Том 68, № 5 (2023)
Статьи
In silico исследование сольватационных эффектов в растворах биомолекул: возможности подхода, основанного на 3d-распределении атомной плотности растворителя
Аннотация
Биомолекулярная сольватация играет одну из ключевых ролей в живой природе. От особенностей протекания данного процесса зависит биологическая активность молекул и выполнение ими своих целевых функций. Однако исследование гидратации биомолекул является нетривиальной задачей как для экспериментальных методов, так и для компьютерного моделирования. В работе демонстрируются возможности неэмпирического подхода 3D-SDFT/3D-RISM, основанного на 3D-распределении атомной плотности растворителя, для исследования особенностей гидратации биомолекул на примере ряда аминокислот - Gly-ZW, L-Ala-ZW, L-Val-ZW, L-Pro-ZW, двух модельных белков - BPTI (ингибитора трипсина бычьей поджелудочной железы) и PTP1B (белковой тирозинфосфатазы 1B), а также комплексов белка PTP1B с ингибиторами. Представленные результаты показывают, что подход позволяет в деталях и одновременно целостно описывать структуру гидратной оболочки биомолекул.
Биофизика. 2023;68(5):837-849
837-849
Оценка эффективности интеркомбинационной конверсии в триплетное состояние фуллеренав комплексах с аминокислотами
Аннотация
Важным фотофизическим процессом, определяющим эффективность фотосенсибилизаторов, является насыщение триплетного состояния посредством интеркомбинационной конверсии при поглощении света. В настоящей работе мы рассмотрели перспективные в качестве фотосенсибилизаторов комплексы фуллерена С60 с аминокислотами глицином, лизином, метионином и треонином. Расчеты демонстрируют высокие значения констант скоростей перехода в триплетные состояния и высокую вероятность способности генерировать активные формы кислорода при возбуждении в видимом диапазоне. При этом карбоксильные группы аминокислот, не участвующие в электронном возбуждении, могут быть использованы для конъюгации фотоактивных комплексов со средствами доставки к опухолям, такими как специфичные ДНК-аптамеры.
Биофизика. 2023;68(5):850-855
850-855
Состав и митогенная активность полисахарида из Solanum tuberosum L.
Аннотация
Полисахарид STP был выделен из водного экстракта Solanum tuberosum L. и очищен с помощью ионообменной хроматографии и гель-фильтрации. Его молекулярную массу определяли с помощью гельпроникающей хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии, а его моносахаридный состав анализировали методами высокоэффективной жидкостной хроматографии и газовой хроматографии с использованием пламенно-ионизационного детектора и капиллярной колонки. Было показано, что полисахарид STP состоял из галактозы и арабинозы в количествах 37.5% и 23.5% соответственно, а также уроновых кислот (9.7%), остатков моносахарида глюкозы (15%) и белков (не менее 9%). Молекулярная масса STP составляла 70 кДа. Для структурного анализа STP использовали метод ИК-Фурье-спектроскопии. Митогенная активность экстрагированного полисахарида сравнима с активностью липополисахарида.
Биофизика. 2023;68(5):856-862
856-862
Действие электрохимически активированного водного раствора на растительные полисахариды: феноменология и спектрометрия
Аннотация
С использованием UV-Vis спектрометрии, времяпролетной масс-спектрометрии вторичных ионов и сканирующей электронной микроскопии изучено изменение свойств полисахаридов в электрохимически активированном водном растворе. Показано, что исследуемые растворы полисахаридов растительного происхождения (агар, растворимый крахмал, пищевой крахмал) подвержены модификации, направленность которой обусловлена используемой фракцией электрохимически активированного раствора (католит или анолит). Выявленные особенности могут быть востребованы при разработке новых способов управления свойствами биологического сырья в технологии производства пищевых продуктов. Отмечено, что технология электрохимически активированного водного раствора, которую относят к разряду «зеленых», может быть воспроизведена в промышленных масштабах.
Биофизика. 2023;68(5):863-870
863-870
Конформационные особенности бета-амилоидного пептида 25-35
Аннотация
При болезни Альцгеймера в механизме нейродегенерации важную роль играет бета-амилоидный пептид (Ав). Отдельный фрагмент бета-амилоидного пептида Ав(25-35) (с последовательностью GSNKGAIIGLM) считается функциональным доменом амилоидного пептида Ae, ответственным за его нейротоксические свойства и биологически активной областью Ав. Конформационный анализ методом молекулярной механики каждого пептидного сегмента С-концевой части пептида выявил ограниченное число наиболее вероятных конформаций и достаточно четко определил силы, стабилизирующие структуры. Полученные результаты показали, что пептид Ав(25-35) энергетически предпочтительно принимает a-спиральную конформацию на С-концевом октапептидном сегменте. Для моделирования картины внутримолекулярной подвижности молекулы пептида Ав(25-35) был применен метод молекулярной динамики. Показано, что в низкоэнергетических конформациях пептида Ав(25-35) гибкие структуры в его N-концевой области по-разному ориентированы по отношению к структурам в C-концевой части.
