Шановні колеги! Науковий семінар Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України «Актуальні проблеми сучасної біохімії» продовжує свою діяльність. 15-го жовтня (вівторок) 2019 р. о 10-30 в Актовій залі Інституту будемо слухати доповідь к.т.н., с.н.с. Чуніхіна Олександра Юрійовича, старшого наукового співробітника відділу біохімії м’язів Інституту «МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ І СИСТЕМНА БІОЛОГІЯ». Як завжди, до інформаційного листа додаємо авторські тези доповіді. Запрошуємо Вас та Ваших колег до участі у роботі семінару.
З повагою – С.О.Костерін.
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ І СИСТЕМНА БІОЛОГІЯ
к.т.н., с.н.с. Чуніхін Олександр Юрійович, старший науковий співробітник
відділу біохімії м’язів Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України
В сучасному світі математичне моделювання є невід’ємною складовою дослідження складних систем, зокрема біологічних. Воно обумовлює підвищення ефективності наукових досліджень, оскільки допомагає краще зрозуміти, як відбувається досліджуваний процес, підтвердити чи спростувати наші уявлення про його механізм, оцінити величини певних параметрів цього процесу, сприяє чіткому плануванню експериментів та обґрунтуванню подальших напрямків досліджень.
Математична складова моделювання є визначальною, а її методи – своєрідними методологічними фільтрами бачення та аналізу біологічних систем. Серед найбільш поширених в біології математичних методів можна зазначити функціональний аналіз, зокрема диференціальні рівняння (системи рівнянь), стохастичний аналіз, алгебраїчні методи: теорію графів, мережеві технології та комбінаторні підходи.
Між тим, за останні 100 років біологія теж дала моделюванню цілу низку так званих біоінспірованих методів (алгоритмів). Найбільш вагомі з них – нейронні мережі, клітинні алгоритми, генетичні алгоритми. Менш поширені – ДНК-обчислення, мембранні системи, штучні імунні системи та різноманітні роєві алгоритми.
Серед сучасних методів математичного моделювання складних систем небхідно також вказати на такі математичні конструкції як фрактали та нечіткі множини, модельну систему мереж Петрі та таку междисциплінарну галузь як синергетика.
Співробітниками відділу біохімії м’язів вже багато років проводяться дослідження, пов’язані із застосуванням комп’ютерного та математичного моделювання в досить широкому спектрі біологічних досліджень. Зокрема:
- Комп'ютерне моделювання можливих міжмолекулярних взаємодій, характерних для комплексів каліксарен – субфрагмент-1 міозину у випадку гладеньких м’язів матки, та створення ефективного критерію для трактування результатів докінга каліксаренів.
- Математичне моделювання за допомогою системи дифереціальних рівнянь кальцієвого гомеостазу в гладеньком’язових клітинах за умови модуляції активності кальцієвого насосу плазматичної мембрани.
- Моделювання одночасних процесів зміни власної флуоресценції нуклеотидів мітохондрій, їхнього гідродинамічного діаметру та інтенсивності генерації ними активних форм кисню за умови змін концентрації донорів оксиду азоту за допомогою гібридних функціональних мереж Петрі.
Серед перспективних напрямків доцільно вказати на продовження використання методології мереж Петрі в моделюванні біологічних процесів, але вже в новому оригінальному апараті, а саме - Creative Petri Nets, який дозволяє моделювати ефекти появи (породження) та зникнення структурних елементів в процесі функціонування системи.
Також пропонується як перспективне застосування семантичних (багатовимірних) систем числення, які є також оригінальною розробкою, для створення принципово нової методології моделювання. Головною відмінністю такої методології є створення «персональних» систем числення для моделювання конкретних складних біологічних систем.
На нашу думку актуальним є питання створення Лабораторії математичного моделювання біологічних систем на базі Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України. Головним призначенням Лабораторії необхідно вважати впровадження системного підходу до вивчення біологічних систем шляхом створення математичних моделей, як аналітичних, так й імітаційних.