ИСТИНА

Dictyostelium discoideum (DD) – клеточный слизевик, относящийся к типу Mycetozoa. Описанный в 1935 году, DD вскоре стал одним из важных модельных организмов в клеточной биологии, генетике и биологии развития. Большую часть времени DD проводит в виде одиночных почвенных амёб, однако при определённых условиях амёбы образуют подвижные агрегаты, а затем многоклеточные плодовые тела сложного строения. Происходящие при этом процессы межклеточной сигнализации, клеточной дифференцировки, морфогенеза и др. позволяют использовать его в качестве модельного объекта. Пока клетки DD не испытывают недостатка в пище, они питаются бактериями и размножаются митозом. Когда миксамебы «выедают» запасы пищевых ресурсов, начинается их агрегация. После переключения в режим «голодания», клетки начинают выделять cAMP, который служит хемоаттрактантом для других окружающих клеток DD. Но помимо cAMP, во внеклеточную среду выделяется несколько видов фосфодиэстераз (PDE) и ингибитор PDE (PDI), служащие регуляторами распространения cAMP в среде. Термодинамически система клеток DD при этих условиях представляет собой неравновесную динамическую систему с большим числом степеней свободы и множественными положительными и отрицательными обратными связями. Согласно принципу Онсагера кинетические коэффициенты L_ik определяются как коэффициенты в линейных соотношениях между термодинамическими силами X_k и потоками J_i: J_i=∑_k▒〖L_ik X_k 〗, причем скорость изменения энтропии (производство энтропии) dS⁄dt=∑_i▒〖J_i X_i 〗 [1]. По Онсагеру L_ik=L_kj, учитывая принцип локального равновесия Пригожина. Если количество сил в системе превышает количество потоков (открытая система), то необходимое условие стационарности состояния определяется при помощи принципа минимального производства энтропии (принцип Пригожина) [1]. Популяцию миксамеб можно рассматривать как систему, состоящую из подсистем (каждая клетка - подсистема). Так как система является неравновесной, то в данном случае лучше применять формализм неравновесной термодинамики для энтропии [2]. Таким образом, если усреднить по популяции количество секретируемых клетками в среду биохимических агентов (cAMP, PDE, PDI), можно оценить интенсивность метаболизма I. С учетом вышесказанного о биофизических аспектах перехода популяции миксамеб Dictyostelium discoideum от питания к агрегации, построен функционал F, входными параметрами которого являются плотность популяции миксамеб ρ, подвижность клеток M (усредненная по популяции), интенсивность метаболизма I, температура T, освещенность E и время t. В начальный момент времени t_0 функционал F(ρ, M, I, T, E, t_0) задает стационарное состояние с минимумом производства энтропии [3]. При переходе из стационарного состояния, когда миксамебы находятся в состоянии одноклеточности при наличии пищевых ресурсов, к агрегации, термодинамические параметры системы будут претерпевать изменения. Целью данной работы является прояснение механизмов самоорганизации в популяции миксамеб. В этой работе используется математическая модель агрегации миксамеб Dictyostelium discoideum, построенная на основе уравнений динамики. Также здесь используется потенциал Онсагера-Махлупа для оценки адекватности результатов эксперимента in silico теоретическим вычислениям. Входными данными для потенциала Онсагера-Махлупа являются функционал F_t(ρ, M, I, T, E, t), построенный на основе теоретических сведений о переходе популяции DD от питания к агрегации, и функционал F_e(ρ, M, I, T, E, t), построенный на основе эксперимента in silico (запуска модели агрегации на компьютере).