Биофизика. 2023;68(5):871-877
871-877
Исследование с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния конформации флавинадениндинуклеотида -кофермента оксидазы d-аминокислот
Аннотация
С помощью серебряных наночастиц зарегистрированы и проанализированы спектры гигантского комбинационного рассеяния оксидазы D-аминокислот из почки свиньи, а также выявлены характерные спектральные параметры изменения конформации кофактора флавинадениндинуклеотида при активации фермента D-аминокислотами. Установлено, что от субстратной специфичности фермента зависит время, в течение которого регистрируются изменения конформации флавинадениндинуклеотида: в присутствии D-аланина на это требуется несколько секунд, а в присутствии D-серина - минуты.
Биофизика. 2023;68(5):878-884
878-884
Анализ вторичной структуры линкерных белков хроматина HMGB1, H1 и их комплексов
Аннотация
Негистоновый хромосомный белок HMGB1 и гистон H1 представляют собой линкерные белки хроматина. Функции линкерных белков тесно связаны с их конформационным состоянием. В настоящее время активно изучается строение белков, играющих ключевую роль в формировании высших уровней структурной организации хроматина. В данной работе проведен сравнительный анализ вторичной структуры линкерного гистона H1 и негистонового белка HMGB1. Методами кругового дихроизма в УФ-области и ИК-Фурье-спектроскопии показано, что положительно заряженный гистон H1 связывается с С-концевым фрагментом HMGB1, стабилизируя образующийся комплекс и индуцируя формирование дополнительных а-спиральных участков в обоих белках.
Биофизика. 2023;68(5):885-891
885-891
Особенности взаимодействия эндоинулиназы из Aspergillus ficuum с моно-, ди- и полисахаридами
Аннотация
Целью работы был анализ особенностей пространственной организации молекулы эндоинулиназы из Aspergillus ficuum после связывания с моно-, ди- и полисахаридами. Изучены изменения объема и количества внутренних полостей при связывании инулиназы с моно- (глюкоза, фруктоза), ди- (сахароза, манноза) и полисахаридами (инулин), описаны преобразования в количестве и длине туннелей и пор, проанализирована реорганизация состава и локализации скоплений заряженных и гидрофобных аминокислотных остатков на поверхности молекулы фермента. Показано, что в моделях инулиназы в комплексе с сахарозой (вторым субстратом) и маннозой (активатором) наблюдаются одинаковые типы внутренних структур. Аналогичная закономерность выявлена и при образовании комплексов с продуктом реакции - фруктозой и ингибитором - глюкозой. Кроме того, установлено, что состав как заряженных, так и гидрофобных скоплений не претерпевает значительных изменений после связывания инулиназы с моно-, ди- и полисахаридами, т.е. взаимодействие с рядом названных углеводов отражается преимущественно на внутренних структурах фермента. Изученные особенности связывания инулиназ с различными лигандами необходимо учитывать при разработке на их основе современных промышленных биокатализаторов.
Биофизика. 2023;68(5):892-899
892-899
Механизм действия низкочастотного электромагнитного поля на водные растворы биополимеров
Аннотация
Предложен механизм преобразования сигнала магнитной составляющей низкочастотного электромагнитного поля, имеющего крайне низкую энергию, в химический и биохимический отклик в водных растворах биополимеров на основе нуклеиновых кислот и белков. Из разработанной теоретической модели следует, что в основе окислительных повреждений ДНК и конформационных переходов белков лежит универсальный механизм, связанный с изменением количества наиболее долгоживущей формы - перекиси водорода в химическом осцилляторе взаимопревращений активных форм кислорода под действием низкоинтенсивного электромагнитного поля. Экспериментально определено, что количественное содержание перекиси водорода в растворах биополимеров резонансоподобно зависит от частоты воздействующего поля. Конформационные изменения белков сопровождаются увеличением доступности и активности нуклеофильных центров, являющихся потенциальными мишенями для активных форм кислорода. Полное разворачивание и денатурация аминокислотной цепи белка под действием низкочастотного электромагнитного поля не происходит. Показано, что повышенное образование перекиси водорода при частотах 3 и 50 Гц приводит к окислительной модификации азотистых оснований ДНК.
