Меню

На международную конференцию «Математическая биология и биоинформатика» в Пущине собрались специалисты из пяти стран

18 октября 2018 в 13:00

IMG 1743-1Знать математику лучше, чем математики и биологию лучше, чем биологи должны учёные, работающие в области математической биологии и биоинформатики, - считает председатель оргкомитета конференции Виктор Лахно. С 14 по 19 октября в подмосковном наукограде собрались учёные, ведущие исследования в этом междисциплинарном поле. В стенах Института математических проблем биологии звучали доклады, посвящённые математическому моделированию и информационным технологиям в медицине, экологии, биоинформатике и других областях.

Внедрение передовых технологий в области лечения заболеваний сердца – цель и пациентов, и врачей. В указе президента Владимира Путина от 7 мая 2018 года снижение смертности от сердечно-сосудистых заболеваний обозначено как один из приоритетов. Правительством Московской области ведётся большая организационная работа по строительству сосудистых центров, внедрению высокотехнологичной медицинской помощи. За каждым внедрённым новшеством стоит многолетняя исследовательская работа целых научных коллективов. Наиболее прорывные результаты достигаются на стыке наук. Многие примеры можно было услышать на междисциплинарной конференции в наукограде РФ Пущино, одном из восьми наукоградов Подмосковья.

Лахно Виктор, научный руководитель ИМПБ

– Это наша седьмая конференция. Мы начали 12 лет назад, в 2006 году. Решили организовать журнал по математической биологии и биоинформатике, а затем конференцию. Сейчас журнал хорошо известен, индексируется в Скопусе, мы предпринимаем попытки включить его в Web of Science. Хочу поблагодарить наших иностранных коллег, которые помогли нам организовать журнал, особенно Нино Руссо, который является иностранным членом редколлегии.(прим. ред.: Scopus и Web of Science – базs данных для отслеживания цитируемости статей)

Виктор Дмитриевич отметил, что в дни конференции стоит самая тёплая погода за более чем сто лет – такое явление наблюдалось до этого в 1908 году. Казалось бы, ремарка о погоде, всего лишь дань вежливости. Но только не для математического моделирования в биологии. Следующий докладчик, Галина Ризниченко, рассказала, что фотосинтез - явление, изучавшееся с середины прошлого века в десятках лабораторий. В сообщении Галины Юрьевны были представлены результаты, полученные на кафедре биофизики биологического факультета МГУ.

Галина Ризниченко, профессор

– Фотосинтез является одним из основных процессов на Земле, поскольку он обеспечивает нас органическим веществом. Именно благодаря фотосинтезу из углекислого газа, воды и минеральных элементов получается органическое вещество. Кроме того, фотосинтез - это источник кислорода, которым мы дышим. Поглощение кванта света и превращение энергии света в энергию химических связей происходит в мембранах хлоропластов, куда встроены мультиферментные комплексы.

Галина Ризниченко рассказала о строении фотосинтетического аппарата клетки, движении электронов внутри него и представила вниманию слушателей одну из математических моделей, описывающих этот процесс. Галина Юрьевна отметила, что интерес к фотосинтезу возрос после того, как человечество задумалось об альтернативных источниках энергии.

Ещё одна тема, которая очень востребована в обществе – генетические исследования. В Институте цитологии и генетики Сибирского отделения РАН существует лаборатория молекулярно-генетических систем. Её заведующий Юрий Матушкин рассказал о том, что на конференции он представляет доклад об эволюции одноклеточных организмов.

Юрий Матушкин, заведующий лабораторией молекулярно-генетических систем Института цитологии и генетики СО РАН:

–Мы берём популяцию эшерихии коли. В хороших условиях она за 20 минут удваивается. Если условия плохие, то она тянет. Потом начинает мутировать. Появляются дополнительные штаммы, которые либо выживают, либо нет. Есть ещё такой процесс, называется горизонтальный перенос генетического материала. Из одной эшерихии коли, в которой мутация произошла, ген переносится в другую эшерихию коли, в которой её не было, и она начинает работать. Например, утилизировать субстрат, который раньше не умела. Мы моделируем эти процессы и смотрим, что получается в результате: как вырастает или наоборот снижается суммарная биомасса популяций, как изменяется генетическое разнообразие – остаётся прежним, вырастает, или наоборот падает.

– Объектом исследования могут быть разные организмы. Главное, чтобы был инструмент, который мы и сделали. Он называется эволюционный конструктор. Его можно применять к разным данным, – пояснил Юрий Георгиевич.

Не обойтись без математиков и физиков, к примеру, кардиологам. «Торнадо в сердце». Что таит название доклада? Его автор, доктор физико-математических наук Михаил Мазуров, раскрыл секрет явления.

Михаил Мазуров, доктор физико-математических наук, профессор.

– Сердце – это, если схематично, упругий мешок с кровью, из которого она должна эффективно выбрасываться в аорту. Если это делать не оптимально, то КПД очень низкий, и огромная работа пропадёт зря. Это недопустимо, потому что сердце и так работает в напряжённом режиме. Потому природа нашла эффективный механизм, который заключается в закрутке крови и выбрасывании этой струйки в сравнительно узкий просвет аорты. Это не что иное, как то, что происходит в обычном атмосферном торнадо.

Профессор Мазуров рассказал, что в грозовой туче происходит закрутка потоков воздуха за счёт энергии, которая выделяется при конденсации капелек воды. Она приводит к наличию так называемых вогнутых автоволн, которые закручивают потоки воздуха снаружи внутрь. Эти потоки закручивают воздух, который находится в середине этой материнской области, и потом он выбрасывается в виде структуры, похожей на хобот слона. Она распространяется до земли и может производить огромные разрушения.

– А вот если тоже самое происходит в сердце, то оно становится идеальным механизмом для механического выброса крови. С помощью математических методов удалось создать модель, которая объясняет это явление. Работа является междисциплинарной, в ней участвуют математики, физики, а также клиницисты. Ей предшествовала экспериментальная деятельность медиков во главе с академиком Бокерией, - пояснил Михаил Мазуров.

По словам Михаила Ефимовича, понимание организации движения крови жизненно важно для медиков. Если они делают это вслепую, намного сложнее получать клинически эффективное лечение.

Методы математического моделирования используются для понимания сердечного ритма, состояния сосудов и особенностей энцефалограмм у человека и животных, установления закономерностей в геномах микроорганизмов, взаимодействии некоторых соединений у вирусов. Компьютерные модели применяются для прогнозирования лекарственного взаимодействия, описания распространения нервного импульса, изучения пространственного строения молекул в мышечной ткани. Важной областью приложения математического аппарата является экология – популяционное моделирование выделено в отдельную секцию, завершающую работу международной конференции.

Ирина Масленникова