11.02.2016 Саркисян Грачья Паргевович (Национальная академия наук Республики Армения, Институт химической физики им. А.Б. Налбандяна, Сибирский федеральный университет (г. Красноярск)). Лазерная дифрактометрия форменных показателей популяции эритроцитов при радиационном поражении и разработка общего квазихимического способа анализа механизмов многокомпонентной нелинейной диффузии в сложных системах.

Опыт аварий на Чернобылской АЭС 26 апреля 1986 года и на АЭС Фукусима-1 в марте 2011 года показали, что вопросы ранней диагностики лучевого поражения жиивых систем, установления поглощенной организмом дозы ионизирующей радиации и определения степени его тяжести, разработка методов оценки эффективности средств и схем спецификаций терапии лучевой болезни, а также прогнозирование ее исхода, являются насущными проблемами современной медицинской и радиационной биофизики.

Существующие методы биоиндикации лучевого поражения трудоемки, дорогостоящие, их можно применять спустя несколько суток после облучения и, следовательно, они не пригодны для группировки пострадавших в военное время, а также при ЧП в атомной индустрии в ранний пострадиационный период.

В работе разработан новый лазернодифрактометрический экспресс-метод анализа форменных показателей популяции эритроцитов, который пригоден для ранней диагностики факта радиационной пораженности организма, оценки его тяжести и прогнозирования исхода острой лучевой болезни.

Одним из фундаментальных проблем радиационной биофизики считается исследование действия ионизирующей радиации на проницаемость клеточной мембраны и связанные с ним диффузионные процессы.

В работе разработан общий квазихимический способ анализа механизмов сложного процесса многокомпонентной нелинейной диффузии путем формализации представлений о кооперативном характере диффузионного скачка, исходящих к работам Я.И. Френкеля. Предложен удобный аппарат построения математических моделей многокомпонентной нелинейной диффузии, с последующей их численной реализацией на ЭВМ.

25.02.2016 Дюба Артем Владимирович (НИИ Физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ). Электронные спектры поглощения гемов а и а₃ цитохром с-оксидазы.

Цитохром с-оксидаза – терминальная оксидаза дыхательной цепи митохондрий и многих аэробных бактерий. Она передает электроны с восстановленного цитохрома c на молекулу кислорода, используя энергию разности их электрохимических потенциалов для транслокации протонов через мембрану. Электрон передается по ряду редокс-кофакторов, в том числе через гемы а и а₃. Абсорбционная спектроскопия в области поглощения гемов – один из основных методов исследования цитохром с-оксидазы. Однако интерпретация спектров поглощения затруднена тем, что спектры гемов а и а₃ в сильно перекрываются. Несмотря на широкое применение метода, спектры поглощения отдельных гемов а и а₃ до сих пор однозначно не выявлены.

В работе определены индивидуальные спектры поглощения и параметры электронных переходов гемов а и а₃ с помощью нескольких экспериментальных и теоретических подходов: избирательный спектральный сдвиг спектра гема а, вызываемый ионами Ca²⁺, избирательное фотовыцветание гемов а и а₃, исследование быстрой кинетики восстановления оксидазы, анализ спектров кругового дихроизма. Несколькими методами показано, что полоса Соре восстановленного гема а состоит из двух электронных переходов, разнесенных по энергии, и не содержит коротковолнового вибронного плеча. Полоса Соре восстановленного гема а₃ также расщеплена по энергии и имеет выраженный вибронный компонент. Полученные нами формы спектров заставляют пересмотреть результаты “классической” работы Ваннесте (Vanneste, Biochemistry, 1966), приписывающие коротковолновое плечо восстановленному гему а, но не а₃.

03.03.2016 Галочкина Татьяна Владимировна (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики). Моделирование конформационной подвижности О-антигена липополисахарида грам-отрицательных бактерий.

Наружная мембрана клеточной стенки грам-отрицательной бактерии обладает довольно сложной структурой и служит дополнительным барьером, защищающим бактерию от различных внешних воздействий. Она представляет собой асимметричный бислой, внутренний монослой которого состоит из обычных фосфолипидов, в то время как основным компонентом внешнего монослоя являются молекулы липополисахарида (ЛПС), имеющие в своем составе длинные полисахариндые цепочки (О-антиген). Эта дистальная часть молекулы ЛПC обладает наибольшим структурным разнообразием и покрывает поверхность грам-отрицательных бактерий, формируя защитный барьер, препятствующий проникновению антимикробных агентов к гидрофобному бислою. Большая масса и высокое структурное разнообразие О-антигена сильно затрудняет экспериментальное изучение особенностей его укладки на поверхности бактерии. Более того, согласно существующим экспериментальным и модельным данным конформация О-антигена сильно зависит от окружения.

