Научный архив: статьи

Генные сети, контролирующие экспрессию генов, играют первейшую роль в детерминации эпигенетических и биохимических свойств клеток. В то же время взаимосвязанность генных сетей с сетями других типов и уровней требует подходов, учитывающих эту комплексность. В статье данная проблема решается в аспекте вложенности генных сетей в клетки, которые сами являются узлами сети более высокого уровня, а именно клеточного ансамбля. Созданы информационные модели (объектная, реляционная и объектно-реляционная) управляющей генной сети над генетическими блоками, а также модели клеточного ансамбля как сети над клеточными управляющими генными сетями. Объединенная двухуровневая модель описывает генно-сетевые структуры в составе клеточных ансамблей с динамическими характеристиками основных молекулярно-генетических процессов. На основе моделей разработана платформа SETIES для исследования in silico молекулярно-генетических систем управления экспрессией генов про- и эукариот. Платформа включает в себя программные компоненты для дизайна и визуализации клеточных и межклеточных генных сетей, автоматического построения их математических моделей, моделирования сетевой динамики в бесклеточных системах, в клеточных линиях и клональных клеточных популяциях, а также в клеточных ансамблях с постоянной и динамической структурой. Счетные модули реализуют формализм обобщенных пороговых моделей, сочетающий в себе преимущества дискретных и непрерывных методов моделирования этих систем. Среди решаемых задач – построение диаграмм активности генов во времени, расчет кинетических кривых для концентраций мРНК и белков, выявление паттернов генной экспрессии как функциональных состояний генной сети, оценка параметрической устойчивости режимов, моделирование механизмов эпигенетического наследования, фенотипической гетерогенности и морфогенетического позиционирования. В целом, платформа реализуют парадигму «сети сетей», служащую основой для перспективных исследований в области системной и синтетической биологии.

Рассмотрены Интернет-ресурсы, предоставляющие свободный доступ к экспериментальным функциональным данным, включая данные электро- и магнитной энцефалографии, структурной и функциональной магнитно-резонансной томографии, полученным в ряде исследовательских проектов при изучении мозга человека. Использование таких ресурсов полезно для развития и отладки новых методов обработки и анализа энцефалограмм, а также для верификации и сравнения результатов.

Проведена первая достоверная регистрация жужелицы Eucarterus sparsutus для территории Краснодарского края. Отмечены некоторые особенности экологии и циркадной активности вида.

Предложен оригинальный подход к классификации коронавирусов, основанный на представлении анализируемого гена (N-гена белка нуклеокапсида) соответствующим вектором частот кодонов аминокислот и его последующего сравнения с вектором усредненных частот кодонов для аналогичных известных генов вирусного таксона (одного из четырех родов коронавируса). Для определения принадлежности анализируемого вектора частот к каждому рассматриваемому таксону нестандартным образом применяется метод главных компонент. Метод протестирован на 5769 N-генах коронавирусов четырех родов и показал надежность распознавания рода выше 95 %. Предлагаемый подход к классификации коронавирусов позволяет сократить размерность вектора частот кодонов до 28 компонент без снижения надежности, ограничиваясь рассмотрением наиболее значимых частот встречаемости кодонов аминокислот в N-гене. Подход относится к методам без выравнивания, которые в последнее десятилетие завоевывают все большую популярность для классификации вирусов.

Вопросы старения организма человека, технологии и способы снижения темпов этого процесса всегда были и будут актуальными проблемами человечества. По статистическим данным россияне признаны одной из самых стареющих наций в мире. Средний возраст наступления старости в России - 59 лет, как и у граждан Индии, Болгарии, Филиппин, Казахстана и нескольких африканских государств. Однако, существует целый ряд методик, позволяющих скорректировать биологический возраст человека и замедлить старение организма. Кардинальное изменение образа жизни, соблюдение распорядка дня, улучшение качества сна и питания, увеличение объема двигательной активности и физических упражнений поможет уменьшить биологический возраст организма и предотвратит возникновение коварных недугов.

Проведена комплексная оценка изменений, происходящих при потемнении каллуса, полученного из вегетативных почек 40-летних деревьев сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. На основании биометрической оценки каллуса (интенсивность каллусообразования, доля светлого каллуса, масса каллуса) из 32 проанализированных деревьев (16 генотипов, представленных двумя клонами) выделили два генотипа с высокой каллусообразующей способностью. Анализ митоза показал, что хотя доля аберрантных клеток в каллусе не превышает нормы спонтанного мутирования для P. sylvestris, спектр нарушений на стадии мета-, ана- и телофазы в каллусной культуре был шире по сравнению с таковым у семенного потомства тех же деревьев сосны. Потемнение каллуса сопровождалось снижением метаболизации сахарозы в клетке (снижение цитоплазматической, вакуолярной инвертазы и сахарозосинтазы) и существенным снижением активности пероксидазы. При этом активность апопластной инвертазы поддерживалась на постоянном уровне. Активность супероксиддисмутазы, каталазы, полифенолоксидазы и фенилаланинаммиаклиазы, наоборот, была выше в темном каллусе. Обсуждается возможное использование изученных ферментов как биохимических маркеров перехода к потемнению каллусных культур сосны.

