Рабочий семинар
cектора информатики и биофизики сложных систем

2014 год

27.2.2014 Плюснина Татьяна Юрьевна (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Моделирование роста клеток Synechocystis sp. с учетом метаболических и фотосинтетических реакций.

Обсуждается построение интегрированной модели, объединяющей описание процессов клеточного роста, реакций центрального метаболизма и реакций переноса электронов на фотосинтетической мембране.

Блок реакций центрального метаболизма представляет собой потоковую модель, решением которой является стационарное распределение метаболических потоков. Для описания центрального метаболизма были рассмотрены метаболические пути гликолиза, пентозофосфатного шунта, цикла Кребса, цикла Кальвина. Были описаны потоки, идущие на построение биомассы для случаев гетеротрофного и миксотрофного роста. Блок фотосинтетических реакций представлен редуцированной моделью фотосистемы 2. Для описания клеточного роста была использована модель Моно, включающая простые феноменологические уравнения роста и потребления субстрата.

Для объединения отдельных блоков временной интервал был разбит на одинаковые промежутки, такие, чтобы внутри каждого промежутка выполнялось условие стационарности потоков для метаболической модели. Рассчитанное на каждом шаге по метаболической модели значение удельной скорости роста используется далее в уравнении роста для получения численности клеточной популяции на данном шаге. Увеличение численности популяции в свою очередь влияет на скорость потребления субстрата в метаболической модели, что определяет новые начальные условия для расчета метаболической модели на следующем шаге. Реакция восстановления пула пластохинонов объединяет фотосинетический и метаболический блоки. Изменение степени восстановленности пула меняет величину потока NADPH в цикл Кальвина и потока электронов в пути хлородыхния, что в конечном итоге меняет общее распределение потоков и, как следствие, динамику клеточного роста.

6.3.2014 Плюснина Татьяна Юрьевна (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Редуцированная модель фотосистемы 2 для описания экспериментальных кривых индукции флуоресценции.

Обсуждается редуцированная модель ФС2, полученная путем редукции детальной модели и включающая константы детальной модели. С помощью модели были описаны экспериментальные кривые индукции флуоресценции, полученные при разных температурах, разных интенсивностях света, действии ингибиторов, действии стресса. Получены оценки параметров (константы переходов состояний ФС2), соответствующие разным условиям получения индукционных кривых. Обсуждается связь редуцированной и детальной моделей.

20.3.2014 Тарас Антал (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Анализ и моделирование индукционных кривых флуоресценции хлорофилла и поглощения при 820 нм.

В докладе обсуждаются существующие подходы к моделированию индукционных кривых флуоресценции хлорофилла (OJIP) и поглощения при 820 нм, измеренных одновременно и с высоким разрешением методом M-PEA. Поглощение при 820 нм отражает редокс переходы Р700 в ФС1 и пластоцианина. Особенное внимание будет уделено моделям, разработанным на основании экспериментальных данных по влиянию различных ингибиторов фотосинтетического транспорта электронов на форму OJIP кривой. Рассматриваются особенности действия стрессовых факторов на индукционные кривые и предлагаются простые способы анализа наблюдаемых изменений.

3.4.2014 Евгений Максимов (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Исследование механизмов преобразования энергии в нативных и гибридных антенных комплексах.

Узловыми задачами для увеличения эффективности фотоэлектрических ячеек и фотодинамической терапии являются обеспечение светосбора в максимально широком спектральном диапазоне, достижение высокой эффективности переноса энергии, разделения зарядов или генерации активных форм кислорода. Эти задачи могут быть решены путем использования в качестве дополнительных антенных комплексов полупроводниковых нанокристаллов (квантовых точек), обладающих интенсивным поглощением в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, высоким значением квантового выхода флуоресценции. Очевидно, что применение полупроводниковых нанокристаллов в качестве искусственных антенных комплексов целесообразно, только если такие структуры способны обеспечивать поглощение и перенос энергии, сопоставимые по эффективности с природными антенными комплексами. Однако, для выполнения таких сравнений необходимо детально изучить процессы миграции энергии в нативных пигмент-белковых комплексах, а также механизмы защищающие ПБК от фотоповреждения. Доклад посвящен комплексному изучению процессов преобразования энергии в нативных и гибридных антенных комплексах с помощью методов спектроскопии высокого временного разрешения.