В нашей работе мы анализируем конформационную подвижность О-антигена в растворе с помощью методов молекулярного моделирования. Мы рассматриваем модели на базе двух силовых полей (GLYCAM и OPLS-AA) и проводим их качественное сравнение. Предварительный анализ распределений свободной энергии для молекул дисахаридов, входящих в состав О-антигена, позволил нам выбрать энергетически выгодную начальную конформацию, использованную для дальнейших расчетов. Мы наблюдали энтропийное разрушение спиральной структуры и формирование новых типов конформаций за счет как выворачивания отдельных углеводных колец, так и конформационных переходов вокруг гликозидных связей. Наибольшую конформационную подвижность продемонстрировали рамнозо-содержащие фрагменты О-антигена. Рост конформационной подвижности при увеличении концентрации рамнозы многократно обсуждался на основании экспериментальных данных для фруктовых полисахаридов. Тем не менее, наблюдаемый эффект в случае О-антигенной цепочки имеет другую природу из-за существенно отличного химическое окружения рамнозы, анализ которой мы проводим на основании модельных данных. .

17.03.2016 Николай Викторович Перцев (Омский филиал Института математики им. С.М. Соболева СО РАН). Интегральные уравнения и дифференциальные уравнения с запаздыванием, возникающие в моделях некоторых живых систем.

Доклад будет посвящен следующим вопросам:

1) интегральное уравнение и баланс численности; скорости производства и функции дожития;

2) переход к эквивалентным задачам Коши для дифференциальных уравнений с запаздыванием;

3) корректность моделей;

4) асимптотическое поведение решений;

5) пример – модель эритропоэза.

24.03.2016 Ирина Шаклова

Целью данного исследования было изучение возможностей создания живых архитектурных систем с помощью новых методов производства (робототехника), используя водоросли в качестве биоматериала. Таким образом, был поднят вопрос о возможностях использования в процессе дизайна материалов, которые не просто имеют срок службы, но которые живут, растут и умирают.

Проведенные эксперименты были основаны на использовании аэрофильных водорослей, которые обладают очень похожими свойствами в интенсивности фотосинтеза по сравнению с водорослями, обитающими в воде. Но в отличие от последних, им не нужен постоянный поток воды, хотя для поддержания жизнедеятельности определенный уровень влажности должен быть соблюден. Еще одна интересная особенность аэрофильных водорослей состоит в том, что они впадают в гибернацию, когда условия окружающей среды неблагоприятны для роста и развития, и остаются в ней, пока условия не станут снова пригодными для их жизнедеятельности. В этом смысле наземные водоросли гораздо лучше подходят для использования в архитектурной среде с точки зрения обслуживания (водные виды не имеют периода гибернации). Таким образом, было принято решение распечатать культуру водорослей в питательной среде (гель), используя индустриальный робот KUKA.

Для поддержания водорослей в активной фазе были протестированы 2 типа питательных сред:

1) основанная на агаре;

Агар показал хорошую скорость роста водорослей, но были выявлены некоторые ограничения - например, температура печати и помещение водорослей в питательную среду (агар может быть распечатан при температуре 37 градусов, а подобная температура повлечет температурный шок для живых организмов. Это означает, что помещение культуры в гелевую среду что может быть осуществлено только после завершения печати

2) основанная на метил целлюлозе (порошковый гидрогель) с альгинатом натрия.

5) Смесь на основе гидрогеля, наоборот, образует однородную массу, которая может быть экструдирована при комнатной температуре, с добавлением культуры водорослей непосредственно перед печатью. Таким образом, метил целлюлоза была выбрана для дальнейших испытаний с роботом, в том числе для тестов на различные параметры печати (давление, скорость, толщина линии и т.д.), дефляции и деформации (для того, чтобы понять поведение материала при дегидратации).

