Методика и результаты анализа моделей генных сетей

Адекватные математические модели ГС и их компьютерные реализации являются незаменимым инструментом для анализа функционирования сложных биологических систем. С их помощью возможно:

• — предсказывать динамику тех или иных процессов в ГС;
• — исследовать механизмы их протекания;
• — выявлять ключевые звенья в генных сетях;
• — анализировать влияние различных воздействий на живые системы;
• — подбирать оптимальные воздействия;
• — изучать эволюцию ГС; [ 10. c. 533 — 544]

Анализ функционирования генных сетей

Изучение ГС различных организмов, признаков и процессов, описанных в базе данных GeneNet, позволило сформулировать общую концепцию интерференции. Интерференция генных сетей — это прохождение возбуждения по определенному компартменту глобальной генной сети организма, приводящее к последовательному возбуждению ряда его генных сетей. Интерференция может приводить к координированной экспрессии ГС, либо к подавлению функционирования одной ГС сигналом другой. Интерференция генных сетей в глобальной ГС организма реализуется с участием генетических элементов-интеграторов. Они могут рассматриваться как ключевые элементы, обеспечивающие передачу сигнала в глобальной ГС всего организма. 15].

С помощью моделирования динамики гипотетических ГС получен ряд теоретических результатов. В частности, установлено, при каких условиях ГС могут иметь устойчивые предельные режимы, т. е. предельные во времени особенности ее функционирования: стационарные, циклические, а также динамические состояния переменных более сложной природы. Динамика существенно зависит от начальных условий — концентраций их продуктов в начальный момент ее функционирования.

Установлено, что предельные режимы динамики ГС определяются характером структурно-функциональной регуляции генетических элементов. Это выразилось в формулировках ряда математических критериев, которые связывают предельные режимы со свойствами соответствующих структурных графов ГС. Применительно к реальным ГС это означает, что необходимым условием существования в них некоторого количества стационарных и/или циклических режимов является наличие определенной минимальной сложности (нелинейности) процессов регуляции ГЭ сети. Достаточный уровень сложности может достигаться, в частности, мультимеризацией белков-репрессоров и/или наличием минимального числа промежуточных стадий, ведущих от гена к белку-регулятору. [21. c. 134−154].