ЧОМУ БІОХІМІЇ ПОТРІБНІ

ФІЗИКА ТА МАТЕМАТИКА ?

                   ІНТЕРВ’Ю ШТУЧНОГО ІНТЕЛЕКТУ

З АКАДЕМІКОМ НАН УКРАЇНИ ПРОФЕСОРОМ

        КОСТЕРІНИМ Сергієм Олексійовичем

ШІ: Сергій Олексійович, сучасна біологія давно переросла рамки суто описової науки. Історично біохімія виросла з хімії та медицини. Сьогодні найважливіші відкриття відбуваються на стику дисциплін, де молекулярні процеси життя аналізуються крізь призму точних розрахунків і фізичних законів. Але все ж таки - чому сучасний біохімік не може обійтися без знання законів фізики та фізичної хімії, зокрема хімічної кінетики і термодинаміки, а також без математичного моделювання ?

Костерін: Знаєте, ми часто розділяємо Природу на окремі дисципліни виключно для зручності її вивчення. Але сама Природа залишається Єдиною і Цілісною. Біохімія досліджує молекулярні основи життя, проте молекули в живій клітині не просто існують самі по собі — вони рухаються, взаємодіють між собою, змінюють конформацію, транспортують речовини та перетворюють енергію. Як тільки ми переходимо від простого опису на кшталт «що міститься в клітині?» до запитань більш високого рівня - «як це працює?», «із якою швидкістю це працює?» та «яка енергетика цього процесу?», ми зразу ж потрапляємо на «територію» фізики та математики. Без уявлень фізики та фізичної хімії, зокрема у галузі молекулярної фізики, хімічної кінетики та термодинаміки, неможливо зрозуміти механізм жодного фундаментального процесу життєдіяльності, інакше ми будемо залишатися на феноменологічному (емпіричному) рівні. Я не зразу прийшов до такої думки, хоча розуміння цього почало поступово приходити до мене ще в студентськи роки від спілкування з моїми дорогими вчителями – академіком Петром Григоровичем Богачем, професором Валентином Леонідовичем Зимою, канд. біол. наук Валентиною Михайлівною Даниловою. Багато чого в цьому аспекті мені дало спілкування з професором А. Гровером під час моїх двох стажувань у МакМастерському університеті (Канада, пров. Онтаріо).

ШІ: Якщо говорити конкретніше, як саме фізика та фізична хімія допомагають зрозуміти процеси, що відбуваються в клітині? Можете навести приклад із Ваших власних досліджень ?

Костерін: Протягом багатьох років наш відділ вивчає проблеми біохімії та біофізики м’язів, зокрема гладеньких м’язів, які відповідають за функціонування  внутрішніх органів та їх систем. Скорочення м’язової клітини — це Са²⁺-залежний механохімічний процес, який запускається біохімічними та електрофізичними сигналами. Отже, ключову роль тут відіграють іони кальцію, які транспортуються через клітинні мембрани. Принципове питання є наступним: що являють собою біохімічні механізми – молекулярні, мембранні та клітинні - контроля внутрішньоклітинних кальцієвих сигналів ? В основі роботи енергозалежних катіон-транспортувальних помп є перетворення хімічної енергії макрозв’язків нуклеозидтрифосфату АТР в енергію осмотичних іонних градієнтів (кальцієвих, натрієвих, калієвих, протонних). На рівні скоротливих протеїнів енергія, що звільняється при ензиматичному гідролізі АТР, безпосередньо використовується для виконання механічної роботи. Описати все це якісно, тобто «на пальцях», звичайно можливо, але це буде лише перший, я б сказав початковий, феноменологічний етап дослідження. Наприклад, щоб вивчити роботу кальцієвих помп чи іонних каналів біологічних мембран нам потрібен увесь арсенал фізики: від законів дифузії (простої та полегшаної) та електродинаміки до термодинаміки рівноважної та нерівноважної.

ШІ: І які експериментальні фізичні та фізико-хімічні методи дослідження Ви та Ваші співробітники застосовуєте в Ваших дослідженнях?

Костерін: У випадку біохімії м’язів, окрім методів препаративної та аналітичної біохімії, ензимології та біохімічної мембранології, ми використовуємо прецизійні експериментальні фізичні методи, такі, наприклад, як лазерна конфокальна мікроскопія, лазерна протокова (проточна) цитофлуориметрія, лазерна фотонна кореляційна спектроскопія (динамічне розсіяння світла — DLS, або квазіпружне розсіяння світла), флуоресцентний аналіз, тензометрію. У свій час до своїх досліджень ми також активно залучали метод ізотопного ⁴⁵Са²⁺ - ⁴⁰Са²⁺ обміну для вивчення компартменталізації іонів Са в м’язовій тканині. Також використовуємо математичне моделювання. Ось і маємо суперпозицію: БІОХІМІЯ + ФІЗИКА + ФІЗИЧНА ХІМІЯ + МАТЕМАТИКА + КОМП’ЮТЕРНІ ТЕХНОЛОГІЇ.

