Введение к работе
Актуальность темы. Важная роль в изучении процессов управления, имеющих место на молекулярном уровне в прокариотической клетке, принадлежит математическому моделированию молекулярно-генетических систем управления (ГД?СУ). Адекватные математические методы анализа динамики МГСУ являются необходимым и актуальным средством, не только дополняющим экспериментальные исследования, но и позволяющим получать данные, которые невозможно получить иным путем.
Развитие методов генной инженерии сделало достижимыми и реальными задачи конструирования молекулярных систем с заданными свойствами. В то ке время остается открытым вопрос оптимальности существующих систем. В связи с этим актуальны постановка и решение задач математического моделирования и оптимального управления динамикой молекулярно-генетических систем управления.
Цель данной работы. При выполнении данной работы преследовались следующие цели: исследование на основе математического моделирования особенностей строения и функционирования реальных молекулярно-гене-, тических систем, апробация нового метода анализа динамики данных систем - метода обобщенных пороговых моделей* (ОПМ), сочетающего достоинства химико-кинетического и дискретного подходов, выяснение возможности внешнего управления и оптимизации динамики МГСУ. Научная новизна. В работе построены математические модели двух конкретных прокаркотических молекулярно-генетических систем управлеїшя. Для анализа динамики МГСУ впервыеиспользован метод ОШ. Разработан комплекс программ расчета кинетических кривых для молекулярных компонентов МГСУ. На основе компьютерных экспериментов исследованы . свойства систем управления биосинтезом триптофана и метаболизмом фосфата.
Поставлена в общем виде на основе формализма химической кинетики и решена на ряде примеров задача программного оптимального управления динамикой молекулярно-генетических систем. В одном случае решение найдено аналитически на основе принципа максимума Понгрягина; для поиска оптимального управления предложена и применена эвристическая процедура, основанная на методе ОПМ. Практическая ценность работы. Построенные математические модели, * Чураев Р.Н. Метод обобщенных пороговых моделей для анализа да-намики молекулярно-генетических систем управления. // Уфа, Изд-во БФАН СССР, 1986 - 21 с.
- г -
разработанные алгоритмы и программное обеспечение могут служить теоретической основой для экспериментального исследования молекулярно-генеткческих систем и конструирования систем с заданными свойствами. Результаты работы могут быть использованы в проектировании технологических процессов для различных.задач внешнего управления и оптимизации динамики данных систем, в частности, для задач максимизации выхода ценных макро- и низкомолекулярншс веществ. Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на 2-ом рабочем совещании "Теоретические исследования и банки данных по молекулярной биологии и генетике" (Новосибирск, 1986), V съезде ВОГиС (Москва, 1987), VII Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные механизмы генетических процессов" (Москва, 1990), международной конференции "Моделирование и компьютерные методы в молекулярной биологии и генетике" (Новосибирск, 1990), на конференциях молодых ученых (Вороне», 198Т; Уфа, 198Т; 1939).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка литературы (224 наименования). Работа изложена на 151 странице, включая 19 рисунков и 3 таблицы.