Контроль над клетками: исследование обещает прорыв в онкологии

Ученые предложили новый способ борьбы с рецидивами рака и лекарственной устойчивостью бактерий, научившись теоретически подавлять так называемый биологический шум — случайные колебания процессов внутри клеток.

Как передает Vesti.az, новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что этот шум можно не просто учитывать, а целенаправленно контролировать, управляя судьбой отдельных клеток с высокой точностью.

Даже клетки с одинаковым набором генов могут вырабатывать разное количество белков. Именно такие «выбивающиеся» клетки нередко переживают лечение, становясь причиной рецидивов онкологических заболеваний или формирования устойчивости к антибиотикам. До сих пор биология в основном оперировала средними показателями по клеточной популяции, не контролируя разброс между отдельными клетками.

«Мы сравниваем это с душем, в котором средняя температура воды нормальная, но она постоянно скачет между кипятком и ледяной водой. Пользоваться таким душем невозможно», — пояснил руководитель исследования Чэ Кен Ким. По его словам, именно «ловушка среднего значения» позволяет небольшой части клеток ускользать от терапии.

Авторы работы разработали математическую модель так называемого контроллера шума. Она сочетает реакции, чувствительные к внутриклеточным колебаниям, и механизмы быстрого разрушения избыточных белков. Это позволило теоретически реализовать режим «устойчивой адаптации к шуму», при котором уровень случайных флуктуаций остается стабильным даже при изменении внешних условий.

Модель протестировали на виртуальной системе репарации ДНК у кишечной палочки. В стандартных условиях из-за сильного разброса уровней защитных белков около 20% клеток погибали. После внедрения контроллера шума смертность снизилась до 7%, поскольку все клетки получили сопоставимый уровень защиты.

«Главное достижение в том, что клеточный шум, который раньше считался вопросом случайности или удачи, стал управляемым фактором», — отметил Чэ Кен Ким, подчеркнув возможное значение работы для преодоления устойчивости опухолей к лечению и создания «умных» микроорганизмов.

Соавтор исследования Чжинсу Ким добавил, что работа демонстрирует потенциал математического моделирования: «Мы начали с теоретического описания внутриклеточного шума и пришли к проектированию конкретных биологических механизмов».

По мнению авторов, предложенный подход открывает путь к по-настоящему точному управлению поведением отдельных клеток, что может изменить методы терапии рака и развитие синтетической биологии.