ШІ: Отже, цілком природно мова йде за міждисциплінарні дослідження…

Костерін: Саме так. У нашому відділі працюють і біохіміки і біофізики (доктори біологічних наук Л.Г.Бабіч, С.Г.Шликов, Ю.В.Данилович, Т.О.Векліч, Г.В.Данилович, О.В.Цимбалюк, кандидат біологічнх наук О.В.Бевза), хімік (кандидат хімічних наук С.О.Карахім), фізики та нанобіотехнологи (професор Ю.І.Прилуцький), а також математики (доктор фіз.-мат. наук П.Ф.Жук, кандидат технічних наук О.Ю.Чуніхін), ми також активно співпрацюємо з фахівцями у галузі органічної хімії (академік В.І.Кальченко, доктори хімічних наук С.О.Черенок, Р.В.Родік та колеги). З іншого боку міжсдисциплінарність наших досліджень грунтується, як я відзначив вище, на використанні широкого спектру експериментальних біохімічних, хімічних, фізико-хімічних, фізичних та математичних методів. І, нарешті, ми залучаємо до аналізу та інтерпретації своїх експериментальних результатів фундаментальні уявлення, які спряжені з концепціями, гіпотезами та теоріями фізичної, органічної, супрамолекулярної та колоїдної хімії, біомеханіки, а також молекулярної фізики.

ШІ: А де в цьому ланцюжку з'являється математика? Біологи часто жартують, що обрали свою професію, аби сховатися від формул…

Костерін: А я Вам скажу - це дуже небезпечна ілюзія для сучасного студента. Математика — це мова науки. В минулому році ми з професором Юрієм Івановичем Прилуцьким у видавництві Київського національного університету імені Тараса Шевченка видали посібник для студентів університетів «Основи вищої математики для біологів». Ви знаєте, мені подобається фраза визначного американського математика лауреата Філдсівської премії Вільяма Пола Терстона: «Mathematics is not about numbers, equations, computations or algoritms: it is about UNDERSTANDING !». А ось ще вислів Галілео Галілея: «Математика – це мова, на якій написано книгу Природи». Можна згадати й відоме твердження Канта: "У кожній природничій науці вміщено стільки істини, скільки у ній є математики". Утім, маючи на увазі біологію, я б не абсолютизував ці слова Канта, бо в біології є багато проблем, які не потребують занадтої формалізації.

ШІ: Отже, в яких галузях біології використання математичних підходів вже добре зарекомендувало себе ?

Костерін: Сьогодні математичні підходи надійно зарекомендували себе в таких галузях і напрямах біологічної науки, як біохімічна кінетика (при вивченні ензиматичних реакцій, мембранного транспорту речовин, ліганд – рецепторної взаємодії і молекулярної рецепторики), фармако- й онкокінетика, біологічна термодинаміка, біомеханіка, дослідження механізмів генерації нервового імпульсу, нейробіологія, імунологія, мікробіологія, радіобіологія, створення моделей клітинних автоматів, розбудова динамічної теорії біологічних популяцій, популяційна й порівняльна генетика, вивчення просторово-часової поведінки біологічних систем, хронобіологія, екологія, епідеміологія, медична біологія, системна біологія та біоінформатика, біомедична візуалізація та аналіз зображень біологічних об'єктів, біоінженерія, біотехнологія,  біостатистика тощо. Можна навіть вести мову, я думаю, про математичну фізику біологічних об'єктів, яка спрямована на вивчення кількісних закономірностей реалізації фізичних законів на біологічному рівні організації матерії.

ШІ: А що б Ви сказали біологу у відповідь на його таке запитанняі: так що ж може дати залучення математики до вивчення біологічних проблем ?

