Исследователи предложили математическое определение клеточной смерти
Смерть клетки — фундаментальное понятие в биологии. Однако её определение зависит от контекста и не имеет общепринятого математического описания.
Исследователи из Токийского университета предложили новое математическое определение смерти. Оно основано на том, может ли потенциально мёртвая клетка вернуться в предопределённое «репрезентативное состояние жизни» — состояние, которое мы уверенно можем назвать «живым». Эта работа может быть полезна для биологов и будущих медицинских исследований.
Статья опубликована в Physical Review Research.
Хотя смерть на клеточном уровне очевидна, для неё не существует широко признанного математического определения. Понимание этого перехода критически важно, учитывая роль клеточной смерти в биологических процессах и её последствия для здоровья.
«Моя долгосрочная научная цель — математически понять разницу между жизнью и нежизнью; почему переход от нежизни к жизни так сложен, а обратный — так лёгок», — заявил доцент Юсукэ Химэока из Института универсальной биологии.
Исследователи предложили математическое определение клеточной смерти, основанное на том, как состояния клетки (включая метаболизм) можно контролировать, модулируя активность ферментов. Мёртвыми состояниями они назвали те, из которых клетка не может вернуться в очевидное «живое» состояние, как бы ни модулировались биохимические процессы.
Это привело к разработке вычислительного метода для количественной оценки границы «жизнь–смерть», названного «стехиометрическими лучами». Метод был разработан с фокусом на ферментативных реакциях и втором законе термодинамики (системы естественным образом переходят от упорядоченных к неупорядоченным состояниям).
Такой подход позволит учёным лучше понять, контролировать и, возможно, даже обращать вспять клеточную смерть в лабораторных условиях.
«Этот метод вычислений не применим к автономным системам, которые создают механизмы для контроля, например, белки. Автономность — один из признаков живых систем. Я хотел бы расширить наш метод, чтобы он также мог применяться к ним», — добавил Химэока.
«Мы наивно полагаем, что смерть необратима, но это не так тривиально и не обязательно должно быть так. Я верю, что если смерть окажется под нашим контролем, человечество, наше понимание жизни и общества полностью изменятся. В этом смысле понимание смерти имеет решающее значение как для науки, так и для социальных последствий».