Изучено влияние полиметаллического загрязнения и сопутствующей обработки брассиностероидами (гомокастастероном или гомобрассинолидом) на растения ячменя и на ионообменную способность клеточных стенок, выделенных из побегов и корней. При воздействии полиметаллов наблюдалось снижение сухой массы корней, оводненности и доли клеточной стенки в них, но добавление в среду гомокастастерона приводило к восстановлению значений этих параметров почти до контрольного уровня. В надземной части растений влияние как полиметаллов, так и брассиностероидов на данные показатели было слабо выражено. В присутствии гомокастастерона возрастало содержание деметилированных карбоксильных групп полигалактуроновой кислоты в составе пектинов клеточных стенок корней и листьев, являющихся основными сайтами связывания ионов тяжелых металлов в апопласте. Таким образом, можно полагать, что обработка брассиностероидами (гомокастастероном) приводит к изменению состава и ионообменных свойств клеточной стенки, что позволяет снизить токсическое действие полиметаллов за счет их иммобилизации в апопласте.

В литературе представлены противоречивые данные относительно роли PTF1/ ТСР13 из семейства транскрипционных факторов TCP в регуляции экспрессии пластидного гена psbD, кодирующего D2 белок ФС II. Для анализа биологических функций PTF1/ ТСР13 нами был использован трансформант, у которого ген PTF1/TCP13 экспрессировался под действием β-эстрадиол-индуцибельного промотора. Оверэкспрессия PTF1/TCP13 не способствовала ожидаемому увеличению накопления транскриптов гена psbD, транскрибируемых с промотора BLRP (Blue Light Responsive Promoter), хотя их уровень существенно повышался под действием света или АБК. PTF1/TCP13 активировался АБК, причем в регуляции экспрессии PTF1/TCP13 принимали участие гены канонического пути передачи сигнала АБК. Кроме того, PTF1/TCP13 индуцировался в ответ на солевой стресс. Однако у оверэкспрессирующей линии были снижены солеустойчивость и экспрессия маркеров солевого стресса, а также ряда генов синтеза и сигналинга АБК по сравнению с аналогами с нормальным уровнем экспрессии этого транс-фактора, то есть, PTF1/TCP13 действовал как отрицательный регулятор солевого стресса. Таким образом, PTF1 не является транскрипционным фактором пластид. Тем не менее, он представляет один из компонентов АБК-зависимой регуляторной цепи, способной модифицировать экспрессию ядерных и хлоропластных генов в ответ на изменение гомеостаза.

Дитерпеноиды таксанового ряда (таксоиды) встречаются только у представителей семейства Taxaceae (разные виды тисов), однако уникальная структура и востребованные в медицине терапевтические свойства таксоидов сделали эти соединения одними из самых изучаемых вторичных метаболитов высших растений. В настоящей работе впервые проведено подробное изучение структурного разнообразия полиэфиров 14-гидроксилированных таксоидов у Taxus canadensis – вида тисов, для интактных растений которого неполярные 14-гидроксилированные таксоиды ранее описаны не были. На первом этапе работы с помощью хромато-масс-спектрометрии было показано, что в каллусной культуре клеток T. canadensis полиэфиры 14-гидроксилированных таксоидов (юннанксан, таксуюннанин C, синенксан B, синенксан C) являются доминирующими дитерпеноидными вторичными метаболитами. На основании этих результатов, а также описанного многими исследователями сходства метаболизма культивируемых in vitro растительных клеток и клеток корней in planta, высказано предположение, что в интактных растениях T. canadensis полиэфиры 14-гидроксилированных таксоидов преимущественно будут накапливаться в корнях. Справедливость этой гипотезы была подтверждена с помощью хромато-масс-спектрометрии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). По данным хромато-масс-спектрометрического скрининга в хвое T. canadensis полиэфиры 14-гидроксилированных таксоидов действительно обнаруживаются только в следовых количествах, а в корнях они являются одними из мажорных (в количественном отношении) дитерпеноидов. Один из основных 14-гидроксилированных таксоидов корней T. canadensis – юннанксан – был препаративно выделен в индивидуальном виде и однозначно идентифицирован с применением спектроскопии ЯМР и масс-спектрометрии высокого разрешения. Данная работа является первым сообщением о наличии полиэфиров 14-гидроксилированных таксоидов в интактных растениях тиса канадского.

