25.11.2012

Биохимическая модель Тьюринга получила экспериментальное подтверждение

Пара белков, управляющих развитием организма, взаимно противоположны по эффекту и взаимодействуют так, как было предсказано Аланом Тьюрингом шестьдесят лет назад.

Алан Тьюринг вместе с Норбертом Винером почитается основателем кибернетики и программирования. За подробностями извольте обратиться к словарным статьям с заголовками «машина Тьюринга», «тест Тьюринга», «полнота по Тьюрингу» и т. д. Но Тьюринг известен ещё и как автор работы о механизмах биологического морфогенеза. В ней он описывал гипотетическое взаимодействие двух молекул, активатора и ингибитора, и как с помощью такого взаимодействия можно создать самые разные фенотипы, от окраски крыла бабочки до чередования полос у зебры.

Эту гипотезу учёный выдвинул в 1952 году, и это была сугубо математическая модель, не подкреплённая никакими биологическими данными. И вот спустя 60 лет предложенный молекулярный механизм получает своё подтверждение. Команда учёных из Гарварда (США) вот уже более десяти десять лет занимается исследованием двух белков, Nodal и Lefty, которые следят за соблюдением симметрии и асимметрии при развитии зародыша у позвоночных и указывают стволовым клеткам, в какой орган им следует превратиться. В 2002 году исследователям удалось установить, что эти белки работают как пара активатор/ингибитор, то есть соответствуют как минимум одному из условий Тьюринга.

В последней работе, опубликованной в журнале Science, учёные описывают движение этих белков при созревании зародыша рыбы Danio rerio, обычного модельного объекта молекулярной биологии. Оба белка были снабжены флюоресцентными модификациями, благодаря которым светились, возбуждаясь от лазерного света. При этом исследователи могли «засвечивать» Nodal или Lefty, чтобы отследить движение его напарника в том же образце. Оказалось, что активатор молекулярных процессов Nodal движется по тканям с меньшей скоростью, чем Lefty, который его подавляет. Отдельно авторы проверили стабильность белков и выяснили, что время жизни у них примерно одинаково, так что их взаимный эффект зависит только от скорости перемещения.

Итак, удалось обнаружить «вживую» молекулярный механизм, предсказанный на бумаге. В данном случае он реализуется за счёт разной скорости диффузии пары молекул, обладающих взаимно противоположным действием. Что именно обеспечивает разную скорость перемещения белков, ещё предстоит выяснить. Но очевидно, что модель Тьюринга можно использовать при изучении биологических процессов и описании молекулярных механизмов, которые за ними стоят.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА