Мол. и матем.генетика
 

Лесоведение
Физиология растений
Геоботаника
Мол. и матем.генетика
Генетика и цитология
Экология раст.ресурсов
Прикл. микробиология
Почвоведение
Генетика микроорганизмов
лаб. БАВ

ЛАБОРАТОРИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ
И МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКИ

 Лаборатория организована в 1982 г. в Отделе биохимии и цитохимии Башкирского филиала АН СССР, а в 1986 г. переведена в Институт биологии.

В настоящее время в лаборатории девять человек, в том числе три доктора и четыре кандидата наук.

3аведующий лабораторией – д.б.н., профессор Рустэм Нурович Чураев.

Область научных интересов: генетика, эпигенетика, биоинформатика.

Основные направления исследований

Теоретическое и экспериментальное изучение молекулярно-генетических механизмов хранения, кодирования, передачи и реализации эпигенетической информации в генных сетях, управляющих экспрессией генов.

Важнейшие результаты фундаментальных исследований

  • Разработан метод обобщенных пороговых моделей (ОПМ) для анализа динамики про- и эукариотических молекулярно-генетических систем управления экспрессией генов. На основе этого метода создан пакет компьютерных программ, предназначенный для изучения in silico динамики функционирования реальных и гипотетических генных сетей. Получены уравнения динамики активностей генов в общем виде.

  • Показано, что если известно наблюдаемое поведение управляющей генной сети и значения входных воздействий в течение конечного отрезка времени, то независимо от конкретного молекулярного механизма регулирования экспрессии генов (на уровне транскрипции, процессинга, трансляции и других) можно однозначно предсказать поведение сети в любой последующий момент времени.

  • Разработаны основы теории эпигенов: доказано существование нового класса наследственных единиц – эпигенов, способных обусловливать наблюдаемые феномены наследования приобретенных признаков и служить основой не дарвиновских стратегий эволюции.

  • Выявлены в общем виде принципы строения и законы функционирования управляющих внутриклеточных генных сетей.

  • Получены прямые экспериментальные доказательства существования эпигенов: спроектированы и сконструированы двухкомпонентные стационарные эпигены с заданными и управляемыми наследуемыми динамическими свойствами, функционирующие in vivo.

  • Методом обобщенных пороговых моделей в его программных реализациях построены и исследованы математические модели двух эукариотических генных сетей, управляющих онтогенетическими процессами – систем управления ранним онтогенезом Drosophila melanogaster и морфогенезом цветка Arabidopsis thaliana. Получены кинетические кривые для молекулярных компонент (РНК, белков) этих систем, выявлены возможные режимы функционирования и исследована их параметрическая устойчивость.

  • В экспериментах in silico и in vivo доказано существование нового свойства эпигенов – метастабильность отдельных функциональных состояний (эпигенотипов).

Перспективы развития

В теоретическом аспекте исследования ориентированы на выявление молекулярных механизмов эпигенетической наследственности, а также поиск механизмов первичной биохимической дифференцировки в онтогенезе. В прикладном аспекте исследования имеют перспективу развития в генотерапии и биотехнологии.


 

Основные публикации

Tchuraev R.N. A new method for the analysis of the dynamics of molecular genetic control systems. I. Description of the method of generalized threshold models // J. Theor. Вiol. 1991. V. 151. P. 71-87.

Tchuraev R.N. The epigene hypothesis // Biopol. & Cell. V. 12. 1997. P. 75-81.

Tchuraev R.N. On storing, coding, passing and processing the hereditary information in living systems // Computational technologies. Special Issue. 2000. V. 5. P.100-111.

Tchuraev R.N., Stupak I.V., Tropynina T.S., Stupak E.E. Epigenes: design and construction of new hereditary units // FEBS Letters. 2000. V. 486. P. 200-202.

Чураев Р.Н., Галимзянов А.В. Моделирование реальных эукариотических управляющих генных подсетей на основе метода обобщенных пороговых моделей // Молекулярная биология. 2001. Т. 35. № 6. С. 1088-1094.

Tchuraev R.N, Galimzyanov A.V. Parametric Stability Evaluation in Computer Experiments on the Mathematical Model of Drosophila Control Gene Subnetwork // In Silico Biol. 2003. V. 3. P. 101-115.

Galimzyanov A. V., Tchuraev R.N. An Investigation of Structural Stability of Drosophila Control Gene Subnetwork in Computer Experiments // Bioinformatics of Genome Regulation and Structure / Eds N.Kolchanov, R.Hofestaedt. Boston; Dordrecht; London: Kluwer Acad. Publ., 2004. P. 301-309.

Чураев Р.Н. Контуры неканонической теории наследственности: от генов к эпигенам // Журнал общей биологии. 2005. Т.66. № 2. С. 99-122.

Tchuraev R.N. General principles of organization and laws of functioning in governing gene networks // Bioinformatics of Genome Regulation and Structure II / Eds N.Kolchanov, R.Hofestaedt. Springer Science Media, Inc. 2006. P. 367-377.

Чураев Р.Н., Ступак И.В., Ступак Е.Э., Галимзянов А.В. Новое свойство эпигенов: метастабильные эпигенотипы // ДАН. 2006. Т. 406. № 4. С. 570-573.

Stupak E.E., Stupak I.V. Is it possible to control over the ratio of Escherichia coli subpopulations? // FEMS Microbiology Letters. 2006. V. 258. P. 37-42.

Чураев Р.Н. Эпигенетика: генные и эпигенные сети в онто- и филогенезе // Генетика. 2006. Т. 42. № 9. С. 1276-1296.

НазадВверхДалее