Том 68, № 2 (2023)

На основании экспериментальных данных можно говорить об аномально большом вкладе аланина в стабилизацию альфа-спирали и других белковых конформаций. Независимые (в том числе экспериментальные) данные свидетельствуют об особо большом вкладе аланина в стабилизацию альфа-спирали. При этом выявляются позитивные вклады, как в энтропию системы, так и в энтальпию. Высокий вклад аланина в энтальпию образования альфа-спирали противоречит общепринятому взгляду: энтропия должна падать при образовании регулярных структур в белках. Аланин стабилизирует два типа вторичной структуры из трех: альфа-спираль и левую спираль типа «полипролин II», а если говорить о фибриллярных белках, то аланин стабилизирует и бета-структуру. Стабилизирующий эффект аланина на структуру альфа-спирали распространяется и на нативно-развернутые белки, и на коньюгаты «альфа-спираль-подложка». Словом, не будет преувеличением сказать, что проблема формирования вторичной структуры белка сводится к проблеме аланина. Вскрытые противоречия носят парадоксальных характер и их интерпретация (прежде всего, обоснование вклада аланина в энтальпию плавления в терминах фундаментальной физики) на сегодняшний день отсутствует. Между тем представленные в работе данные и комментарии позволяют надеяться на прогресс в разрешении выявленных противоречий.

Исследовано влияние ряда сверхвысоких разведений люциферина (в диапазоне разведений от 10¹⁰ до 10¹⁰² раз) на люциферин-люциферазную реакцию светлячков. Концентрацию субстрата люциферина варьировали от 0.0025 до 2.5 нМ, концентрация АТФ оставалась постоянной. Оценка интенсивности биолюминесценции после добавления в биолюминесцентную систему люциферина или воды в сверхвысоких разведениях показала наличие существенных разнонаправленных отличий. Количество сверхвысоких разведений из исследуемого ряда, при добавлении которых обнаруживались достоверные отличия, резко увеличивалось при снижении концентрации субстрата до 0.0025 нМ. Аналогичное сравнение влияния сверхвысоких разведений неспецифического контроля имидазола и сверхвысоких разведений воды на интенсивность свечения не выявило различий. Можно сделать вывод, что присутствие сверхвысоких разведений люциферина специфически ингибирует люциферин-люциферазную реакцию.

Методами гибкого молекулярного докинга, инфракрасной спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния исследован механизм взаимодействия фицина с графт-сополимером натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и N-винилимидазола. Выявлены функциональные группы и фрагменты молекул графт-сополимера, а также аминокислотные остатки, образующие первичную структуру фермента, вступающие во взаимодействия между фицином и графт-сополимером. Показано, что спектроскопия комбинационного рассеяния дает более полные представления о фрагментах макромолекул графт-сополимера, взаимодействующих с белком, по сравнению с инфракрасной спектроскопией. Установлено, что аминокислотные остатки, образующие активный центр фицина, участвуют в образовании водородных связей и гидрофобных взаимодействиях с графт-сополимером, что приводит к повышению протеолитической активности конъюгированного фермента.

Данные полногеномного секвенирования позволяют не только получать информацию о генетических вариантах, но также оценивать общую стабильность генома. Сигнал покрытия секвенирования, понимаемый как количество выравненных фрагментов в данной точке генома может быть использован в качестве ценного источника данных как о местонахождении структурных перестроек, об общем состоянии генома и о точности предсказания структурного варианта вычислительным алгоритмом. Последнее особенно важно, т.к. методы поиска перестроек в геноме часто дают очень противоречивую информацию о их нахождении. Однако до недавнего времени валидация предсказанных вариантов была затруднена, во многом из-за отсутствия информационных ресурсов, позволяющих напрямую работать с сигналами покрытия и визуализировать их с высокой степенью детализации. В работе представлен SCOPE (Sequence COverage ProfilEs) - прототип ресурса такого рода, включающий в себя базу данных, веб-интерфейс и набор программ для обработки данных секвенирования, извлечения и хранения профилей сигнала покрытия. Вычислительная платформа и интерфейс реализованы в программном коде открытого доступа и могут быть развернуты на локальном узле, что дает возможность пользователям проводить обработку и анализ собственных данных.