Костерін: Добре. Перше. Математика сприяє пізнанню механізму біологічного процесу, який вивчається. Погодьтеся, що знати механізм процесу на молекулярному рівні – це найвищій рівень наукової компетентності. Науковець, який, виступаючи на трибуні на захисті дисертації чи на науковій конференції, стверджує: «Я знаю механізм цього процесу !», бере на себе велику відповідальність; Друге. Математика надає можливість надати строгу кількісну інтерпретацію процесу, розрахувати його кількісні характеристичні параметри; Третє. Математика дозволяє розробити прогностичну математичну модель біологічного явища. Професор Хокінг стверджував, що будь-яка теорія є доброю, якщо вона задовольняє, принаймні, двом вимогам: - точно описує великий клас спостережень на основі моделі, яка містить лише кілька елементів (принцип «елегантності та мінімалізму в науці»); - робить чіткі передбачення щодо результатів майбутніх спостережень, які можна перевірити та спростувати. Зверніть увагу: математика дозволяє робити точні передбачення щодо результатів подальшого наукового пошуку. Це важливо !; І, нарешті, Четверте. Математика, необхідна, як всім відомо, для проведення коректного статистичного аналізу експериментальних результатів.

ШІ: А можна трохи конкретніше за залучення математичної статистики до аналізу результатів біологічних, зокрема, біохімічних досліджень ?

Костерін: Часто-густо в біології науковий пошук спряжений з обробкою великих масивів даних. І я не можу не згадати фразу видатного фізико-хіміка Едуарда Гуггенгейма: «Найбільш вдалі досліди виявляться некорисними, якщо експериментатору не вдасться належним чином обробити дані, що були одержані». Треба відзначити, що біохіміки традиційно активно використовують методи математичної статистики при аналізі власних експериментальних результатів, без цього жодний фаховий журнал, який добре рецензується, не прийме статтю до публікації. А відомий український біофізик професор Мирон Деркач (засновник кафедри біофізики та математичних методів у біології біологічного факультету Львівського національного університету ім. Івана Франка) висловив таку думку: "У практиці біолога-експериментатора окремі результати спостережень або аналізів, як правило, становлять інтерес тільки тоді, коли на їх основі можна зробити обґрунтовані узагальнення". Але скажіть мені, будь ласка, за які «обґрунтовані узагальнення» мова може йти без надійного статистичного аналізу ? Між іншим, професор Деркач ще у 1967 р. першим видав учбовий посібник для студентів університетів на українській мові «Основи біофізики», в якому, зокрема, були викладені елементи математичної статистики в біофізичному експерименті. До речі, у 2017 р. ми з колегами з Київського національного університету імені Тараса Шевченка видали у видавництві «Наукова думка» підручник «Статистичні методи в біології». Сподіваюся, що студентам вищих навчальних закладів - біологам та медикам, аспірантам, а також досвідченим вченим, він є корисним.

ШІ: Який внесок українських вчених у розвиток біоматематики?

Костерін: Чудове запитання ! Мені тут є що сказати. Перш за все я хотів би віддати належне одному з фундаторів  математичної та теоретичної біології професору Миколі (Ніколасу) Рашевському. Далеко не всі знають, що він народився у 1899 р. в Україні у м. Чернігові та у свої студентські роки вивчав теоретичну фізику у Київському університеті, а у 1924 р. емігрував до США. У 1938 р. він видав одну з перших монографій з математичної біології та математичної біофізики під назвою: «Математична біофізика: фізико-математичні основи біології». У 1939 р. він заснував журнал, що має сучасну назву «Bulletin of Mathematical Biology» – перший журнал, що був присвячений конкретно математичній біології. У 1940 р. він видав книжку «Досягнення математичної біології», у 1947 р. – монографію «Математична теорія людських стосунків», а у 1951 р. – книгу «Математична біологія соціальної поведінки» (зверніть увагу на наступну суперпозицію: БІОЛОГІЯ + МАТЕМАТИКА + СОЦІОЛОГІЯ !). До речі, на нашому загальноакадемічному міждисциплінарному семінарі у галузі природничих наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології», який з квітня 2023 р. стаціонарно функціонує на базі Інституту біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України (вже відбулося 35 засідань семінару), виступали з аналізом проблем «на стику» «Біологічне та Соціальне» наші знані вчені – соціологи : член.-кореспондент НАН України Євген Головаха та професор Володимир Паніотто (в  доповіді професора Паніотто обговорювалося надзвичайно цікаве питання: «Моделювання соціальних процесів і природничі науки – схожість математичного апарату чи схожість процесів?»). У Чикагському університеті професор Рашевський започаткував першу в світі докторську програму з математичної біології. М. Рашевський розробив модель нейронних мереж, він проаналізував топологію біологічних систем, мав суттєві здобутки у галузі формулювання фундаментальних принципів у системній та реляційній біології, розбудови уявлень щодо ієрархічної організації організмів та людського суспільства. Ще студентом я з великою зацікавленістю знайомився з його монографію у перекладі, що була присвячена математичним моделям в біології та медицині, вона справила на мене велике враження.   

