Отзыв на автореферат д.ф.-м.н. В.Л. Кононенко (Молекулярно-механическая модель динамики микротрубочки)

отзыв на автореферат диссертации П.Н. Захарова «Молекулярно-механическая модель динамики микротрубочки», представленной на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 03.01.02 — Биофизика Диссертационная работа П.Н. Захарова относится к области исследований, направленньгх на решение одной из наиболее актуальных задач внутриклеточной биомеханики — выяснению устройства и закономерностей функционирования системы транспорта и пространственного разделения дочерних хромосом при делении клетки как прецизионной молекулярно-механической системы.

Конкретной темой работы является построение и анализ динамической модели строения и структурно-механического поведения одного из базисных конструктивных элементов указанной системы — тубулиновой микротрубочки. Актуальность и научная новизна этих исследований обусловлены существенной недостаточностью в понимании и количественном описании динамики микротрубочек, в первую очередь, процесса чередующихся лавинообразных деполимеризаций («катастроф») и последующих стадий роста («спасений») индивидуальной микротрубочки.

Без выяснения причин и закономерностей такого поведения невозможно построение полноценной картины механики митоза. Модели динамического поведения микротрубочек уже предлагались в работах различных авторов. Общей особенностью (и общим ограничением) ранее сформулированных динамических моделей было использование феноменологических подходов в рамках представлений химической кинетики, приводящих к системам дифференциальных уравнений в форме законов действующих масс. В работе П.Н Захарова выбран принципиально иной подход к проблеме — метод молекулярной динамики.

Основным и, как показывают полученные результаты, решающим преимуществом этого метода является выход за рамки заранее задаваемых (и неизбежно искусственных) схем формирования микротрубочки из димеров тубулина и априорных гипотез ее динамического поведения. В противоположность этому, метод молекулярной динамики дает возможность промоделировать поведение этой сложной системы в реальных условиях ее формирования или распада - исходя из определяющих потенциалов взаимодействия образующих ее димеров тубулина, находящихся в состоянии броуновского движения.

Разработанная в работе П.Н. Захарова модель является принципиальным продвижением во всестороннем и полноценном описании динамики микротрубочки. Несомненно, она станет основой для последующего изучения влияния на эту динамику различных белков и низкомолекулярных соединений, регулирующих поведение микротрубочек в реальных условиях митоза. Нужно отметить, что реализация молекулярно-динамического подхода требует огромных вычислительных ресурсов и, как следствие, очень высокого уровня программирования. Очень важным результатом работы П.Н. Захарова является разработка эффективного вычислительного алгоритма моделирования динамики микротрубочки с использованием технологии параллельного программирования с общей памятью ОрепМР.

На этой теоретической и вычислительной основе П.Н. Захаров выполнил комплекс компьютерных экспериментов, в которых удалось воспроизвести экспериментально наблюдаемую ш чйго динамику микротрубочек в рамках единого набора определяющих параметров. В этих исследованиях получен ряд новых и принципиально значимых результатов, адекватно и полно охарактеризованных в автореферате. Среди них особо отмечу воспроизведение реальной динамики «катастроф» и «спасений» микротрубочки, поскольку эта динамика лежит в основе поисковой и транспортной функций микротрубочек в механизме митоза. Показателем реапистичности моделирования может служить тот факт, что оно, подобно моделируемому им поведению микротрубочек ш чйго, само по себе, по-видимому, не указало однозначную причину феномена «старения» микротрубочки.

Для выяснения возможных причин и механизмов «старения» в работе П.Н. Захарова, дополнительно к моделированию, использована также упрощенная кинетическая модель катастроф. Такая модель, по-видимому, имеет эвристическую ценность, однако применимость ее результатов может сильно зависеть от степени ее адекватности. В основе модели лежит представление о постепенном переходе системы в критическое состояние по цепочке промежуточных состояний, с вероятностью прямых переходов превышающей вероятность обратных. Применительно к микротрубочке это означает предположение о постепенном накоплении в ней каких-то особенностей структуры.

Однако в автореферате (стр. 19) указано, что «при анализе модели было выявлено, что «старение» не обусловлено каким-либо медленным процессом: нн накоплением необратимых дефектов, нн нарастающим изменением конфигурации на протяжении всего времени роста микротрубочки». Не противоречит ли этот результат предположению упрощенной модели? В качестве замечания стилистического характера можно отметить некоторую неопределенность формулировки третьего положения из числа выносимых на защиту: в ней не указано, какими именно «обратимыми изменениями» и каких конкретно параметров объясняет автор феномен «старения» микротрубочки.

Однако это замечание не имеет принципиальной значимости и не меняет общей высокой оценки выполненного исследования. Материал автореферата позволяет заключить, что диссертационная работа П.Н. Захарова выполнена на очень высоком научном уровне. В ней получен ряд приоритетных результатов, существенно необходимых для понимания наномеханики клеточного митоза. В диссертации решена актуальная, фундаментально значимая научная задача - создана молекулярно-динамическая модель микротрубочки и с ее помощью выполнен анализ механизма «катастрофы» и процесса «старения» микротрубочки. Исходя из материала автореферата, можно заключить, что акгггуаггьносгпь, научггая новизна, личный вклад автора и выводы не вызывают сомнения.

Использование широко принятых научных методов моделирования и статистического анализа данных обеспечивает достоверность полученных результатов. Значимые результаты, представленные в работе, опубликованы в трех журналах из списка ВАК, неоднократно докладывались на всероссийских и международных конференциях. иссе т ионная абота П Н.

Заха ова «Моле ля но-механическая мо ель инамики мук от бочки» овлетво яет т ебованиям ВАК согласно Положению о п ис енин еных степеней 2013г с изменениями от 21 04.201бг. а ее авто Павел Николаевич Заха ов несомненно заел живает п усвоения искомой степени кан и ата изико-математических на по спе иальности 03.01.02 — Био изика.

Ведущий научный сотрудник лаборатории акустической микроскопии Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук д.ф.-м.н. В.Л. Кононенко Контактная информация: г. Москва, ул. Косыгина, д. 4, инд.: 119334 тел: +7(499)135-7894, факс: +7(499)137-4101 е-пза11: 1Ьср®злу.сЬрЬ.газ.ги Подпись В.Л. Кононенко заве Дата: Зl 1О.РЙ~~ Собственно сотрудника ,удостоверяю .