الأمنية ذات التأثير الانتقائي. الأداة الرئيسية لهذا "الاتصال" البيوكيميائي هو المسام ، الثقوب الاختيارية في الغشاء. نوع من البوابات التي يدرسها العلماء ويصفونها بنشاط من أجل إدارتها في المستقبل من أجل مصلحتهم بالطبع.
ما هو جوهر الدراسة وما تم إنجازهوصف العلماء لأول مرة بشكل كامل عملية تكوين المسام في الأغشية الدهنية ونفذوا نمذجة الكمبيوتر لتشكيلها وتطورها. لقد ابتكروا نموذجًا نظريًا واسع النطاق يشرح التناقضات في البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها سابقًا من دراسات أخرى وحلوا التناقضات المتراكمة.
الشكل 1 - نموذج حاسوبي لتكوين المسام في غشاء بيولوجي.نتائج تعاون العلماء من NUST "MISiS" ، معهد الكيمياء الفيزيائية والكيمياء الكهربائية التي تحمل اسم A.N. Frumkin RAS ومعهد الكيمياء العضوية الحيوية سميت على اسم الأكاديميين M.M. Shemyakina و Yu.A. تم نشر Ovchinnikov RAS بقيادة أوليغ باتيششيف في جزأين في مجلة التقارير العلمية:
الأول والثاني .
الأغشية الدهنية هي أغشية تفصل الخلايا وعضياتها عن البيئة. تؤدي هذه الهياكل عددًا من الوظائف الحيوية المهمة ، على وجه الخصوص ، تصبح حاجزًا يتحكم في عملية التمثيل الغذائي للخلايا. لقد تمت دراسة الانتهاكات المحتملة لآلية الحاجز هذه لفترة طويلة بنشاط في ضوء تطور الأدوية والاستراتيجيات العلاجية ، مثل توصيل الدواء ، حيث أن الغشاء هو الذي يقرر في النهاية ويقرر ما إذا كانت المادة ستدخل الخلية. وفقًا لذلك ، خوارزمية الإدخال "الصحيح" لمادة ما عبر الغشاء عن طريق إنشاء مسام - هذه بطاقة هوية في خلية حية.
على الرغم من حقيقة أن هناك العديد من الطرق المثبتة تجريبيا لإنشاء مسام في الغشاء يمكن للدواء من خلالها دخول الخلية (على سبيل المثال ، مضاد حيوي لقتل البكتيريا أو سم مضاد للورم لتدمير الخلايا السرطانية) ، لا يوجد حتى الآن نموذج مادي. الذي يصف تكوين ونمو واستقرار هذه المسام.
كيف فعلتحدد المؤلفون أنفسهم هدف إنشاء نموذج نظري كامل يصف جميع مراحل تطور المسام في الغشاء الدهني. إن هذه المهمة معقدة بحقيقة أن أي محاولات لتقديم الغشاء كغطاء مرن مثالي دون مراعاة خصوصيات البنية الداخلية "للسور" الحي أدت فقط إلى وصف مبسط وبالتالي صريح للغاية لهذا النظام. للقضاء على هذه المشاكل ، بدأ العلماء بالوصف النظري الأكثر اكتمالًا للغشاء ، وبعد ذلك ، باستخدام سلسلة من التحولات ، حصلوا على تعبيرات لطاقة المسام ، مما يسمح لنا بوصف حالة المسام اعتمادًا على معلماته الهندسية.
باستخدام نموذج حاسوبي جديد ، تمكن العلماء من شرح التناقضات التي لوحظت في العديد من الأعمال حول هذا الموضوع. لا يشرح هذا النموذج
آلية ظهور المسام في الغشاء فحسب ، بل يمكن استخدامه لوصف مسبق لكيفية استجابة الغشاء للتأثيرات الميكانيكية (الحقن ، البزل) أو التأثيرات الكهرومغناطيسية (التشعيع الموضعي بالحقل): في بعض الحالات ، يؤدي إلى تكوين مسام ذات أحجام معينة. ، وفي بعض - لتمزق الغشاء وموت الخلية لا رجعة فيه. يجب بالطبع استبعاد هذا الخيار في حالة العلاج ، والعكس صحيح - يمكن استخدامه على نطاق واسع للقضاء مباشرة على الخلايا المصابة.
من أجل التحقق أخيرًا من صحة النظرية المقدمة ، أجرى العلماء أيضًا محاكاة كمبيوتر باستخدام طرق الديناميكيات الجزيئية ، حيث تم إعادة إنشاء الغشاء الدهني على مقياس الجزيئات الفردية. تزامنت نتائج هذه الدراسات جيدًا مع التنبؤ بالنموذج النظري والبيانات التجريبية المتاحة ، كما جعلت من الممكن "رؤية" بصريًا كيفية تطور المسام في غشاء افتراضي (ينشأ وينمو ويتوسع).
يقول المؤلف المشارك للمقال ، الباحث في قسم الفيزياء النظرية وتقنيات الكم في NUST "MISiS" Timur Galimzyanov:"يتطلب هذا العمل كمية كبيرة جدًا من العمالة من جميع المشاركين في المشروع ، وكمية كبيرة من وقت الكمبيوتر لإجراء العمليات الحسابية بواسطة طرق الديناميكيات الجزيئية ، التي أجراها زملاء من المختبر لنمذجة الأنظمة الجزيئية الحيوية لـ IBCh RAS ؛ العمل الطويل لبناء نماذج للعمليات المرصودة ؛ والأهم من ذلك ، إجراء مجموعة كبيرة من الحسابات ، التحليلية إلى حد كبير ، التي يقوم بها بشكل رئيسي سيرجي أكيموف ، موظف في معهد الفيزياء والاقتصاد في الأكاديمية الروسية للعلوم وقسم الفيزياء النظرية وتقنيات الكم في NUST MISiS.لماذا فعلتيأمل المؤلفون أن يصبح عملهم الأساس لأبحاث مستقبلية حول التسليم المضبوط للعقاقير المختلفة إلى الخلية. من الناحية التقريبية ، سيساعد نموذج الكمبيوتر لنظام عضوي معقد - غشاء دهني - في تحديد الأنماط المثلى للتعرض لها من أجل المرور الناجح عبر "بوابة" الخلية متجاوزًا جميع التدابير الأمنية وإدخال التركيزات اللازمة للمواد الضرورية بالداخل. بالإضافة إلى ذلك ، من المرجح أن يساعد النموذج الجديد في وصف العمليات المرتبطة بانتهاك سلامة الأغشية ، والتي يتم ملاحظتها خلال العديد من أمراض الأعصاب العصبية المعقدة والتي لا يمكن علاجها ، مثل مرض الزهايمر ، باركنسون ، الذروة ، رقص هنتنغتون ، إلخ.
نموذج ثلاثي الأبعاد للغشاء الدهنييقول تيمور جليمزيانوف:"لم نقم من قبل بإجراء مثل هذا البحث النظري المفصل والمتسق. وقد بررت نتائجهم بشكل كامل الجهود التي تم إنفاقها: وللمرة الأولى تمكنا من بناء نموذج كامل لعملية تكوين المسام في الأغشية ، مما يسمح لنا بعمل تنبؤات نوعية ، ولكن أيضًا كمية .
"البحث مستمر ، في المستقبل القريب جدا ، يخطط العلماء لنشر استمرار للقصة.