В МФТИ выяснили, почему перепады температур не мешают передаче сигналов микробам

МОСКВА, 10 ноября. /ТАСС/. Российские исследователи выявили уникальные особенности в организации молекулярных сигнальных сетей в клетках, которые позволяют этим системам обмена информацией работать в широком диапазоне температур. Это впервые объяснило то, почему бактерии и другие организмы, не способные поддерживать стабильную температуру внутри себя, не «сходят с ума» при ее перепадах, сообщила ТАСС пресс-служба МФТИ.

«Сигнальная сеть, основанная на слабых взаимодействиях, может быть устроена так, что температурные сдвиги в одних ее реакциях-»компенсаторах«точно уравновешивают сдвиги в других, и итоговый ответ системы остается неизменным при любой температуре. Слабость в такой архитектуре становится не недостатком, а источником устойчивости» — пояснил аспирант МФТИ Егор Коренков, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как отмечают Коренков и заведующий лабораторией нанобиотехнологий МФТИ Максим Никитин, ученых давно интересует, как нетеплокровные организмы приспосабливаются к жизни в очень широком диапазоне температур, начиная с зимних морозов и заканчивая летней жарой. Несмотря на отсутствие внутренних источников тепла, передача сигналов внутри их клеток остается стабильной, тогда как на биотехнологических производствах отклонение даже в один градус от оптимальной температуры питательной среды часто ведет серьезным последствиям.

Российские исследователи нашли объяснение этому в рамках серии исследований, которая была начата Никитиным в 2023 году после того, как он впервые сформулировал и экспериментально подтвердил принцип молекулярной коммутации, который позволяет природе передавать и обрабатывать самую разнообразную биологическую информацию только за счет слабых обратимых взаимодействий между молекулами ДНК или РНК.

Секрет стабильности жизни.

В процессе изучения возможностей этого природного «биокомпьютера» исследователи проверили, можно ли организовать его таким образом, что он будет продолжать предсказуемым образом работать и проводить вычисления при самых разных температурах окружающей среды. Проведенные исследователями расчеты и опыты показали, что даже относительно сложные логические цепочки можно собрать таким образом, что они будут предсказуемо и стабильно работать при температурах от 0,1 до 50 градусов Цельсия.

Также исследователи обнаружили, что структуру этих сигнальных сетей можно задать таким образом, что они не просто будут сохранять устойчивость в разных условиях среды, но и также использовать ее температуру для управления своим собственным поведением. Это потенциально объясняет то, как организмы приспосабливаются к сильным колебаниям температур, а также эту особенность сигнальных сетей можно использовать в биотехнологической отрасли для управления работой культур клеток или микробов, производящих лекарства или важные реагенты.

«Сегодня биотехнологический реактор во многом похож на завод, за которым приходится непрерывно следить извне. Наше новое открытие дает возможность перенести часть этого контроля внутрь самой системы, что позволит сделать производство белков и другие сложные биотехнологические процессы более устойчивыми и менее зависимыми от постоянного внешнего контроля», — подытожил Коренков.