Конечный результат представляет собой первую крупномасштабную структуру из гидрогеля, напечатанную с помощью робота, общей площадью 6 м2 (с размером 1.5m x 4м). Дизайн был разработан в соответствии с предыдущими испытаниями материалов. Как было выяснено - наилучшие результаты могут быть достигнуты путем печати паттерна одной непрерывной линией, создавая так называемые узлы (пересечения линий), которые повышают структурные возможности экрана. Для окончательной печати паттерн (ок. 2 км линий) был разделен на равные части, чтобы соответствовать доступной для робота области печати (0.5m x 2m).

Более того, подобный способ фабрикации продемонстрировал некоторые преимущества по сравнению с типичными био-реакторами для водорослей, которые используют системы водяного насоса.

- Время изготовления быстрее

- Снижение общей сложности системы (не требует большого количества технических деталей)

- Техническое обслуживание системы является относительно простым

31.03.2016 Федоров Владимир Андреевич (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики). Идентификация промежуточных состояний в процессе образования комплекса белков пластоцианина и цитохрома f.

Короткоживущие белок–белковые комплексы играют важную роль в различных процессах, протекающих в живой клетке. Формирование короткоживущих комплексов происходит при активации и ингибировании ферментативной активности, в процессе рецепции и передачи информации, при окислительно-восстановительных реакциях и др. В данной работе на основе вычислительного эксперимента проводится реконструкция процесса сближения молекул белков и идентификация промежуточных (метастабильных) состояний с использованием методов броуновской и молекулярной динамики и иерархического кластерного анализа.

С использованием метода молекулярной динамики были найдены возможные пути эволюции таких комплексов. В качестве начальных состояний были выбраны два наиболее типичных энергетически выгодных диффузионно-столкновительных комплекса пластоцианина и цитохрома f с энергией электростатического притяжения между молекулами более 8kT. Для каждого из этих комплексов были проведены расчеты молекулярной динамики в явно заданном растворителе. Были выявлены потенциально продуктивное (способное переходить в функционально активное) и непродуктивное (не являющееся функционально активным и не изменяющееся со временем) метастабильные состояния. Оба состояния являются энергетически выгодными. Белки из продуктивного начального состояния за время порядка 400 нс. образовали финальный комплекс в процессе молекулярно-динамического расчета, в то время как белки из непродуктивного начального состояния не образовали финальный комплекс за время более микросекунды, а, напротив, продолжают находиться в непродуктивном состоянии. Таким образом, образующиеся в процессе формирования функционально-активного комплекса метастабильные состояния либо быстро эволюционируют к финальному комплексу, либо остаются практически неизменными, по крайней мере за время вычислительного эксперимента. Такие непродуктивные метастабильные состояния впоследствии могут быть разрушены благодаря действию случайной броуновской силы.

07.04.2016 Дьяконова Александра Никитична (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики). Молекулярные механизмы переключения электронных потоков от ферредоксина на ФНР и гидрогеназу. Прямое многочастичное моделирование.

Производство водорода является важной биотехнологической задачей. Некоторые организмы, включая зеленые водоросли, содержат фермент гидрогеназу, способный восстанавливать протоны до молекулярного водорода. Гидрогеназа получает электроны от белка ферредоксина – конечного акцептора электрон-транспортной цепи фотосинтеза. Помимо гидрогеназы ферредоксин также взаимодействует с другими белками, в первую очередь с ферредоксин-НАДФ⁺-редуктазой, восстанавливающей НАДФ⁺ для цикла Кальвина. Нашей задачей было изучение процесса переключения электронного потока ферредоксина между ФНР и гидрогеназой в зависимости от условий среды.

Мы использовали метод прямого многочастичного моделирования. В данном методе отдельные молекулы движутся за счет воздействия броуновской силы и электростатических сил, создаваемых соседними молекулами и растворителем. Мы создали три модели взаимодействия белков: парные модели образования комплексов Фд-ФНР и Фд-гидрогеназа и тройную модель конкуренции ФНР и гидрогеназы за ферредоксин.

Из эксперимента известно, что pH стромы хлоропластов в темноте составляет около 6, а на свету увеличивается до 8-8,5, и потенциально данный процесс может влиять на взаимодействие белков друг с другом. На модели мы показали, что константа скорости взаимодействия ферредоксина и ФНР постоянна в широком диапазоне pH. Таким образом, мы предполагаем, что активность ФНР не регулируется изменением pH в строме. С другой стороны, константа скорости образования комплекса Фд-гидрогеназа значительно зависит от pH: в границах 7-9 единиц pH она возрастает в три раза. По-видимому, регуляция сродства гидрогеназы к ее реакционным партнерам (H+ и Фд) осуществляется посредством изменения электростатических свойств белков.

