Биофизики доказали: медленная подача «кирпичиков» ускоряет самосборку сложных систем
Способность к самоорганизации — ключевое свойство биологических систем, широко распространённое в природе. Отдельные строительные блоки автономно собираются в макромолекулы, такие как клеточное ядро, капсиды вирусов или сложные клеточные структуры. Часто этот процесс происходит в компартментализированных средах, которые его облегчают или контролируют.
Понимание принципов этой самосборки важно для развития синтетической биологии и нанотехнологий. Биофизики из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU) — Северен Ангерпойнтнер, Ричард Свидэрски и профессор Эрвин Фрей — разработали новую теоретическую модель. Она демонстрирует, что замедленная подача строительных блоков может повысить эффективность самосборки сложных структур в компартментализированных системах.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Как показывает модель, это предотвращает одновременное образование слишком большого количества «зародышей сборки», которые конкурировали бы за ресурсы, и способствует созреванию уже начавших формироваться структур.
Исследователи подчёркивают, что этот эффект носит общий характер: он проявляется при разных геометриях и схемах реакций и не требует тонкой настройки энергий молекулярных связей.
Интересный факт: Принципы самосборки, изучаемые биофизиками, вдохновляют не только медицину, но и IT-индустрию. Например, концепции самоорганизующихся систем используются при разработке алгоритмов для роевых роботов и распределённых вычислительных сетей, которые должны эффективно работать без централизованного управления.
Понимание принципов этой самосборки важно для развития синтетической биологии и нанотехнологий. Биофизики из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU) — Северен Ангерпойнтнер, Ричард Свидэрски и профессор Эрвин Фрей — разработали новую теоретическую модель. Она демонстрирует, что замедленная подача строительных блоков может повысить эффективность самосборки сложных структур в компартментализированных системах.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Интуитивно можно ожидать, что быстрая подача строительных блоков наиболее благоприятствует росту структур, — говорит профессор Фрей. — Однако мы обнаружили обратное: медленная подача из резервуара увеличивает выход продукта и сокращает время полной сборки».
Как показывает модель, это предотвращает одновременное образование слишком большого количества «зародышей сборки», которые конкурировали бы за ресурсы, и способствует созреванию уже начавших формироваться структур.
«Если обмен слишком быстрый, ничего толком не получается. Если слишком медленный — система „голодает“, — объясняет Фрей. — Между этими крайностями существует оптимальный диапазон задержки: структуры, сборка которых уже началась, получают приоритет в росте и могут быстро и полностью созреть».
Исследователи подчёркивают, что этот эффект носит общий характер: он проявляется при разных геометриях и схемах реакций и не требует тонкой настройки энергий молекулярных связей.
«Наша работа даёт экспериментально проверяемые прогнозы и принципы проектирования для синтетических и биологических систем. Таким образом, её значение выходит за рамки конкретной модели», — отмечает профессор Фрей.
Интересный факт: Принципы самосборки, изучаемые биофизиками, вдохновляют не только медицину, но и IT-индустрию. Например, концепции самоорганизующихся систем используются при разработке алгоритмов для роевых роботов и распределённых вычислительных сетей, которые должны эффективно работать без централизованного управления.
0 комментариев