ШІ: А хто в Україні займався питаннями математичної біології ?

Костерін: Знаєте, Україна має чудові традиції в цьому аспекті. У різні часи тією чи іншою мірою залучення математичних підходів до розв'язання біологічних проблем мало місце в багатьох університетах та інститутах НАН України – маю на увазі роботи Бернштейна, Глушкова, Давидова, Толпиго, Амосова, Гродзинського, Деркача, Антамонова, Петуніна, Кратко, Манзія, Мельника, Кликова, Далецького, Любича, Зими, Данилова, Бабського, Маркмана, Бесараба, Доброї, Іванова, Костюкова, Баєва, Желтовського, Говоруна, Броварець та інших.

Можливо не всім відомо, що в Україні ще у 1976 р. відбулася І Республіканська конференція "Математичні методи в біології". У вступному слові під час відкриття конференції наш видатний математик академік Ю. А. Митропольський зазначив, зокрема, таке: "Що може дати математика біології, а біологія математиці – питання далеко не тривіальне. Зрозуміло одне, що біологічні науки для математиків – область маловивчена, яка є нелегкою для опанування, але вона є такою, що багато обіцяє дослідникам". Дійсно, мені здається, що для системи "біологія + математика" властивим є своєрідний зворотний зв'язок: можна впевнено стверджувати, що для допитливого математика біологічні явища можуть бути вкрай цікавими й перспективними з погляду формулювання принципово нових математичних задач.

ШІ: В Україні на теперішній час дослідження у галузі математичної біології  мають місце?

Костерін: Так, звичайно, відповідні традиції продовжуються. Можу назвати призвіща колег, які нині працюють у галузі застосування математики до вирішення проблем біології, з багатьма з них я добре знайомий, а деякі з них є навіть моїми друзями: колеги Бровченко, Чалий, Прилуцький, Жук, Волков, Корнелюк, Сиволоб, Супрун, Ляшенко, Мукоєд, Грицай, Цимбалюк, Перепелиця, Оглобля, Щербак, Карахім, Чуніхін та ін. Хотів би підкреслити ще раз, що застосування методологій математичної та комп'ютерної біології є важливим для аналізу проблем, пов'язаних не лише з біохімією, біофізикою та молекулярною біологією, але й з фармакологією, екологією, охороною довкілля, поведінкою живих істот, для розбудови математичних моделей біобезпеки, епідеміології та навіть моделей соціальних систем і процесів. Як приклад можу згадати роботу члена-кореспондента НАН України І.О.Бровченка та співробітників, що була виконана в НАН України в галузі математичного моделювання розповсюдження епідемії коронавірусу SARS-CoV-2 в Україні. Доповідь Ігоря Олександровича Бровченка з цієї тематики ми у свій час слухали на засіданні нашого загальноакадемічного міждисциплінарного семінару у галузі природничих наук.

ШІ: Скажіть, будь ласка, за зв’язок саме біохімії та біофізичної хімії з математикою.

Костерін: В біохімії та біофізичній хімії математика потрібна на кожному кроці при дослідженні, наприклад: - кінетики ензиматичних реакцій (згадаємо легендарне рівняння Міхаеліса – Ментен та рівняння Холдейна, рівняння Хілла для опису кооперативних ефектів); - мембранного транспорту речовин (рівняння Фіка, Нернста-Планка, Старлінга); ліганд-рецепторної взаємодії (рівняння Скетчарда та Клотца); - антиген – антитіло взаємодії (і знову - рівняння Скетчарда); - моделюванні метаболічних перетворень; - передачі нервового імпульсу (матмоделі Ходжкіна - Хакслі, ФітцГ'ю - Нагумо, Морріса - Лекара, Іжикевича); - згортання крові (рівняння Навьє-Стокса, Брінкмана або закони Дарсі та Смолуховського, а також стохастичні рівняння); - у біохімічній фармакології (рівняння Хендерсона-Хассельбаха, Скетчарда, Кларка) тощо. Коли ми вивчаємо біохімічні процеси «in vitro», досліджуючи, скажимо, як ензим взаємодіє із субстратом або як інгібітор (наприклад, потенційні ліки) блокує активний центр ензиму, нам без математичних моделей, що грунтуються на використанні диференціальних рівнянь, не обійтись.