Помимо этого, были идентифицированы аминокислотные остатки ФНР и гидрогеназы, мутации которых влияют на сродство ферредоксина к этим белкам.

14.04.2016 Волох Олеся Игоревна (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биоинженерии). Исследование взаимодействий ДНК с лигандами методами компьютерного моделирования и электронной микроскопии.

В работе исследовались различные аспекты взаимодействия ДНК с лигандами при блокировке транскрипции с применением методов электронной микроскопии и молекулярного моделирования.

Методами электронной микроскопии и электронной томографии получены трехмерные структуры ЭК в положениях +24 и +42 РНКП. Интерпретация трехмерных карт производилась с применением компьютерного фиттинга. Дополнительно для апробации молекулярно-динамического подхода на модельных объектах комплексов ДНК с актиномицином Д и его производными оценивались свойства связывания и влияние лигандов на жесткость фрагментов ДНК.

Объектом исследования в работе является ДНК, основной функцией которой является реализация генетической информации, обеспечиваемая процессами транскрипции. Регуляция транскрипции сопровождается в частности взаимодействиями ДНК с различными лигандами.

В норме процесс транскрипции хроматина характеризуется частичным сохранением нуклеосом и сопровождается образованием интермедиатов – элонгационных комплексов (ЭК), состоящих из ДНК, нуклеосомы, РНК-полимеразы (РНКП) и фрагмента образующейся РНК.

В случае некоторых патологий в терапевтических целях могут назначаться низкомолекулярные лиганды – блокаторы транскрипции.

06.10.2016 Хайрулин Сергей Сергеевич (Институт систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН). Разработка методологии и алгоритмической базы для задач моделирования в области биофизики живых систем с использованием высокопроизводительных параллельных вычислений.

В докладе обсуждается задача разработки методологии, алгоритмической базы и программного инструментария для исследований, связанных с моделированием в области биофизики и биомеханики, в частности, для создания интегрированной модели нематоды C. elegans. Обсуждается ряд алгоритмов моделирования механики сплошных сред для моделирования несжимаемой жидкости (PCISPH – Predictive-Corrective Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics), эластичного тела (MSM – Mass Spring Model), моделирования мышц, алгоритмов обработки взаимодействия с неподвижными и твердыми объектами и обработки взаимодействия объектов с различными физическими свойствами. Также рассматривается вопрос параллельной реализации всех перечисленных алгоритмов для повышения производительности. Для этих целей нами была выбрана платформа OpenCL (платформа для разработки приложений связанных с параллельными вычислениями).

Одним из результатов, достигнутых в результате данной работы, стала библиотека Sibernetic, способная стать гибким и полезным инструментом при разработке симуляций, связанных с моделированием биомеханики беспозвоночных.

13.10.2016 Esa Tyystjärvi (Molecular Plant Biology, Department of Biochemistry, University of Turku, FI-20014 Turku, Finland). Action spectrum of the redox state of the plastoquinone pool.

The redox state of the plastoquinone (PQ) pool is known to regulate photoacclimation mechanisms in chloroplasts and to regulate expression of several nuclear genes. We measured, using HPLC, the effect of natural sunlight on the redox state of the PQ pool of intact Arabidopsis leaves. Low intensities of sunlight were found to oxidize the PQ pool from a dark-stable state, an intermediate reduction state was reached again in moderate sunlight, and only strong sunlight caused reduction of PQ. Like sunlight, also low-intensity illumination with several different multi-wavelength sources caused oxidation of the PQ pool to various levels. Filtering of simulated sunlight through a leaf caused oxidation of the PQ pool similarly as low intensities of sunlight, suggesting that canopy-filtered sunlight oxidizes PQ mainly because canopy lowers light intensity. To understand the effect of natural light, we measured the action spectrum of the redox state of the PQ pool from Arabidopsis leaves by illuminating with different wavelengths of monochromatic light. The action spectrum was first measured using an indirect fluorescence method based on the F0 rise phenomenon. The fluorescence measurements showed that wavelengths 470, 560 and 660 nm favor PSII whereas wavelengths ≤440, 520, 630 and ≥690 nm favor PSI. These wavelengths represent the maxima and minima of the absorbance ratio of the two photosystems which, in turn, mainly reflects their differences in their chlorophyll b contents. The effects of the maxima and minima of the action spectrum on the PQ pool were verified with HPLC, and it was found that the PQ pool becomes almost fully reduced under illumination with the wavelengths favoring PSII and almost fully oxidized with the wavelengths favoring PSI. The wavelengths favoring PSII caused a transition to light state 2 and induced phosphorylation of light-harvesting complex II, whereas wavelengths favoring PSI caused the opposite signaling events. A high reduction state of the PQ pool in PSII light lowered the quantum yield of PSII electron transfer and slowed linear photosynthetic electron flow by ~20 %, in comparison to wavelengths favoring PSI.

