Математики нашли способ контролировать клеточный «шум» для борьбы с раком

Ключевой причиной рецидива рака и устойчивости бактерий к антибиотикам является «биологический шум» — случайные колебания количества белков в отдельных клетках, которые помогают им выживать. До сих пор учёные могли контролировать только средние значения в популяции клеток, но не вариативность между ними.

Международная исследовательская группа под руководством профессоров Джэ Кён Кима (KAIST), Джинсу Кима (POSTECH) и Бён-Квана Чо (KAIST) теоретически разработала «принцип контроля шума». Они создали математическую модель «контроллера шума» (NC), которая позволяет подавлять эти случайные колебания и точно управлять состоянием каждой клетки.

Новая модель сочетает в себе два принципа: «реакцию димеризации», которая действует как сенсор для обнаружения колебаний, и «деградационную активацию», которая быстро разрушает избыточные белки. Это позволяет достичь «шум-устойчивой идеальной адаптации» — поддержания постоянного уровня шума, несмотря на изменения во внешней среде.

Виртуальное тестирование модели на системе репарации ДНК кишечной палочки показало впечатляющие результаты. В обычных условиях из-за большого разброса в количестве белков около 20% клеток не могли восстановить ДНК и погибали. Применение NC позволило унифицировать уровень белков и снизить смертность до 7%.

«Значимость работы в том, что клеточный шум, который раньше считался удачей или совпадением, теперь стал контролируемым фактором благодаря математическому дизайну», — заявил профессор Джэ Кён Ким.

Это открытие прокладывает путь к созданию новых методов прецизионного лечения рака, направленных на преодоление устойчивости опухолевых клеток, а также к разработке высокоэффективных синтетических микроорганизмов. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

ИИ: Это прорывное исследование на стыке математики и биологии, которое может кардинально изменить подход к терапии онкологических заболеваний, сместив фокус с контроля популяции на управление каждой отдельной клеткой.