Малоугловое рассеяние позволяет решать задачи структурной биологии без проведения специальной пробоподготовки, характерной для таких методов, как рентгеновская дифракция на белковых кристаллах или криоэлектронная микроскопия белков. В обзоре приведены примеры использования малоуглового рассеяния для решения биологических задач. Предложено внедрение в практику использования малоуглового рассеяния как способа контроля качества сборки белков и белковых комплексов, а также тестирования идентичности структурной организации биологических объектов в нативном состоянии в подготовленных пробах перед измерениями методами рентгеновской дифракции или криоэлектронной микроскопии. Показаны возможности спектрометра малоуглового нейтронного рассеяния ЮМО на импульсном реакторе ИБР-2 (Лаборатория нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований, Дубна, Россия) для решения широкого спектра задач, в том числе в биофизике, структурной биологии и биотехнологии. Рассмотрены основные результаты исследований разнообразных биологических систем с использованием малоуглового рассеяния нейтронов на установке ЮМО. Показаны возможности развития методов структурной биологии с помощью малоуглового рассеяния, в том числе белковой кристаллизации.

Предложен способ определения динамических свойств проводимости потенциал-зависимых ионных каналов с несколькими последовательно расположенными энергетическими барьерами, названными воротными частицами, с помощью теории марковских случайных процессов с непрерывным временем и дискретным множеством состояний. Число состояний принималось равным числу энергетических барьеров в канале плюс одно. Если принять гипотезу, что случайные потоки переключающие воротные частицы между открытым и закрытым состояниями являются пуассоновскими, то математическое описание состояния системы одноименных каналов будет иметь вид системы линейных дифференциальных уравнений Колмогорова для вероятностей состояний. С помощью этой модели и результатов испытаний по протоколу «Volt-Clamp», представленных в открытой печати, можно получить зависимость фиксированных значений мембранного потенциала от интенсивностей пуассоновских потоков для многих типов калиевых каналов. Параметры входящих в уравнение Колмогорова функций, описывающих интенсивность перехода ионов сквозь канал, восстанавливаются с помощью обобщенного метода наименьших квадратов. Приводятся примеры определения интенсивностей переходов для двух видов потенциал-зависимых калиевых каналов - «задержанного выпрямления» (IKdr, две идентичные активационные воротные частицы) и канала с быстрыми процессами активации и инактивации (IKa, три идентичные активационные и одна инактивационная воротные частицы). Показано, что активация и деактивация канала описывается решением общего уравнения Колмогорова.

Исследовано изменение содержания нейротрофических факторов и белкового состава мембран соматических нервов крысы при повреждении и выживании нервов на фоне действия клобетазола. Показано, что внутримышечное введение препарата по сравнению с его использованием в составе гидрогелевых систем, полученных из микробных полисахаридов, оказывает более выраженное действие на увеличение уровня нейротрофических факторов роста и структурных белков, ответственных за восстановительные процессы, а также стабилизирует содержание общей белковой фракции поврежденных соматических нервов. Меньшая деградация белков травмированного нервного проводника при внутримышечном введении клобетазола вероятно обусловлена большей доступностью препарата при инъекции, чем при его медленном высвобождении из гидрогелевого композита. Кроме этого, увеличение количества ДНК и отдельных белковых фракций указывает на способность клобетазола участвовать в активации генов, связанных с ремиелинизацией. Мы полагаем, что клобетазол активирует синтез нейротрофических факторов роста, запуская тем самым фосфатидилинозитол-3-киназный и митогенактивируемый протеинкиназный сигнальные пути, осуществляющие регуляцию процессов перестройки цитоскелета и аксонального роста, а также активацию синтеза структурных и аксональных белков, необходимых для восстановления функциональной активности травмированных нервных проводников.