10.4.2014 Алена Волгушева (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Фотоиндуцированное образование водорода зелеными микроводорослями в условиях магниевого голодания.

Фотоиндуцированное образование водорода (Н₂) зелеными водорослями рассматривается в качестве альтернативы для производства возобновляемых источников энергии. В данном случае, образование Н₂ катализируется ферментом Fe-Fe гидрогеназой, а непосредственным донором электронов является ферредоксин, восстановленный фотосинтетической электронтранспортной цепью. Но, поскольку активность гидрогеназ ингибируется кислородом, длительное образование Н₂ зелеными водорослями на свету долгое время было не возможно.

В 2000 году было показано, что культивирование клеток C. reinhardtii без серы на постоянном свету индуцирует самопроизвольный переход культуры в анаэробные условия, после чего клетки продуцируют значительные количества водорода в течение нескольких дней. Однако, данный подход приводит к значительному снижению активности ФС2, которая является основным источником электронов для гидрогеназной реакции.

В докладе будет представлен новый подход позволяющий культуре переходить в анаэробные условия при относительно высокой активности ФС2 в условиях голодания по магнию. Кроме того, будет проведено сравнение основных путей метаболизма приводящих к образованию Н₂ при серном и магниевом голоданиях.

10.4.2014 Надежда Браже (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Исследование конформации и окислительно-восстановительного состояния гемосодержащих белков в функционирующих митохондриях, живых клетках и тканях.

В докладе будут представлены два направления проводимых нами исследований: изучение свойств гемосодержащих цитохромов С и B-типов в митохондриях, кардиомиоцитах и перфузированном сердце, а также исследование конформации и О₂-связывающих свойств примембранного и цитоплазматического гемоглобина в эритроцитах при помощи спектроскопий комбинационного и гигантского комбинационного рассеяния.

В первой части доклада будут представлены результаты исследования конформации и окислительно-восстановительного состояния цитохромов дыхательной цепи митохондрий. Известно, что нормальное функционирование митохондрий, а также большая часть патологических изменений, вызванных нарушениями в работе электронтранспортной цепи (ЭТЦ), зависят от динамически изменяющегося окислительно-восстановительного состояния переносчиков ЭТЦ, в том числе цитохромов. Понимание роли цитохромов в развитии окислительного стресса и повреждении митохондрий при гипо-и гипероксии возможно только при исследовании их конформации и свойств на разных уровнях организации, начиная от отдельных изолированных цитохромов и цитохромов в составе ЭТЦ выделенных митохондрий и заканчивая изучением цитохромов в составе живых клеток и органов. Будут представлены данные, показывающие что: (i) спектроскопия и микроспектроскопия КР позволяют с высокой селективностью исследовать конформацию и окислительно-восстановительное состояние цитохромов в живых кардиомиоцитах и перфузированном сердце при окислительном стрессе, гипоксии и гипероксии; (ii) при помощи спектроскопии ГКР с особыми наноструктурами серебра можно избирательно усилить сигнал КР от цитохрома С в ЭТЦ функционирующих митохондрий и, таким образом, можно исследовать конформацию и окислительно-восстановительное состояния цитохрома С при активации и ингибировании ЭТЦ митохондрий в норме и при патологиях (совместно с группой Гудилина Е.А. ФНМ МГУ).

Во второй части доклада будут представлены результаты исследования конформации и О₂-связывающих свойств цитоплазматического и примембранного гемоглобина в эритроцитах в норме, при модификациях липидного состава плазматической мембраны эритроцитов и при различных сердечно-сосудистых патология. Обсуждается роль конформационных изменений гемоглобина в локальной оксигенации тканей.

22.4.2014 Георгий Милановский (НИИ Физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ). Молекулярно-динамическое моделирование первичных реакций разделения заряда в фотосистеме 1.