Биофизика. 2023;68(5):900-910
900-910
Уточнение позиций нуклеосом внутри отдельных генов с использованием методов молекулярногомоделирования и данных mnase-секвенирования
Аннотация
Организация хроматина играет важную роль в регуляции работы генетического аппарата клетки. Основной единицей упаковки хроматина является нуклеосома, хранящая на себе ДНК длиной около 145 пар нуклеотидов. Упаковка генетического материала и его доступность для ферментов транскрипции и других регуляторных хроматиновых белков зависят от позиции нуклеосом. Для исследования позиций нуклеосом в геноме применяют MNase-секвенирование. Данные MNase-секвенирования позволяют детектировать факт наличия нуклеосом на последовательности, однако их точное позиционирование сложно установить по этим данным. Для уточнения положений нуклеосом необходимо дополнительно фильтровать и обрабатывать данные. В данной работе предлагается комбинированный метод отбора возможных позиций нуклеосом по данным MNase-секвенирования, основанный на геометрическом анализе молекулярных моделей нуклеосомных цепочек. Разработанный алгоритм позволяет эффективно отсеивать недоступные комбинации нуклеосомных цепочек и конформационно запрещенные позиции нуклеосом.
Биофизика. 2023;68(5):911-919
911-919
Поиск аномалий сигнала покрытия секвенирования, ассоциированных со структурными вариациями генома
Аннотация
Структурные вариации генома являются одним из основных источников генетического разнообразия. Как мутагены структурные варианты могут оказывать значительное влияние на здоровье человека, являясь причинами наследственных и онкологических заболеваний. Существующие методы поиска структурных вариантов основываются на анализе данных высокопроизводительного секвенирования, и, несмотря на значительный прогресс в их развитии, не позволяют определять структурные вариации с точностью, достаточной для применения в диагностике. Новые возможности для разработки методов поиска структурных вариаций представляет анализ сигнала покрытия секвенирования (т.е. количества фрагментов секвенирования, выравненных в каждой точке генома), который может рассматриваться как временной ряд. В работе представлен метод для поиска повторяющихся паттернов в сигнале покрытия, разработанный с использованием алгоритмов, применяемых для анализа временных рядов, а именно: KNN- (K-nearest neighbour) и SAX-преобразования (Symbolic Aggregation Approximation) сигнала. С использованием данных проекта Human Genome Diversity Project, включающих полногеномное секвенирование 911 человек разного этнического происхождения, нами были построены обобщающие паттерны сигнала покрытия в окрестностях точек разрыва, соответствующих структурным вариациям. В дополнение был разработан программный пакет для быстрого поиска аномалий в сигнале покрытия с применением полученных паттернов.
Биофизика. 2023;68(5):920-925
920-925
Особенности адаптационных изменений лейкоцитов и тромбоцитов якутских сусликовв предгибернационный осенний период
Аннотация
Ранее было показано, что ряд физиологических и биохимических изменений у якутских длиннохвостых сусликов происходит уже в осенний (предгибернационный) период: в головном мозге, сердце, скелетных мышцах и др. В данной работе проанализирован состав клеток периферической крови осенью и впервые обнаружено увеличение общего числа лейкоцитов, в частности, гранулоцитов и уменьшение количества лимфоцитов у якутских сусликов по сравнению с летом; выявлен сдвиг лейкограммы с лимфоцитарной фракции в сторону гранулоцитарной. Показан значительный рост тромбоцитов и тромбокрита с сохранением процентного соотношения зрелых и молодых форм клеток. К сожалению, литературных данных о клеточном составе крови в осенний период подготовки гибернаторов к зимней спячке чрезвычайно мало. Между тем, полученные нами результаты указывают на наличие крайне важных адаптационных изменений лейкоцитов и тромбоцитов у сусликов в этот период. В статье обсуждены возможные причины этих изменений.
Биофизика. 2023;68(5):926-931
926-931
Исследование радиочувствительности и индукции адаптивного ответа в лимфоцитах периферической крови пациентов с синдромом вторичного иммунодефицита
Аннотация
Исследованы радиочувствительность к низким и высоким дозам рентгеновского излучения и способность к индукции радиационного адаптивного ответа лимфоцитов при облучении in vitro периферической крови пациентов с синдромом вторичного иммунного дефицита и здоровых доноров разного возраста. Критерием цитогенетического повреждения служила частота микроядер в цитохалазин-блокированных двуядерных лимфоцитах в культуре. Было обнаружено, что спонтанный уровень цитогенетических повреждений в лимфоцитах пациентов с синдромом вторичного иммунного дефицита в 2.5 раза выше, чем у здоровых молодых и возрастных волонтеров, а также наблюдалась значительная межиндивидуальная вариабельность значений по сравнению с контрольными когортами. Не было выявлено различий в средних значениях по радиочувствительности к низким и высоким дозам рентгеновского излучения между исследуемыми группами. Показано отсутствие корреляции между спонтанным уровнем микроядер в лимфоцитах и радиочувствительностью индивидуумов во всех группах. Радиационный адаптивный ответ индуцировался с той же частотой и в той же степени в лимфоцитах как у пациентов с синдромом вторичного иммунного дефицита, так и у здоровых доноров разного возраста.