20.10.2016 Глебов Илья Олегович (МГУ имени М.В. Ломоносова, химический факультет). Неэмпирическое моделирование первичного переноса электрона в фотосинтетических реакционных центрах.

В докладе будут представлены разработанные нашим коллективом неэмпирические методы, позволяющие описывать диссипативную динамику переноса электрона в фотосинтетических реакционных центрах. Представляемые методы разработаны таким образом, чтобы позволить описывать рассматриваемый процесс с учетом всех его особенностей, а именно —высокой скорости и необратимости. Другой важной особенностью предлагаемых методов расчета динамики является возможность определения параметров исходя из квантово-химических расчетов.

В частности, в докладе будет описано построение теории, лежащей в основе предлагаемых методов, с подробным обсуждением используемых приближений и возможных эффектов, вызванных отказом от них. Также будет описан метод расчета параметров, необходимых для описания динамики переноса.

В качестве примера применения разработанных методов будут представлены результаты моделирования первичного переноса электрона в фотосинтетическом реакционном центре.

27.10.2016 Белов Александр Сергеевич (МГУ имени М.В. Ломоносова, химический факультет). Новая модель индуцированных светом конформационных изменений в фотосинтетическом комплексе LH2 бактерий Rbl. Acidophilus.

С помощью спектроскопии отдельных молекул были обнаружены скачкообразные изменения в спектре флуоресценции комплекса LH2 пурпурных бактерий Rbl. acidophilus [1]. Обнаруженные сдвиги длины волны достаточно малы (<300 см-1) и сохраняются значительное время (10-3-101 с), поэтому их связывают с конформационными изменениями в фотосинтетическом комплексе. В литературе отсутствуют данные о природе происходящих конформационных изменений. В качестве возможной причины «скачков» называют вращение ацетильной группы одного из бактериохлорофиллов a (далее BCL) кольца В850 комплекса, что, однако, не объясняет значительное время жизни метастабильной конформации.

В данной работе были рассмотрены силы, возникающие при фотовозбуждении BCL. Показано, что основной причиной конформационных переходов может являться изменение электростатического потенциала и ППЭ BCL при возбуждении. На основании этих результатов была предположена возможность образования шестикоординированного состояния магния в BCL за счет его связывания с атомом кислорода ацетильной группы соседнего BCL. Методами QM/MM была подтверждена возможность самокоординации BCL в гетеродимере. Для проверки наличия изменений в спектрах в рамках метода экситонных гамильтонианов с использованием TrEsp были рассчитаны спектры флуоресценции комплекса LH2 в различных координационных состояниях, и показано наличие явного сдвига в длинноволновую область в координированных системах.

В работе представлена новая модель конформационных изменений в комплексе LH2. Продемонстрированы результаты квантовохимического моделирования самокоординации BCL, расчета спектров поглощения обнаруженных конформаций и оценки энергии Гиббса перехода между ними.

1. D. Rutkauskas et al. // Biochemistry 2006, 45, 1082-1086.

03.11.2016 Хрущев Сергей Сергеевич (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики). Роль электростатических взаимодействий в процессе образования белок–белковых электрон–транспортных комплексов пластоцианина и цитохрома f. Моделирование методом броуновской динамики.