Комплексное применение данных молекулярной динамики, семи-континуального подхода и квантово-механических расчетов позволило изучить механику первичных реакций переноса электрона в фотосистеме 1 (ФС 1) цианобактерии Thermosynechococcus elongatus дикого типа и мутантов с точечной заменой аксиального лиганда хлорофилла А0 Met688_PsaA и Met668_PsaB. Построенная молекулярно-динамическая модель позволила изучить отклик системы в ответ на первичное и вторичное разделение зарядов на характерных временах данных реакций. Семи-континуальный подход и квантово-механические расчеты компенсируют методические недостатки молекулярной динамики, позволяя оценить влияние удаленных групп системы и прямого взаимодействия хлорофилла А0 с лигандом в диком типе и мутантах. Проведенные расчеты энергетических характеристик реакций разделения зарядов (энергии реорганизации реакции разделения зарядов, а также изменения редокс-потенциалов кофакторов ФС 1 в мутантах по сравнению с диким типом) вместе с наблюдаемым в молекулярной модели переключением лиганда хлорофилла А0 между двумя стабильными конформациями позволяют объяснить экспериментально наблюдаемое замедление реакции разделения зарядов в мутанте Met688_PsaA в отличие от мутанта Met668_PsaB. Полученная молекулярно-динамическая модель будет использована для дальнейших исследований ФС 1, позволяя лучше понять механизм ее функционирования.

24.4.2014 Алексей Браже (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Методы анализа динамических изображений и сигналов в исследовании процессов клеточной сигнализации.

В современных исследованиях широко применяются системы сбора данных, сочетающие временное и пространственное разрешение: конфокальная и многофотонная флуоресцентная микроскопия, функциональная магнитно-резонансная томография, спекл-контраст и др. Новые экспериментальные возможности, такие как, например, оптогенетика, позволяют формулировать новые научные задачи, при этом динамические изображения стараются получать с максимально возможным как пространственным, так и временным разрешением, что приводит к накоплению больших объемов экспериментальных данных. Однако реальная размерность данных, содержащая «полезный» сигнал, часто оказывается существенно меньше, чем объем шумовой компоненты. Поэтому важны математические методы выделения этих полезных компонент, представления данных в меньшей размерности, подавления шума.

«Полезный» сигнал может иметь различную природу: динамика концентрации внутриклеточного кальция, локальный кровоток, спектры комбинационного рассеяния. Во многих случаях задача сводится к «разреженному» представлению данных как комбинации нескольких компонент, представляющих интерес, и фонового шума. Подход к выделению таких компонент может исходить из априорной информации о механизмах, лежащих в основе наблюдаемой динамики, но может исходить и из других принципов. В докладе будут рассмотрены методы разложения данных на главные и независимые компоненты, многомасштабного (вейвлет) разложения и реконструкции, кластеризации, картирования колебательных компонент. В качестве конкретных примеров будут рассмотрены колебания кровотока, измеренные методом спекл-контраста, межклеточные кальциевые волны в сетях астроцитов и кальциевые ответы астроцитов и нейронов.

*Спекл-контраст.* Метод основан на особенностях интерференции когерентного света на движущихся частицах. Он позволяет контрастировать кровеносные сосуды и оценить относительные изменения скорости локального кровотока в тканях. Используя вейвлет-преобразование сигналов в каждой точке изображения, мы выделили колебания кровотока, опосредуемые работой тубулогломерулярного комплекса (т.н. TGF-колебания) и обнаружили кластеры синхронизации этих колебаний кровотока на поверхности почки крысы.

*Многофотонная микроскопия.* Используя методы многомасштабного разложения, мы решили задачу обнаружения и реконструкции спонтанных кальциевых волн в сетях астроцитов. Также обнаружены и охарактеризованы быстрые кальциевые ответы астроцитов на сенсорное возбуждение. Рассматриваются методы функциональной сегментации с использованием метода независимых компонент и кластеризации временных последовательностей.

5.6.2014 Алексей Шпильман (Московский физико-технический институт). Моделирование микротрубочек, их систем, и связанных с ними структур.

Изучение с помощью методов компьютерного моделирование приобретает все большую популярность в связи с увеличением вычислительных мощностей и перспективностью такого подхода для получения новой информации о системах, в том числе и клеточных.

Темой работы является разработка и исследование аспектов методов моделирования клеточных микротрубочек, их систем, и связанных с ними структур. В данной работе исследовались следующие аспекты данной темы:
- Моделирование динамики микротрубочковой сети в объеме клетки.
- Моделирование самоорганизации микротрубочковых систем в квазитрехмерном пространстве.
- Анализ движения стрессовых гранул в клетке. Методы анализа движения внутриклеточных частиц.
- Моделирование и анализ влияния микротрубочек на сборку стрессовых гранул.

