!	Это архивная версия сайта кафедры биофизики от 2020 года. Актуальный сайт доступен по адресу https://www.biophys.msu.ru/.

Сектор информатики и биофизики сложных систем

Комнаты 119, 122, тел. 939-02-89

• О секторе
• Научная работа
• Учебная работа
• Семинары и конференции
• Информационные системы
• Публикации

Сотрудники сектора

Ризниченко Галина Юрьевна
заведуюший сектором, профессор, доктор физико-математических наук

Абатурова Анна Михайловна
научный сотрудник, кандидат биологических наук

Беляева Наталья Евгеньевна
старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Дьяконова Александра Никитична
ассистент

Коваленко Илья Борисович
ведущий научный сотрудник, доктор физико-математических наук

Плюснина Татьяна Юрьевна
доцент, кандидат физико-математических наук

  Устинин Дмитрий Михайлович
научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

Фурсова Полина Викторовна
старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

Хрущев Сергей Сергеевич
старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

О секторе

Научная работа сектора связана с использованием математического моделирования для изучения фундаментальных законов функционирования живой клетки. Модели помогают понять, каким образом свойства элементов системы и механизмы их взаимодействия определяют поведение целостной системы. Биологические объекты – сложные многоуровневые системы, протекающие в них процессы имеют сложную пространственно-временную иерархию. Компоненты нижнего (например, молекулярного) уровня и их взаимодействия определяют процессы на верхнем (например, клеточном) уровне. Математические и компьютерные модели интегрируют наши представления о компонентах системы и их взаимодействиях, позволяют проверять правильность гипотез об организации системы, проводить идентификацию параметров системы, делать прогнозы и решать задачи оптимизации. Разрабатываемые модели находят прикладное применение в биотехнологии, экологии, медицине.

Основные направления научной работы

• Изучение механизмов регуляции процессов в субклеточных системах методами математического моделирования.
• Моделирование пространственно-временной самоорганизации в субклеточных системах.

Конкретные задачи, решаемые в рамках фундаментальных направлений исследований

• Кинетические модели электронного транспорта и сопряженных процессов в фотосинтетической мембране (Беляева Н.Е.)
  Качественное и количественное представление о ходе процессов во времени и пространстве можно получить с помощью кинетических моделей – систем обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих процессы во времени, или систем уравнений в частных производных, описывающих процессы во времени и пространстве.
  • Кинетические модели процессов в мембране тилакоида
    
    
• Прямые многочастичные компьютерные модели взаимодействия белков с учетом диффузии и электростатики (Коваленко И.Б., Абатурова А.М., Дьяконова А.Н., Устинин Д.М.)
  Индивидуальные свойства биомакромолекул, их пространственную структуру и локальные электрические заряды, гетерогенность клеток и клеточных структур невозможно описать с помощью дифференциальных уравнений. Здесь нужны компьютерные, имитационные подходы, которые мы называем прямым многочастичным моделированием. Этот тип моделирования стал возможным недавно благодаря развитию компьютерной техники. Мы начали его использовать для описания наиболее хорошо изученных процессов в фотосинтетической мембране, но, конечно, метод прямого моделирования применим для описания любых процессов в живой клетке, лишь бы мы располагали достаточными сведениями о свойствах элементов системы и их взаимодействиях.
  • Прямые многочастичные модели взаимодействия белков
  • Многочастичные модели процессов в фотосинтетической мембране
    
    
• Модели взаимодействия первичных процессов фотосинтеза с метаболическими системами растительной клетки (Плюснина Т.Ю., Тёрлова Л.Д.)
  • Моделирование пространственно-временной гетерогенности вблизи клеточной мембраны
  • Центральный метаболизм и продукция клетками водорода
  • Биосинтез каротиноидов
  • Функциональное состояние фотосинтетического аппарата
  • Анализ распределения особей в популяции по функциональным параметрам
  • Вариационное моделирование в экологии сообществ
    

Методы исследований

• Кинетическое моделирование с использованием систем обыкновенных дифференциальных уравнений
• Многочастичное компьютерное моделирование, броуновская динамика
• Анализ баланса метаболических потоков

Научные контакты

Мы разрабатываем модели в тесном контакте с экспериментальными группами. Постановка задачи моделирования, формулировка модели и идентификация параметров – предмет совместной работы специалистов в области биологии, математики, программирования и собственно моделирования.