Биофизика. 2023;68(5):932-940
932-940
Влияние таксифолина, конъюгата таксифолина с глиоксалевой кислотой и нарингенинана функциональную активность нейтрофилов
Аннотация
Целью работы являлось изучение влияния таксифолина, конъюгата таксифолина с глиоксалевой кислотой и нарингенина на фагоцитоз латексных частиц нейтрофилами и адгезивные свойства данных клеток. Было показано, что таксифолин не влияет на фагоцитарную активность и адгезивные свойства нейтрофилов. Конъюгат таксифолина с глиоксалевой кислотой значительно ингибирует фагоцитарную активность нейтрофилов. В то же время, конъюгат значительно усиливает адгезию данных клеток. Нарингенин снижает фагоцитарную активность нейтрофилов, однако, в меньшей степени, чем конъюгат. Нарингенин также ингибирует адгезию нейтрофилов. Полученные данные свидетельствуют о том, что полифенолы могут влиять на функциональную активность нейтрофилов, что может играть важную роль в модуляции воспалительного процесса, в частности когда пролонгированная активация нейтрофилов приводит к повреждению клеток и тканей собственного организма.
Биофизика. 2023;68(5):941-948
941-948
Влияние дисульфидсодержащего иммуномодулятора моликсана на транспорт Na+ в эпителии кожи лягушки
Аннотация
Рассматривается влияние фармакологического аналога окисленного глутатиона - дисульфидсодержащего иммуномодулятора моликсана на транспорт Na+ в эпителии кожи лягушки. С использованием метода фиксации потенциала впервые показано, что моликсан модулирует транспорт Na+ в эпителии кожи лягушки. Обнаружено, что приложение моликсана со стороны апикальной поверхности кожи подавляет транспорт Na+, тогда как при добавлении со стороны базолатеральной поверхности моликсан имитирует действие инсулина и стимулирует транспорт Na+. Результаты свидетельствуют о том, что окисленный глутатион и его фармакологические аналоги моликсан и глутоксим однонаправленно модулируют транспорт Na+ в коже лягушки.
Биофизика. 2023;68(5):949-953
949-953
Клеточный ответ на воздействие ионизирующего излучения и света в присутствии фотосенсибилизатора
Аннотация
Исследовано совместное использование рентгеновского облучения и фотодинамической терапии на модели клеток аденокарциномы легкого человека А549. Установлено, что синхронное воздействие двух видов облучения способствует более сильному снижению уровня выживаемости опухолевых клеток, чем их последовательное применение или каждый вид облучения по отдельности. Для различных комбинаций двух указанных видов облучения в клетках определены уровни РНК и экспрессии ряда генов, вовлеченных в контроль клеточного цикла (р21, DINOL), апоптоз (BAX, PUMA) и репарацию ДНК (PARP1, OGG1, Rad51, Lig4). Наибольший уровень экспрессии при всех воздействиях наблюдался для гена длинной некодирующей РНК DINOL. Обнаруженное повышение экспрессии генов BAX и PUMA свидетельствует о развитии апоптоза. Полученные результаты подтверждают синергизм лучевой и фотодинамической терапии при их синхронном применении.
Биофизика. 2023;68(5):954-963
954-963
Параметры клеточного цикла и активность орнитиндекарбоксилазы в красном костном мозге гибернирующих сусликов Urocitellus undulatus
Аннотация
В сезон гибернации у межбаутных активных сусликов Urocitellus undulatus параметры клеточного цикла клеток красного костного мозга не отличаются от летних значений. У животных в состоянии оцепенения по сравнению с состоянием межбаутной активности суммарная доля покоящихся (G0) и находящихся в пресинтетической (G1) фазе клеток увеличена с 71.8 до 76.0%, доля клеток в синтетической (S) фазе снижена с 19.3 до 15.3%. Суммарная доля клеток в постсинтетической (G2) фазе и в митозе (М) не меняется, но растет соотношение (G2+M)/S. При входе в состояние оцепенения изменения параметров наблюдаются при снижении температуры тела ниже 25°С, их зависимость от температуры немонотонна. Активность ключевого фермента синтеза полиаминов орнитиндекарбоксилазы, маркера активации и пролиферации клеток, у межбаутных активных и летних животных достоверно не отличается, во время входа в состояние оцепенения при температуре тела ниже 25°С резко снижается, и остается на низком уровне в течение баута спячки и при пробуждении до достижения температуры тела 30°С. Обсуждается роль изменений параметров, связанных с пролиферативной активностью, в адаптации кроветворной ткани при гибернации якутского суслика.