11.9.2014 Плюснина Татьяна Юрьевна (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Модификация метода Штрассера анализа кривой индукции флуоресценции.

Одним из методов изучения эффективности фотосинтетического аппарата является анализ кривой индукции флуоресценции. Рето Штрассер предложил метод анализа индукционных кривых, JIP-тест, на основе количественных характеристик различных фаз кривой. Метод получил широкую известность и используется при автоматической обработке индукционных кривых во многих выпускаемых приборах. Недостатком метода является привязка характеристик индукционной кривой к конкретным моментам времени, в то время как расположение различных фаз индукционной кривой может изменяться в зависимости от вида биологического объекта и условий эксперимента.

Целью данной работы было разработать более корректный метод определения характеристик индукционной кривой на основе математического анализа самой кривой.

18.9.2014 Николай Горячев (Институт проблем химической физики РАН). Роль молекулярной динамики в реакциях переноса электрона в структуре нативных и мутантных реакционных центров фотосинтезирующих бактерий.

Исследование молекулярной динамики белков и вязких сред в широком диапазоне температур по регистрации релаксационных сдвигов спектров фосфоресценции меток-красителей. Экспериментальное исследование эффективности переноса электрона в структуре нативных и мутантно-модифицированных белков – реакционных центров бактерий Rodopseudomonas viridis и Rodopseudomonas sulfoviridis в широком диапазоне температур 295 – 10 К. Роль динамики белковой глобулы в обеспечении процесса переноса электрона. Теоретические модели описывающие кинетику переноса электрона в белках.

25.9.2014 Дмитрий Устинин (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Моделирование и оценка эффективности различных конструкций биофотореактора.

Работа посвящена оценке эффективности работы биофотореакторов двух различных типов с помощью компьютерного моделирования. С помощью методов вычислительной гидродинамики рассчитывается течение жидкости в реакторе с учетом перемешивания. Строится поле скоростей и траектории отдельных водорослевых частиц. Оценивается количество квантов света, получаемого частицами водорослей при движении по траектории. Эффективность работы реактора оценивается с помощью световой кривой фотосинтеза. Результаты моделирования позволяют сравнить эффективность разных конструкций реакторов при различных условиях освещения.

2.10.2014 Алексей Нестеренко (кафедра биофизики биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова; Лаборатория молекулярных основ эмбриогенеза, Институт Биоорганической Химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова). Исследование диффузии белков-морфогенов в экспериментах по фотоотбеливанию (FRAP) и при помощи математического моделирования системы вида реакция-диффузия.

Диффузия морфогенов в межклеточном пространстве зародыша африканской шпорцевой лягушки (X. laevis) исследовалась в реальном эксперименте при помощи метода восстановления флюоресценции после фотоотбеливания (Fluorescence Recovery after Photobleaching, FRAP). Кинетика восстановления флюоресценции моделировалась при помощи уравнений вида реакция-диффузия с учетом того факта, что морфогены могут адсорбироваться на отрицательно заряженных углеводах гликокаликса (гепаран-сульфат протеогликанах, HSPG). Система уравнений решена аналитически и для характерных времен восстановления получены простые асимптотические формулы. При помощи модели продемонстрирована возможность определения параметров связывания двух морфогенов - быстро- и медленно-диффундирующих. Свободная диффузия некоторых белков оценивалась при помощи методов гомологического, молекулярного и гидродинамического моделирования.

16.10.2014 Наталья Евгеньевна Беляева (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Эволюция редокс состояний фотосистемы 2 листа или водоросли при сравнении выхода флюоресценции, измеряемой от 100 нс до 10 с после 10 нс импульса.

Кинетику выхода флюоресценции (ФЛ), вызываемой 10 наносекундным импульсом определенной интенсивности детектировали in vivo в листе (Arabidopsis thaliana, Spinach oleracea) или водоросли (Chlorella pyrenoidosa Chick) на интервале времени от 100 нс до 10 секунд. Паттерны выхода ФЛ (Single Flash Induced Transients of Fluorescence Yield, SFITFY) для листа или термофильной водоросли проявляют характерные отличия, особенно существенные после достижения пика величины выхода ФЛ около 50 микросекунд на стадии спада до 10 с. Применяемая нами ранее расширенная модель фотосистемы 2 (ФС 2) успешно фитирует измеренные кинетики как листа, так и водоросли. При включении в модель ФС 2 описания мультистадийного донирования электрона от тирозина на КВК с учетом темновой адаптации образца получены особенно четкие и однозначные результаты идентификации параметров модели ФС 2. Становится возможным анализ более интенсивной кинетики переноса электрона на акцепторной стороне ФС 2 листа в сравнении с таковым в клетках термофильной водоросли. Расширенная модель ФС 2 способна выявить четкие отличия функционирования реакционных центров ФС 2 листа или водоросли в виде кинетических особенностей заполнения электронами акцепторной стороны ФС 2.

