Биотехнологическое производство требует строгого контроля температуры: отклонение на несколько градусов может погубить партию. Учёные Института биофизики будущего МФТИ и Научно-технологического университета «Сириус» открыли принцип, позволяющий молекулярным сетям работать независимо от перепадов температуры и ионной силы — или использовать их как программу поведения. Разработанные на основе этого принципа ДНК-логические вентили стабильно работают в диапазоне от 0,1 до 50 °C. «Это может сделать производство белков и другие сложные процессы устойчивее и менее зависимыми от непрерывного контроля внешних условий», — отмечает первый автор работы Егор Коренков.
Как сообщает пресс-служба, работа Егора Коренкова и Максима Никитина опубликована в журнале Nature Communications.
Почему это открытие важно для производства
В большинстве биотехнологических процессов температура и ионная сила раствора должны поддерживаться в узких рамках. Отклонение выводит белки из строя, меняет активность ферментов и стабильность ДНК. Если сигнальная система способна сама компенсировать эти колебания, необходимость в дорогостоящем климат-контроле снижается. Для производств, удалённых от лабораторной инфраструктуры, это меняет саму модель работы.
Как работает компенсация
Принцип, развитый в новой работе, опирается на «молекулярную коммутацию» — концепцию, которую Максим Никитин сформулировал и подтвердил в 2023 году. Её суть: сложная обработка молекулярной информации возникает из слабых обратимых взаимодействий «все со всеми», без центрального «процессора» и независимо от природы молекул. Если одни реакции ускоряются при нагреве, а другие замедляются, сеть можно построить так, чтобы изменения уравновешивали друг друга. Результат работы остаётся правильным при любой температуре.
Насколько широкий диапазон охватывает
На примере ДНК-логических вентилей авторы показали, что всего несколько компенсаторных реакций обеспечивают стабильную работу от 0,1 до 50 °C. Для сравнения: стабильность каждой отдельной реакции в такой системе меняется более чем в миллиард раз. Именно на этом фоне и проявляется эффект самостабилизации.
Что даёт отказ от идеальной компенсации
Самым неожиданным результатом стало то, что температурную зависимость можно не только подавлять, но и проектировать. Авторы показали: если заранее выбрать математическую зависимость — например, параболу или синусоиду — почти для любой из них можно найти молекулярно-коммутационную сеть с точно такой же температурной зависимостью. Ни отдельный терморецептор, ни внешний «процессор» для этого не нужны.
Как это может работать в медицине
Разные молекулярные сети в разных клетках могут иметь разные температурные зависимости. Это даёт природе возможность управлять поведением разных типов клеток за счёт одного параметра — температуры. При заболевании, сопровождающемся изменением температуры, одна клетка может плавно уменьшать уровень экспрессии белка, другая — резко увеличивать, третья — менять сигнал по сложному профилю. Один физический параметр координирует множество разных молекулярных ответов.
Что с ионной силой
Принцип компенсации работает не только с температурой. Для нуклеиновых кислот изменение ионной силы влияет на прочность связывания цепей аналогично изменению температуры. Исследователям удалось получить сигнальные системы, одинаково хорошо работающие при десятикратном изменении концентрации ионов натрия и магния.
Коротко: главное
-
Что открыли учёные? — Принцип температурно-независимой молекулярной сигнализации.
-
В каком диапазоне работают системы? — От 0,1 до 50 °C.
-
Что такое молекулярная коммутация? — Обработка информации через слабые взаимодействия без центрального процессора.
-
Можно ли задать температурную зависимость? — Да, от параболы до синусоиды.
-
Где это применимо? — В биотехнологических процессах, биосенсорах и медицине.
Резюме
-
Учёные МФТИ и «Сириуса» открыли принцип температурно-независимой молекулярной сигнализации.
-
ДНК-логические вентили стабильно работают в диапазоне от 0,1 до 50 °C.
-
Температурную зависимость можно не только подавлять, но и программировать.
-
Принцип работает и при десятикратном изменении концентрации ионов натрия и магния.
-
Открытие может снизить требования к климат-контролю в биотехнологическом производстве.
Материал подготовлен изданием «Техносуверен» (technosuveren.ru).
Дата публикации: 18 сентября 2026 года.