Биофизика. 2023;68(5):964-972
964-972
Совместное действие мелатонина и диэтилдитиокарбамата на клетки нейробластомы мыши N1E-115 (клон C-1300)
Аннотация
Изучено действие диэтилдитиокарбамата натрия, мелатонина и их совместного применения на пролиферативную активность, изменение цитозольного Са2+, мембранного потенциала и продукции активных форм кислорода в культуре клеток нейробластомы мыши N1E-115 (клон С-1300). Было показано, что диэтилдитиокарбамат натрия и мелатонин ингибируют пролиферацию и усиливают дифференцировку клеток. При этом содержание анти-апоптотического белка Bcl-2 снижается, тогда как содержание про-апоптотического белка Bax повышается, что может предполагать запуск апоптотического каскада. Однако применение этих двух препаратов совместно не усиливало наблюдаемые эффекты. Видимо, механизмы, благодаря которым диэтилдитиокарбаматы и мелатонин действуют на клетки, различны.
Биофизика. 2023;68(5):973-981
973-981
Сравнительная цитотоксическая активность лютеина и цисплатина в сочетании с липосомами по отношению к клеткам опухоли молочной железы, прошедшим воздействие радиотерапии
Аннотация
Охарактеризованы взаимодействия противоопухолевого вещества цисплатина и антиоксидантного вещества лютеина с липосомами, выбранными в качестве модельных мембран. Морфология всех липосом была практически сферической, при этом в отсутствие этих веществ липосомы были более равномерно распределены и менее склонны к агрегации. Средний размер ненагруженных липосомных образцов составлял 617.90 ± 75.64 нм, в то время как после включения цисплатина, лютеина и их комбинации он составлял 425.60 ± 64.74 нм, 877.85 ± 93.90 нм и 189.91 ± 136.84 нм, соответственно. Включение цисплатина или лютеина в липосомные мембраны приводило к увеличению значений дзета-потенциала. В присутствии цисплатина в комбинации с лютеином дзета-потенциал достигал наименьших значений. Включение цисплатина в липосомы приводило к сдвигу в сторону более высокой температуры плавления по сравнению с основным пиком ненагруженных липосом, что указывает на конформационное нарушение структуры фосфолипидов. Добавление лютеина приводило к исчезновению основного характерного для чистых липосом эндотермического пика. Исследование методом ИК-Фурье-спектроскопии подтвердило взаимодействие лютеина и цисплатина с функциональными группами липосом. В отсутствии внешнего гамма-облучения значение IC50 для свободного лютеина в тесте цитотоксичности с клетками MCF-7 составило 10.62 мкг/мл, в то время как для свободного цисплатина оно составило 41,02 мкг/мл. Для нанолипосомного лютеина и цисплатина значение IC50 составило 65.84 мкг/мл и 34.29 мкг/мл соответственно. При использовании комбинированной терапии с дозой гамма-излучения 5 Гр и затем 10 Гр, IC50 свободного лютеина снизилась с 17.0 до 9.5 мкг/мл. Для свободного цисплатина IC50 изменилась с 51.00 до 43.09 мкг/мл. Эта работа показала, что цитотоксический эффект стандартной формы лютеина сильнее, чем нанолипосомального лютеина. Согласно обнаруженным фактам можно предложить новый протокол терапии, в котором цисплатин следует заменить свободным лютеином для увеличения эффективности терапии против опухолевых клеток линии MCF-7.
Биофизика. 2023;68(5):982-998
982-998
Низкоактивные формы целлюлозолитических микроорганизмов в археологических контекстах
Аннотация
Представлены результаты исследования низкоактивных форм целлюлозолитических микроорганизмов в почвах археологических памятников. Объектами исследования послужили грунты со следами древесных конструкций в погребениях вятичей (XII в.). К настоящему времени следы древесины не проявляются на макроуровне. Полученные данные сопоставлены с результатами лабораторного эксперимента по определению скоростей разложения целлюлозы в грунтах из различных археологических контекстов. Целлюлозолитическую активность определяли аппликационным методом. Показано, что целлюлазная активность почвогрунтов со следами погребальных деревянных конструкций составляет 20% от уровня современных почв. Это позволяет предполагать пробуждение либо наличие живых низкоактивных микроорганизмов, сохранившихся в почве на протяжении 800 лет.