Ранее нами было обнаружено, что функционирование глутаматергических ионотропных механизмов АМПА (а-амино-3-гидрокси-5-метилизоксазол-4-пропионовой кислоты) и НМДА (N-метил-D-аспартата) нарушались после длительного криосохранения срезов головного мозга крыс при - 10°С в течение 30-50 сут. Для выяснения причин криоповреждения АМПА- и НМДА-зависимых механизмов мы исследовали криосохранение срезов обонятельной коры мозга крыс в растворах, состоящих из искусственной цереброспинальной жидкости и агара в различных концентрациях (33, 44 и 50%). После криосохранения срезы отогревались до 37°С и в них были проанализированы изменения амплитуд АМПА- и НМДА-потенциалов, которые отражают активности АМПА- и НМДА-механизмов, по сравнению с значениями до криосохранения. Обнаружено, что АМПА- и НМДА-потенциалы изменялись различно в зависимости от концентрации агара в искусственной цереброспинальной жидкости. В растворах, содержащих 33% агара, амплитуда АМПА-потенциалов увеличивалась на 60%, напротив, амплитуда НМДА-потенциалов была равна значениям до криосохранения. При концентрации агара 44% в растворе наблюдалось увеличение амплитуд АМПА и НМДА на 70 и 80% соответственно. Полное восстановление активностей АМПА- и НМДА-механизмов удалось получить после криосохранения в замораживающем растворе с концентрацией агара 50%. При этих условиях апмлитуды АМПА- и НМДА-потенциалов соответствовали их значениям до криосохранения. Таким образом, полученные результаты показывают, что агар, добавленный в раствор искусственной цереброспинальной жидкости, является криопротектором, защищающий АМПА- и НМДА-зависимые механизмы от криоповреждений. Разработанный нами замораживающий раствор (искусственная цереброспинальная жидкость и агар) для криосохранения эксплантантов мозга негибернирующих животных будет использован для создания криобанка нервной ткани.

Альгинаты с различными модифицирующими добавками (прежде всего хитозаном) и разными способами физической обработки используют для создания инновационных прототипов раневого покрытия. Целью настоящего исследования было создание и исследование свойств прототипа альгинатно-тканевого раневого покрытия, содержащего наночастицы серебра с десятикратной циклической заморозкой, с оценкой его влияния на течение гнойного раневого процесса у крыс. Проведенное исследование показало, что разработанная технология десятикратной циклической заморозки позволяет достоверно увеличить количество наночастиц серебра в составе альгинатнотканевого раневого покрытия, прежде всего за счет наночастиц диаметром не более 15 нм, которые характеризуются наибольшей антибактериальной активностью. Применение разработанного раневого покрытия с наночастицами серебра уменьшает метаболические нарушения в работе системы неспецифической защиты на местном уровне, что характеризуется на третьи и пятые сутки раневого процесса менее выраженными показателями свободнорадикального окисления, меньшей напряженностью в сопряженной работе ферментов локальной антиокислительной защиты (каталазы и супероксиддисмутазы) по сравнению с применением препарата c наночастицами серебра, но не содержащего альгината, или использованием метода ежедневных санаций раны, не включающих применения ни альгината, ни наночастиц.

Разработана и испытана интеллектуальная оптическая система медицинской экспресс-диагностики. Продемонстрирован способ визуализации кислородного статуса биологических тканей в виде «цифровых образов», описывающих общее функциональное состояние организма человека. Показана возможность применения метода главных компонент и иерархической кластеризации вкупе с оптическими методами детектирования форм гемоглобина в биологических тканях для неинвазивного контроля и экспресс-диагностики кислородного статуса организма человека. Результаты исследования говорят о возможности дифференциации испытуемых на группы риска по показаниям оптических измерений. В отличие от пульсоксиметрии, применение которой распространено для определения уровня оксигенации крови, представленный метод способен оценить периферический кислородный статус, благодаря этому можно вовремя заметить тромбозы и ишемии конечностей.

Рассматривается теоретическая модель механических закономерностей образования деформации мембраны при проникновении коронавируса в клетку. Упругие и гибкие шипы коронавируса, имеющие белковую структуру, прикрепляются к рецепторам оболочки клетки - мишени АСЕ2. С помощью фермента TMPRSS2 запускается механизм слияния вирусной и клеточной мембран с образованием поры слияния, через которую происходит раскрытие капсида оболочки коронавируса и проникновение вирусной РНК внутрь клетки. На основе закономерностей механики контактного взаимодействия и теории упругости определяется критическая величина радиуса клетки, при которой произойдет образование поры слияния и локальное повреждение оболочки клетки. Проведенные расчеты показывают, что чем меньше размер клетки, тем меньше вероятность механического повреждения клетки при воздействии коронавируса. Одним из способов уменьшения размеров клеток является уменьшение количества внутриклеточной жидкости за счет применения лекарственных средств - диуретиков. Величина критического радиуса клетки обратно пропорциональна величине силы прижима в момент прикрепления коронавируса к клеточной мембране. Необходимы дальнейшие исследования зависимости силы прижима от геометрической формы и размеров шиповидного отростка для различных штаммов коронавируса. Если возникший новый штамм будет действовать на клеточную мембрану с меньшей силой прижима, тяжесть заболевания снизится. Требуется проверка выводов теоретического исследования экспериментальными методами.