Действие на растения биотических и абиотических стрессовых факторов приводит к изменениям в составе и содержании метаболитов различной химической природы, в том числе липофильных соединений. Одним из способов моделирования стрессовой ситуации является экзогенная обработка растений фитогормонами. Настоящая работа посвящена изучению органоспецифичности состава липофильных соединений, а также изменения их содержания в проростках пшеницы Triticum aestivum L. при экзогенном действии “стрессовых фитогормонов”: абсцизовой кислоты (АБК), салициловой кислоты (СК) и метилжасмоната (МеЖ). Установлено, что корни и листья проростков пшеницы имеют одинаковый состав липофильных соединений, но значительно отличаются по их содержанию. В листьях количество углеводородов, включая сквален, а также тритерпенов, стеринов и фосфатидилхолина значительно больше, чем в корнях. В листьях преобладают гликоцерамиды 1 типа, содержащие в своем составе ЖК остаток с α-гидроксильной группой, а в корнях, наоборот, превалируют гликоцерамиды 2 типа, в ЖК остатках которых отсутствует α-гидроксильная группа. Кроме того, в липидных экстрактах листьев содержатся липофильные пигменты (хлорофилл a и b, каротиноиды) и гидрофобные фенольные соединения, представленные оксикоричными кислотами. Действие “стрессовых фитогормонов” приводит к существенным изменениям ростовых показателей, интенсивности фотосинтеза, профиля липофильных соединений проростков пшеницы в зависимости от органа растения и химической природы фитогормона. При воздействии АБК и МеЖ наблюдалось угнетение роста корней и листьев, повышался уровень нефотохимического тушения, изменялось содержание фотосинтетических пигментов. Необычный эффект наблюдался при действии МеЖ, который повышал уровень холестерина и фосфатидилсерина. Отличительной особенностью действия СК был органоспецифический характер изменений в содержании продуктов мевалонатного пути, тритерпенов и стеринов. Таким образом, моделирование стрессовых условий путем экзогенного воздействия фитогормонов на проростки пшеницы оказало существенное влияние на состав липофильных соединений. Специфические изменения в липидном составе, индуцированные гормонами, могут вносить вклад в адаптационные структурные перестройки клеточных мембран, а изменения в содержании гидрофобных фенольных метаболитов и фотосинтетических пигментов усиливать антиоксидантную защиту растений при стрессе.

Применение глюкокортикостероидов (ГКС) в фармакотерапии животных позволяет снизить развитие воспаления, аллергических реакций и оказывает иммуносупрессивное действие. Адаптивные гормоны повышают устойчивость организма к стрессу. Широкое использование ГКС при хирургических вмешательствах, сопряженных с имплантацией, продиктовано снижением реакции окружающих тканей, послеоперационного отека, повышением приживаемости имплантов. Однако, пероральное применение ГКС часто сопряжено с низкой биодоступностью, а повышение дозы препаратов чревато тяжелым проявлением побочного действия. Разработка новых систем адресной доставки с использованием биодеградируемых носителей позволяет повысить биодоступность лекарственных средств, снизить побочное действие и повысить эффективность фармакотерапии. Выбирая адресную доставку, важно оценить количественные параметры концентрации ГКС в плазме крови в зависимости от выбранного пути введения. Разработанная методика высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией (ВЭЖХ–МС/МС) позволяет определить самые низкие концентрации лекарственных средств, диапазон методики от 2 до 1000 нг/мл.

Создание новых лекарственных средств (ЛС) и лекарственных форм, предназначенных для профилактики и оказания квалифицированного лечения животных, — одна из важнейших задач ветеринарной медицины. Существующий рынок ветеринарных ЛС постоянно расширяется по ряду причин, в т. ч. из-за активного импортозамещения. Проведено маркетинговое исследование ассортимента мягких лекарственных форм для ветеринарного применения на фармацевтическом рынке РФ по фармакотерапевтическим группам, количеству действующих веществ, государствам-производителям, компаниям-производителям, видам мягких лекарственных форм, отпуску из аптек, группам животных которым предназначены исследуемые лекарственные средства, местам сосредоточения производственных мощностей компаний-производителей. Проведенное исследование, по мнению авторов, позволит обеспечить информированность профильных специалистов в предметной области.