Биофизика. 2023;68(5):999-1007
999-1007
Глубокая гипотермия инвертирует инотропный эффект изопротеренола в миокарде крысы
Аннотация
Проведено исследование эффектов агониста в-адренорецепторов изопротеренола на сократительную активность папиллярной мышцы правого желудочка сердца крысы как при температуре близкой к физиологической (30°С), так и в условиях глубокой гипотермии (10°С). При 30°С изопротеренол оказывает выраженный положительный инотропный эффект, сила сокращения увеличивается c 1.2 ± 0.1 мН в контроле до 2.4 ± 0.4 мН после добавления агониста, при этом происходит достоверное ускорение временных параметров сокращения, так, время достижения максимума сокращения уменьшалось с 101 ± 6 мс до 85 ± 4 мс; время расслабления до 50% - с 55 ± 3 мс до 36 ± 1 мс. В условиях гипотермии изопротеренол вызывал мощный отрицательный инотропный эффект, снижая силу сокращения с 2.2 ± 0.4 мН до 1.2 ± 0.4 мН. Как и при 30°С, сохранялась тенденция ускорения сокращения: время достижения максимума сокращения уменьшалось с 717 ± 52 мс до 624 ± 50 мс, а время расслабления до 50% - с 667 ± 86 мс до 450 ± 40 мс. Таким образом, в условиях глубокой гипотермии при 10°С направленность инотропного ответа на изопротеренол меняется с положительного на отрицательный, в то время как лузитропный эффект сохраняет негативный характер.
Биофизика. 2023;68(5):1008-1013
1008-1013
Роль оксида азота и ионов кальция в эффектах сероводорода на сократительную активность тощей кишки крысы
Аннотация
Исследована роль оксида азота, внутри- и внеклеточного кальция в эффектах сероводорода на спонтанные и вызванные карбахолином сокращения препарата тощей кишки крысы в условиях изометрического сокращения. Донор H2S - гидросульфид натрия - приводил к снижению тонуса препарата, амплитуды и частоты спонтанных сокращений, а также параметров сокращений, вызванных неспецифическим агонистом рецепторов ацетилхолина карбахолином. В условиях ингибирования эндогенного синтеза NO с помощью L-NAME эффект донора H2S сохранялся, тогда как на фоне действия SNAP, донора NO, эффекты NaHS на амплитуду спонтанных и вызванных карбахолином сокращений были выражены в меньшей степени. Снижение тонуса препарата при действии NaHS предотвращалось дантроленом, блокатором рианодиновых рецепторов. Бескальциевый раствор снижал ингибиторное влияние NaHS на сокращения, вызванные аппликацией карбахолина. Сделано предположение о том, что угнетающее влияние H2S связано с динамикой внутриклеточной концентрации ионов кальция, а взаимодействие NO и H2S реализуется на уровне общих мишеней действия двух газов.
Биофизика. 2023;68(5):1014-1021
1014-1021
Минимальная модель зависимости напряжений в стенке церебрального сосуда от параметров гладкомышечной клетки
Аннотация
Описана минимальная математическая модель стенки малого артериального сосуда, построенная на основе опубликованных результатов экспериментов на церебральных сосудах крыс. Полагается, что активная составляющая напряжений имеет только окружную компоненту и зависит от окружного растяжения, концентрации кальция в цитоплазме и мембранного потенциала гладкомышечных клеток. Представленная модель стенки малой артерии качественно воспроизводит и результаты более сложных моделей других сосудов в условиях физиологической нормы. В отличие от аналогичной модели, учитывающей лишь один клеточный параметр, введение мембранного потенциала в число аргументов позволило выявить качественное изменение зависимости окружного напряжения от растяжения и радиальной координаты с изменением сосудистого тонуса. При фиксированных значениях мембранного потенциала и концентрации кальция в фазе развития сосудистого тонуса напряжение убывает по мере приближения к наружной стенке сосуда и увеличивается с ростом растяжения, а после того, как он сформируется, направленность изменений окружного напряжения меняется на противоположную.