6.11.2014 Анастасия Дмитриевна Васильева (лаборатория математической физиологии Института иммунологии и физиологии Уральского отделения Российской академии наук и «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»). Математическое моделирование трансмуральных особенностей электрической и механической функции миокарда желудочка.

В рамках работы впервые разработаны детальные математические модели, описывающие особенности электромеханического сопряжения и механической функции клеток сердечной мышцы из различных регионов стенки левого желудочка. Модель клетки представляет собой сложную нелинейную систему ОДУ. Идентификация параметров модели проведена на основе данных физиологических экспериментов. Модель адекватно воспроизводят широкий круг электрофизиологических и биомеханических явлений, наблюдаемых в эксперименте на изолированных клетках и миокардиальной ткани. Важным для патофизиологии приложением работы является моделирование нарушений электрической и механической функции кардиомицоитов вследствие действия различных факторов, в том числе острой ишемии, нарушений функции натриевых каналов. Полученные результаты важны для понимания молекулярно-клеточных механизмов возникновения аритмий и возможных способов их коррекции.

13.11.2014 Аунг Лин (Московский физико-технический институт). Математическое моделирование переноса и агрегации тромбоцитов.

Рассматривается задача о формировании тромбоцитарного сгустка в потоке крови (первичный гемостаз). Для описания распределения плотности вероятности решается уравнение Фоккера-Планка. На основе геометрического рассмотрения вычислены поправки к частоте столкновений частиц конечного размера в потоке вязкой несжимаемой жидкости. Частота столкновений входит в коэффициент сдвиговой диффузии частиц.

При численном решении уравнения Фоккера-Планка трудности вызывает аккуратная аппроксимация смешанной производной по пространственным переменным. Для преодоления этих трудностей построена бикомпактная разностная схема. Проведено исследование влияния параметров задачи на распределение тромбоцитов в потоке в окрестности поврежденного участка стенки сосуда.

27.11.2014 Иван Владимирович Конюхов (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Изменение функционального состояния микроводорослей в процессе роста культуры в фотобиореакторе.

В докладе рассмотрены необходимые условия культивирования микроводорослей. Обсуждаются эффект лимитирования роста и эффект синхронизации клеток в культуре. Перечислены особенности выращивания водорослей в накопительном и непрерывном режимах. Дан обзор биофизических методов контроля состояния фотосинтетического аппарата in vivo. Приведены собственные данные по измерению параметров флуоресценции хлорофилла в процессе роста культуры Thalassiosira weissflogii в накопительном режиме в колбах. Кратко изложены биофизические аспекты построения фотобиореакторов (проблема освещения, перемешивания и газообмена). Описаны построенные на кафедре биофизики фотобиореакторы кольцевого и плоского типов, а также автоматизированная система контроля состояния фототрофных микроорганизмов. Проведены первые опыты на Chlorella vulgaris по организации авторегулирования интенсивности света в фотобиореакторе по данным автоматизированной системы контроля.

4.12.2014 Маринэ Боздаганян (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биоинженерии). Динамика биомембран эукариот и механизмы трансмембранного переноса.

Липидный бислой мембраны – основной барьер, ограничивающий диффузию веществ между клеткой и окружающей средой. Мембрана играет принципиальную роль в таких важных процессах клетки, как производство энергии, передача сигнала, поддержание гомеостаза клетки, выборочного транспорта молекул, а также обеспечивает защиту от токсических веществ. Изучение свойств и функционирования биологических мембран – одна из самых актуальных задач биофизики.

