Теория очередей помогает физику понять переработку белков
Изучение очередей (queueing theory) стало ключевым для понимания того, как клетки справляются с «узкими местами» (бутылочными горлышками), ограничивающими рециклинг белков. Этой работой занимается Уилл Мэзер, доцент кафедры физики.
Исследование получило поддержку Национального научного фонда (NSF) в виде гранта на $960 000.
Используя теорию очередей на стыке статистики, физики, инженерии, биологии и компьютерных наук, Мэзер применяет её принципы к работе клеток, особенно к последствиям «пробок» из белков внутри них.
Аналогия с метро: ферменты действуют как контролёры, а белки — как пассажиры. Белки пытаются быть переработанными для создания других белков, но ферменты могут обработать лишь ограниченный поток. Это приводит к тому, что белки либо не рециклируются, либо ищут альтернативные пути.
«Лучше понимая эти пути, мы находим связи с развитием, воспалением, раком — все это потенциальные области воздействия», — говорит Мэзер.
Текущий эксперимент: учёные используют простую бактерию E. coli и флуоресцентные белки, чтобы наблюдать, как ведут себя «схемы» в отдельных клетках и понять влияние этих путей.
Цель исследования — раскрыть механизм, с помощью которого клетки естественным образом смягчают узкие места, направляя белки к разным «серверам» для переработки. Результатом станут:
- Интуитивные и мощные количественные модели этих процессов.
- Новые молекулярные инструменты для синтетической биологии и биотехнологий.
- Возможность создания крупных, масштабируемых био-схем в бактериях.
Это, по мнению Мэзера, расширит границы как традиционной, так и синтетической биологии.