Биофизика. 2023;68(5):1022-1030
1022-1030
Протеостаз белка теплового шока HSP90 в скелетных мышцах длиннохвостого суслика в период гибернации
Аннотация
Исследованы изменения содержания белка теплового шока 90 (HSP90) в m. soleus (содержит преимущественно волокна, экспрессирующие «медленную» изоформу I ТЦМ) и m. gastrocnemius (содержит преимущественно волокна, экспрессирующие «быстрые» изоформы II ТЦМ) истинного гибернанта длиннохвостого суслика (Urocitellus undulatus) в разные периоды годового цикла - летней активности (сезонный контроль), гипотермии/спячки, зимней (межбаутной) активности. Обнаружено, что несмотря на развитие атрофических изменений, более выраженных в «быстрой» m. gastrocnemius, содержание HSP90 в обеих мышцах не изменялось на протяжении всего периода гибернации. Обсуждается роль HSP90 в поддержании стабильности молекул гигантского саркомерного белка титина в периоды входа животного в состояние гипотермии и выхода из этого состояния, когда увеличивается активность кальпаиновых протеаз вследствие повышенного содержания Са2+ в цитозоле мышечных клеток, а также в период гипотермии, когда активность кальпаинов, по всей вероятности, не ингибируется полностью. В период зимней/межбаутной активности, когда наблюдается повышенный оборот титина в поперечно-полосатых мышцах суслика, константное содержание HSP90, по-видимому, необходимо для правильного фолдинга заново синтезированных молекул титина и их встраивания в саркомеры, а также для удаления неправильно свернутых и отслуживших молекул/фрагментов титина и других белков. Таким образом, протеостаз HSP90 в скелетных мышцах длиннохвостого суслика может вносить вклад в поддержание стабильного уровня титина и, возможно, других саркомерных белков в период гибернации, что, в свою очередь, будет способствовать поддержанию высокоупорядоченной саркомерной структуры и необходимого уровня сократительной активности мышц в разные фазы цикла «спячка-бодрствование».
Биофизика. 2023;68(5):1031-1037
1031-1037
Моделирование критической частоты слияния мельканий в зрительной системе человека
Аннотация
Временная разрешающая способность зрительной системы имеет важное значение для восприятия объективного мира. Наименьшая частота дискретизации последовательности изображений, при которой восприятие становится слитным, называется критической частотой слияния мельканий. Многообразие экспериментальных данных о порогах критической частоты может найти объяснение с позиций предложенной модели контрастной чувствительности зрительной системы, основанной на треморном модуляционном сигнале. Модель описывает зависимость критической частоты слияния мельканий от яркости стимула, яркости адаптации, длительности и углового размера стимула. Модель демонстрирует, что для ярких стимулов с малой длительностью и большим угловым размером значения критической частоты лежат в диапазоне до 1000 Гц; оптимальной для зрительной системы следует считать кадровую частоту 300-500 Гц; для малоразмерных угловых стимулов критическая частота лежит в области низких частот. Различия в скорости слияния мерцаний могут быть объяснены временной чувствительностью нейронов магно-и парвоцеллюлярной зрительных подсистем.
Биофизика. 2023;68(5):1038-1045
1038-1045
Сложная система мозга мыши - селекция на успешность решения когнитивного теста
Аннотация
Представлены экспериментальные данные по положительным результатам селекционного эксперимента у мышей. Отбор вели на успешное решение когнитивного теста (требующего от животного оперирования правилом «неисчезаемости» предметов) и на не-решение этого теста. Полученные данные показали, что у мышей линии, селектированной на успешное решение теста, были достоверно лучше выражены краткосрочная рабочая память, а также показатели тестов на новизну и на внимание. Это позволяет предполагать, что межлинейные различия касаются не только способности к решению данного теста, а связаны с более четко выраженными «исполнительными функциями».
Биофизика. 2023;68(5):1046-1056
1046-1056
Анализ развития трендов современной эпидемической ситуации и факторов их локальной дифференциации
Аннотация
Анализируются специфические процессы локальной эпидемической динамики COVID-19 с сопоставлением качественных различий колебаний в 2020 и в 2023 гг. Исследование методами нелинейной динамики развития эпидемических процессов в контексте быстро менявшейся обстановки потребовало классификации типичных трендов и уникальных ситуаций, сменявшихся иногда с необычайной быстротой. Отличительная особенность современной пандемии - достаточно резкая смена локальных трендов: эффекта затухания первичной вспышки заболеваемости и внезапное резкое начало новой эпидемической волны после длительного тренда уменьшения суточных заражений. Минимизация заражений не стала победой над распространением вируса, но создавал ложную иллюзию успеха. Имевшийся опыт построения прогнозов на основе моделей прошлых эпидемических процессов не смог помочь при столкновении с новым эволюционирующим вирусом. Полученное ранее представление о развитии и завершении эпидемических процессов для штаммов гриппа скорее помешали при прогнозировании сценария завершения распространения новой инфекции, что связанно и с событийным характером процесса и многообразием динамических ситуаций. Объявлявшаяся многими странами победа над COVID в фазе минимума после волны оказалась преждевременной. Новая Зеландия и Япония, выбравшие стратегию строгих мер изоляции в 2020 г., испытали в начале 2023 г. рост случаев заражений из-за прорывающих вакцинный иммунитет новых штаммов. Пандемии респираторных вирусов «испанки» и «свиного» гриппа, на аналогии с которыми многие строили прогнозы, затухали естественным образом после прохождения двух или трех волн. В начале 2023 г. на фоне глобального позитивного тренда в некоторых странах наблюдали рекордный рост показателей и смертности и суточной заболеваемости в связи с появлением локально циркулирующих «тревожных» штаммов. Современный этап c обособлением стабильных региональных штаммов обосновывает классификацию ряда дифференцированных свойств динамики региональных эпидемических ситуаций. Среди наблюдавшихся эпидемических эффектов отдельно выделены экстремальные явления в форме моментального бифуркационного разрушения установившихся режимов - резкого перехода от длительно затухающих осцилляций к новой экспоненциальной вспышке числа заражений. Выделенные варианты развития эпидемических переходных колебательных процессов по отдельности описываются уравнениями с запаздыванием для локальных эпидемических трендов. Предложены уравнения для описания трех вариантов развития наблюдавшихся этапов локальных эпидемий. Задача построения обобщающей прогностической модели пандемии для описания взаимосвязанных региональных процессов на данном этапе неразрешима.
