Но разработка таких методов лечения зависит от твердого понимания того, как фаги выполняют свою работу.«Фаги могут убить клетку немедленно, или же они могут стать неактивными и убить ее позже», — говорит Абхьюдаи Сингх, доцент кафедры электротехники в Университете Делавэра.«Данные показывают высокий уровень точности времени убийства», — добавляет он. «Вирусу требуется около часа, чтобы завершить процесс, но остаются вопросы о том, как клетки контролируют эту точность во времени».
Сингх и Джон Деннехи из Куинс-колледжа и аспирантуры Городского университета Нью-Йорка провели совместные исследования, чтобы пролить свет на молекулярную основу этого процесса.Их результаты представлены в статье «Подход к контролю шума во времени внутриклеточных событий с первого прохождения», опубликованной 9 января в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.Сингх и докторант Кхем Радж Гусинга внесли теоретический вклад, а Деннехи предоставил биологическую основу для работы, которая имеет важное значение для медицины.
«Проблема в том, что, хотя в этом процессе есть общая точность, существует также присущая ему случайность от ячейки к ячейке», — говорит Сингх. «Таким образом, наша математическая модель — это, по сути, структура или модельная система, которая упорядочивает эту случайность и обеспечивает общие биологические идеи, которые могут быть применены в лаборатории».Он объясняет, что белки, называемые холинами, необходимы для лизиса или разрушения клетки. Они накапливаются на клеточной мембране, достигают критического порога, а затем образуют дыры, которые разрывают клетку и высвобождают фаговых «младенцев».
Но тот же ген, который экспрессирует холин, также экспрессирует другой белок, называемый антихолином.«Любопытно, что природа создала две версии белка, которые нейтрализуют друг друга», — говорит Сингх. «Но оказывается, что на самом деле именно антихолин определяет точное время.
Если мы удалим антихолин, вариативность процесса возрастет».Сингх говорит, что формулы, разработанные в этой работе, проливают нелогичное понимание регуляторных механизмов, необходимых для планирования мероприятия в точное время с минимальными колебаниями.
«Хотя мы ожидали, что обратная связь будет важной частью пускового механизма, оказалось, что регулирование с отрицательной обратной связью может на самом деле усилить шум или путаницу во времени события», — говорит он. «Так что в некоторых случаях, например, в нашей работе по лизису бактериофагов, точность времени достигается без какой-либо обратной связи».«Мы считаем, что аналитические результаты и идеи, полученные в этой работе, имеют более широкое значение для феномена времени в химической кинетике, экологическом моделировании и статистической физике».