С помощью молекулярного моделирования исследована роль электростатических взаимодействий на разных этапах образования белок–белковых комплексов электрон-транспортных белков пластоцианина и цитохрома f. Исследованы кинетические, энергетические и структурные характеристики диффузионного сближения фотосинтетических электрон-транспортных белков пластоцианина и цитохрома f в процессе образования ими функционально активного комплекса. Выявлены и охарактеризованы качественно различающиеся по роли электростатических взаимодействий стадии процесса сближения белков пластоцианина и цитохрома f при образовании электрон-транспортного комплекса. Показано, что при большом расстоянии между реакционными центрами белков электростатическое отталкивание способствует «расталкиванию» молекул, сближающихся в «неправильных» взаимных ориентациях, и, соответственно, отбору энергетически выгодных ориентаций, в которых возможно дальнейшее сближение (ориентационная фаза). При расстоянии между реакционными центрами (РЦ) менее 3 нм электростатическое притяжение доминирует над хаотическим тепловым движением молекул, что приводит к направленному сближению РЦ (фаза притяжения). С помощью метода кластерного анализа идентифицированы промежуточные метастабильные состояния, возникающие при взаимодействии этих белков. Охарактеризованы структуры промежуточного продуктивного комплекса белков пластоцианина и цитохрома f, который трансформируется в функционально активное состояние, и непродуктивного комплекса, в котором ориентация белков препятствует образованию функционально активного комплекса. Предложенные в работе методы и подходы реализованы в виде свободно распространяемого программного комплекса для моделирования методом многочастичной броуновской динамики ProKSim (Protein Kinetics Simulator).

01.12.2016 Константин Новиков (Институт вычислительной математики РАН). Математическое моделирование внутриклеточного транспорта.

Значительная часть современных моделей внутриклеточного транспорта не содержит описания сети микротрубочек. Как правило, в пространственных моделях используется постоянное во всей области поле скоростей переноса груза, что предполагает полностью однородную транспортную сеть. В тоже время, сеть микротрубочек представляет собой динамичную структуру со сложной геометрией: она несимметрична, не заполняет всю клетку целиком, микротрубочки могут иметь значительную кривизну. Чтобы учесть эти особенности в моделях внутриклеточного транспорта, необходимо подробное качественное и количественное описание сети.

Доклад посвящен пространственному моделированию транспорта эндосом с учетом вида сети микротрубочек. Предлагаются два различных подхода к описанию сети: (i) с учетом динамической нестабильности микротрубочек, (ii) с учетом геометрии сети и кривизны индивидуальных микротрубочек. В результате моделирования сети при обоих подходах к описанию рассчитывается поле скоростей переноса, которое выступает в качестве коэффициента конвекции в уравнениях конвекции-диффузии, описывающих перенос груза в клетке.

Подмодель динамики микротрубочек, полученная при первом подходе моделирования, позволяет исследовать энергетические закономерности построения сети: оцениваются затраты энергии на создание и поддержание сети, а также выигрыш от использования микротрубочек для переноса эндосом по сравнению со свободной диффузией в цитоплазме. Подмодель микротрубочек, учитывающая структуру сети (второй подход), описывает фиксированную конфигурацию и может быть использована для моделирования транспорта на коротких (до 100 секунд) промежутках времени. Геометрия сети получена с использованием фотографий микротрубочек в живой клетке, что позволяет реалистично оценить расположение и кривизну отдельных микротрубочек. В результате моделирования получена динамика груза, частично объясняющая замедление средней скорости при увеличении времени измерения.

05.12.2016 Алексей Михайлович Нестеренко (НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ). Саморегуляция морфогенетических градиентов позвоночных с учетом современных представлений о молекулярных механизмах эмбриогенеза.

Эмбрионам позвоночных животных свойственно явление эмбриональной регуляции. Наиболее ярким примером является саморегуляция дорзо-вентрального градиента в гаструле шпорцевой лягушки, происходящая в ответ на изменение размеров эмбриона. Реакционно-диффузионные модели позволяют в некоторой мере описать такую саморегуляцию градиентов, однако для этого требуется участие агентов с существенно отличающимися коэффициентами диффузии. Различие в диффузии обеспечивается за счет различной адсорбции на компонентах внеклеточного матрикса (гепаран-сульфат протеогликанов).

В данном сообщении я рассмотрю имеющиеся подходы к изучению саморегулирующихся градиентов у шпорцевой лягушки, а также продемонстрирую данные по прямому измерению коэффициентов диффузии. Будут показаны имеющиеся на сегодняшний день модели саморегуляции градиента BMP и модель, которая предлагается к исследованию. Отдельно будет обсуждаться формулировка задачи, в том числе имитация реального диффузионного объема и выписывание краевых условий.