• Астраханский государственный университет, «Математическое и компьютерное моделирование кластеризации белков в высыхающих биологических жидкостях»

Ключевые слова

ГРНТИ:34.03.23 УДК:57:51-76 MSC:92B05	Математическая биология и теоретическое моделирование биологических процессов
ГРНТИ:27.35.43	Математические модели биологии
PACS:87.10.-e MSC:92C05	Теоретическая и математическая биофизика
PACS:02.60.-x	Численные методы моделирования и анализа
PACS:07.05.Tp	Компьютерное моделирование в экспериментальной физике
PACS:87.16.A-	Модели и теории внутриклеточных процессов
PACS:87.16.af	Моделирование внутриклеточных процессов методом Монте-Карло
PACS:83.10.Rs	Прямое многочастичное компьютерное моделирование
PACS:83.10.Mj	Молекулярная и броуновская динамика
PACS:87.10.Ed УДК:517.958:57	Кинетические модели, системы обыкновенных дифференциальных уравнений (в биологии)
PACS:82.20.Wt	Численные модели химической кинетики
PACS:82.39.Rt MSC:92C45	Химическая кинетика реакций в сложных биологических системах
PACS:82.39.Jn	Перенос зарядов в биологических системах
PACS:87.15.K-	Взаимодействие биомолекул между собой и с мембранами

Учебная работа

Учебная работа сектора включает лекции, семинары, практические занятия по информатике и математическому моделированию в биологии, биофизике, экологии на всех 5-ти курсах обучения на кафедре биофизики. На 2 курсе во 2-м семестре все студенты биологического ф-та изучают курс «Математические модели в биологии». Общие лекции читает Ризниченко Г.Ю., семинары и компьютерные занятия по группам ведут все сотрудники сектора.

• Математические модели в биологии (Ризниченко Г.Ю.) Лекции и практические занятия, 2 курс, 4 сем. Общий курс 24 ч. и семинары 24 ч. Отделение биофизики – лекции и практические занятия – 72 часа. Экзамен
• Математическое моделирование биологических процессов (Плюснина Т.Ю., 80/60 ч., зачёт – 6 сем.)
• Модели клеточной регуляции (Ризниченко Г.Ю., Плюснина Т.Ю., 42/28 ч., экзамен – 9 сем.)
• Современные методы компьютерного моделирования белок-белковых взаимодействий (Коваленко И.Б., Дьяконова А.Н., практикум, 48 ч.)
• Программирование (Коваленко И.Б., факультатив, 16 ч.)
• Цикл задач большого практикума «Кинетические модели Фотосистемы 2. Идентификация параметров по экспериментальным данным» Беляева Н.Е.
• Задача большого практикума Плюснина Т.Ю.

Студенты и аспиранты

• Дьяконова Александра Никитична, аспирант 1 год (2009–2010 учебный год). «Прямые многочастичные модели регуляции взаимодействия белков в акцепторной части фотосистемы 1» рук. Ризниченко Г.Ю.
• Патрин Максим Михайлович, аспирант 2 год (2009–2010 учебный год). «Сравнительный анализ кинетических параметров фотосистемы 2 у зеленых водорослей и циановых бактерий по данным экспериментов по флуоресценции и замедленной люминесценции и результатам математического моделирования» рук. Ризниченко Г.Ю.
• Маслаков Алексей, аспирант 1 год (2009–2010 учебный год). «Алгоритмические модели переноса электрона в фотосинтетическом реакционном центре» рук. Ризниченко Г.Ю.
• Николаев Олег, аспирант 1 год (2009–2010 учебный год). «Изучение условий потери устойчивости в двухвидовых сообществах водорослей с использованием систем уравнений с запаздыванием» рук. Ризниченко Г.Ю.
• Бабакова Татьяна, студентка 5-го курса (2009–2010 учебный год). «Распределения потоков электронов в дыхательной и фотосинтетической цепи в клетке Synecchocystis sp.» рук. Плюснина Т.Ю.
• Коваленко Илья Борисович, докторант 3 год (2009–2010 учебный год). «Диффузия и взаимодействие белков в биологических мембранах» консультанты Ризниченко Г.Ю., Рубин А.Б.

Семинары и конференции

Рабочие семинары сектора информатики и биофизики сложных систем проходят по четвергам в 11:00 в аудитории 124 (компьютерный класс). Более подробную информацию можно найти на web-странице семинара.

Сектор организует ежегодные научно-образовательные конференции «Математика. Компьютер. Образование», публикует тезисы и труды этих конференций.

Информационные системы

 Справочник "Биофизики России"
 Динамические модели в биологии
 Фотоcинтетическая мембрана