В работе методами молекулярной динамики изучаются свойства модельных мембран, состоящих из четырех типов липидов: ДПФХ, ПОФХ, сфингомиелина и холестерина. Первая часть доклада посвящена изучению мембран и формированию рафтов. Обсуждается самопроизвольное формирование рафта из смеси трех липидов в определенной концентрации, изучается энергия взаимодействия монослоев рафта в мембране, а также липидов друг с другом. Вторая часть доклада освещает проблемы проницаемости наночастиц для мембран. На примере фуллерена и его производных показано, как особенности строения молекул связаны с их антиоксидантной активностью. В третьей части доклада предлагается новый механизм переноса протона через мембрану. Приводятся оценка энергии активации процесса и изучаются структурные изменения в мембране.

11.12.2014 Алексей Маслаков (МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Монте-Карло моделирование первичных процессов в фотосинтезе.

С помощью метода Монте-Карло моделируются процессы в ансамбле фотосинтетических электрон-транспортных систем. Размер ансамбля (3-5 млн элементарных фотосинтетических цепей) соответствует числу фотосинтетических реакционных центров в растительной клетке. Метод позволяет легко модифицировать структуру модельной системы в соответствии с различными гипотезами об организации процессов в фотосинтетической мембране. На модели воспроизведены полученные в эксперименте кинетики индукции флуоресценции и окислительно-восстановительных превращений фотоактивного пигмента Фотосистемы 1 для различных интенсивностей освещения и в присутствии ингибиторов. Проведен анализ роли отдельных состояний фотосинтетических реакционных центров Фотосистемы 2 в формировании сигнала флуоресценции.

18.12.2014 Э.Б. Душанов, Х.Т. Холмуродов, Н.А. Колтовая (Объединенный институт ядерных исследований; Международный Университет «Дубна»). Моделирование мутантных гомо- и гетеродимеров Р32Т инозин трифосфат фосфогидролазы человека hITPA.

Рассмотрена структура димерного фермента инозин трифосфат пирофосфатазы человека hITPA с целью выявления конформационных изменений фермента, обуславливающих инактивирующее действие мутации Р32Т. Проведен анализ наносекундной молекулярной динамики (МД), вычислены значения среднеквадратичного отклонения структур гомодимеров дикого и мутантного типов, а также гетеродимера. В результате 3 нс-моделирования в мутантных протомерах наблюдали более высокое смещение атомов. В процессе моделирования наиболее сильным изменениям подверглись петля между α1 и β2 (область локализации мутации), петли между β5 и β6 и С-концевые аминокислотные остатки. Петля между α2 и β2 (28-33 а.о.), включающая в себя Pro32, приняла две конформации, характеризующиеся разным положением боковой группы Phe31. Расстояние между Cys33(Cα)-Phe31 (Cz) для немутантных и мутантных протомеров составляло ~9 и 5.5 Å. Эти конформации стабильно поддерживались.

25.12.2014 Иван Витальевич Озеров (Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна). Математическое моделирование процессов индукции и репарации двунитевых разрывов ДНК в клетках млекопитающих при действии редкоионизирующего излучения с различной мощностью дозы.

В работе представлены результаты моделирования индукции и репарации двунитевых разрывов ДНК, а также образования фокусов фосфорилированного гистона H2AX (γ-H2AX) и белка Rad 51 в местах образования разрывов в ответ на действие редкоионизирующего излучения разной мощности и продолжительности на клетки млекопитающих. Модель описывает основные механизмы репарации двунитевых разрывов: НГСК (негомологичное соединение концов) и ГР (гомологическая рекомбинация) и учитывает взаимодействия ряда беков (ДНК-ПКкс, ATM, Ku70/80, XRCC1, XRCC4 и др.), участвующих в репарации двунитевых разрывов ДНК, на основе закона действующих масс и кинетики Михаэлиса-Ментен. Для тренировки и подтверждения статистической достоверности модели были использованы литературные данные по кинетике репарации двунитевых разрывов, а также данные по образованию фокусов белков репарации γ-H2AX и Rad51 в местах репарации двунитевых разрывов ДНК в ответ на облучение с различными мощностями доз, полученные в ходе работы. Для быстрого и точного количественного анализа флуоресцентных изображений с фокусами белков репарации был заново разработан специальный программный пакет. В результате моделирования были получены данные по кинетике образования двунитевых разрывов и их репарции по путям негомологичного соединения концов и гомологической рекомбинации. Кроме того, показаны принципиальные отличия в работе систем репарации при действии длительного (4 мГр/мин) и острого (400 мГр/мин) видов облучения при одной и той же накопленной дозе.