Иммунная система саморегулируется при помощи теории хаоса

Несмотря на многочисленные научные открытия, специалисты пока плохо понимают, как работает иммунная система. Между тем эти знания могли помочь предотвращать развитие таких заболеваний, как рак и диабет. Недавно же учёные из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете сделали открытие, которое может оказаться важной частью запутанной головоломки. Специалисты нашли совершенно новый механизм в том, как клетки организма регулируют свою активность при помощи хаоса.

“Динамика хаоса хорошо описывается математическими методами. Таким образом ранее учёные объясняли, к примеру, сложные изменения в погодных системах. У живых существ более высокого порядка хаотическая динамика, очевидно, будет сложнее. Однако то, что хаос играет решающую роль в живых клетках, стало совершенно новым [открытием]”, – говорит соавтор работы Могенс Хёг Дженсен (Mogens Høgh Jensen).

Группа сосредоточилась на белке под названием NF-κB, который регулирует реакцию иммунной системы на возникающие угрозы. Специалисты изучали, как этот белок влияет на работу генов.

Концентрация NF-κB меняется с течением времени, и эти изменения влияют на гены, а затем и на состояние клеток.

Исследователи выяснили, что хаотические колебания в концентрациях белка (собственно, то, что в математике известно как хаотическая динамика) влияют на “включение” целого ряда генов, которые в противном случае не активируются.

Другими словами, хаотические колебания концентраций белка NF-kB являются наиболее эффективным средством управления генами и оптимальным способом “настройки” иммунной системы.

Исследователи пришли к такому выводу с помощью математических расчётов, теоретических аргументов и ряда экспериментальных результатов.

Как отмечается в пресс-релизе работы, недавнее исследование доказывает, что хаос является одной из важных составляющих системы управления очень сложными живыми организмами.

Собственно, открытие немало удивило самих исследователей. Дело в том, что ранее считалось, что живые существа лишены хаотической динамики (точнее, что природа избегала использования подобных эволюционных решений при “строительстве” живых существ).

Но результаты последней работы дают совершенно новое представление о том, как можно регулировать работу генов с помощью колебаний концентраций белков, которые контролируют активность генов.

“Результаты могут серьёзно повлиять на наше понимание того, как функционирует иммунная система и как можно избежать некоторых наиболее серьёзных заболеваний, включая диабет, рак и болезнь Альцгеймера”, – отмечает Дженсен.

Например, говорит учёный, известно, что рак связан с нарушением передачи сигналов в организме. “Поэтому, чтобы избежать рака, необходимо иметь правильную динамику работы клеток”, – говорит он.

Таким образом, результаты нынешних научных изысканий могут пригодиться для разработки будущих методов лечения.

“Речь может идти о новых лекарствах, обеспечивающих правильное функционирование белков. Терапии также могут включать изъятие клеток из организма и их последующее тестирование, которое позволит оценить, находятся ли клетки в правильном состоянии. Если нет, можно будет спрогнозировать заболевания до их появления”, – заключает другой автор работы Матиас Хелтберг (Mathias Heltberg).

Результаты работы представлены в научном издании Nature Communications.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.