Биофизика. 2023;68(5):1057-1073
1057-1073
Высокодозовая ингаляция газообразного оксида азота при ВИЧ-инфекции
Аннотация
На двух ВИЧ-инфицированных пациентах продемонстрировано лечебное действие высокодозовой ингаляции газообразного оксида азота (при концентрации NO не менее 1000 ppm). Ингаляционная NO-терапия приводила к быстрому снижению вирусной нагрузки до необнаруживаемого уровня, который сохранялся и после периода аналитического прерывания лечения. Делается предположение, что купирование ВИЧ-инфекции осуществляется катионами нитрозония NO+, образующимися в крови из поступающих в нее нейтральных молекул NO. Последующее превращение катионов NO+ в их реакции с анионами гидроксила в анионы нитрита предотвращается связыванием катионов NO+ с анионами хлора с образованием в крови нитрозохлорида. Поступление этого агента из крови в клетки и ткани обеспечивает перенос в них катионов NO+. Взаимодействие нитрозохлорида с тиолами может приводить к появлению в клетках и тканях как доноров NO соответствующих S-нитрозотиолов.
Биофизика. 2023;68(5):1074-1080
1074-1080
Структурно-функциональная оценка состояния раны с применением свч-диэлектрометрии и лазерной
Аннотация
Целью работы служила разработка и апробация комбинированного метода оценки структурнофункциональных особенностей ожоговой раны и околораневой зоны, включавшей СВЧ-диэлектрометрию и допплерометрию. Исследование выполнено на двадцати крысах линии Вистар, которым моделировали контактную термическую травму, и десяти здоровых животных. Оценку состояния раны выполняли через 24 и 72 ч после нанесения травмы. Изучение диэлектрических свойств тканей осуществляли с помощью программно-аппаратного комплекса для ближнепольного резонансного СВЧ-зондирования. Проведенные исследования позволяют заключить, что в ранний послеожоговый период (первые сутки) в тканях раны наблюдается резкое согласованное снижение интенсивности микроциркуляции и диэлектрической проницаемости, постепенно и частично восстанавливаемое к завершению трех суток после нанесения ожога. В околораневой зоне регистрируется компенсаторная активация кровотока, приводящая к увеличению степени гидратации тканей, что проявляется повышением обоих указанных показателей. Кроме того, показано, что при термической травме формируется регуляторный дисбаланс факторов, обеспечивающих капиллярный кровоток в зоне ожога и окружающих ее тканях, носящий компенсаторный характер и, в отсутствие адекватной коррекции, способствующий угнетению процессов регенерации. Таким образом, сочетанное применение рассматриваемых методов позволяет полноценно охарактеризовать структурно-функциональные особенности анализируемой ткани и их динамику. Это отчетливо проявляется на примере экспериментальной ожоговой раны.
Биофизика. 2023;68(5):1081-1087
1081-1087
К вопросу об иллюзии полетов во сне.механизм их возникновения
Аннотация
Показано, что для объяснения полетов во сне нет необходимости прибегать к экзотерическим гипотезам. С позиций биофизики феномен «полета во сне» основан на уже изученных адаптационных механизмах и суточных ритмах организма человека. Во время сна пороги возбуждения мозга изменяются, что облегчает в некоторых его областях возбуждение слабыми сигналами. Рассмотрен один из механизмов такого возбуждения при изменении позы человеком во время сна, воспринимаемый мозгом в быстрой фазе сна как уменьшение веса тела. Это при определенных условиях может способствовать в мозгу возникновению иллюзии полета.
Биофизика. 2023;68(5):1088-1102
1088-1102