 ШІ: Давайте поговоримо трошки детальніше про компютерне моделювання в біохімії…

Костерін: Дійсно, сьогодні дуже важливим є комп’ютерне моделювання біологічних процесів, в тому числі й біохімічних. Ми з професором Ю.І. Прилуцьким нещодавно у видавництві Київського національного університету імені Тараса Шевченка видали підручник «Комп’ютерне моделювання в біології». Жива клітина — це надзвичайно складна динамічна система. Замість того, щоб «наосліп» ставити тисячі дорогих і тривалих експериментів, в принципі можна побудувати систему диференціальних рівнянь, яка описує біохімічні каскади, і просимулювати поведінку математичної моделі на комп’ютері. Математика дає змогу виявити закономірності протікання та властивості біохімічного процесу, які невидимі за простим спостереженням, передбачити доцільність, необхідність та напрям подальших експериментальних досліджень. Але безперечно, що в біохімії експерименти in vitro, in vivo та математичне моделювання, у тому числі in silico, повинні йти спряжено – в одній зв’язці.

Як бачите, очевидно, що сьогодні залучення математики до вивчення біологічних, зокрема біохімічних, проблем, не потребує адвокатури.

ШІ: А цікаво, чи є значущим комп’ютерне моделювання в фармакології. Чи має цей міждисциплінарний підхід практичне значення для медицини ?

Костерін: Однозначно. Сучасна фармакологія в значному ступені базується на засадах фізико-хімічної біології. Створення нових лікарських препаратів починається з математичного моделювання взаємодії молекули-мішені (наприклад, рецептора на плазматичній мембрані клітини) з різними хімічними сполуками. Більше того, зараз активно розвиваються нанобіотехнології. Ми, наприклад, досліджуємо модуляцію механокінетики та енергетики м’язів за допомогою наноматеріалів (зокрема каліксаренів). Без фізичних методів, без математичних розрахунків, без комп’ютерного моделювання оцінити, якщо мати серьозні наміри, як наночастинки проникають крізь мембрану міоциту, як вони розподіляються в електричному полі клітини, як компартменталізуються в ній та як впливають на внутрішньоклітинні біохімічні процеси - просто нереально.

ШІ: Ви можете навести приклад спряження досліджень у галузі математичного моделювання та медицини ?

Костерін: Будь ласка. Ось кардіологія. Міокард -  це теж м'яз. Робота водіїв ритму серця та поширення хвилі скорочення повністю підпорядковані математичним законам. Коли кардіолог призначає пацієнту антиаритмічні препарати, ці ліки блокують певні іонні канали і, відповідно, змінюють значення коефіцієнів проникності через плазматичну мембрану для окремих іонів (давайте згадаємо відоме рівняння Гольдмана-Ходжкіна-Каца), і як наслідок - змінюється електричний потенціал м'яза, серцевий ритм стабілізується, і це часто – густо рятує людині життя. Математична модель дозволяє точно розрахувати, на скільки мілівольт зміниться мембранний потенціал кардіоміоциту під дією ліків, що використовуються в певній дозі.

ШІ: А можна більш конкретно розповісти за створення ліків та ефективність сучасної терапії в контексті залучення комп’ютерного моделювання до вирішення цього питання?

Костерін: Усе починається з біохімічного дослідження хвороби. Наприклад, науковці шукають конкретний білок (це може бути ензим бактерії, рецептор на поверхні клітини або вірусний протеїн), який відповідає за розвиток патології. Цей білок стає мішенню. Завдання майбутніх ліків — наприклад, заблокувати його роботу. І ось, замість того, щоб тестувати мільйони хімічних сполук у реальній лабораторії (що зайняло б мабуть десятиліття і коштувало б мільярди грошей), проводиться те, що має назву «віртуальний скринінг» та «молекулярний докінг» in silico. Спеціальні комп‘ютерні програми «беруть до уваги» тривимірну структуру білка-мішені та намагаються «приміряти» до його активного центру тисячі різних молекул – кандидатів (інгібіторів чи, якщо є необхідність, активаторів), що схоже на підбір «ключа» до «замка». Комп’ютер розраховує сили електростатичної взаємодії, Ван-дер-Ваальсові сили, гідрофобні взаємодії та водневі зв’язки між молекулою ліків і протеїном. Відповідні програми використовують складні алгоритми та так звані скорингові функції (scoring functions), які вираховують енергію зв’язування (ось Вам і тут фізика !). Чим нижча вільна енергія системи — тим міцніший є зв’язок, а отже, тим ефективнішими будуть ліки.

ШІ: А чому це так?

Костерін: Низька енергія системи вказує на високу афінність (спорідненість) ліганду до сайту зв’язування, що є критично важливим для створення ліків. В біохімії при молекулярному моделюванні (докінгу) діє фундаментальне правило термодинаміки: система прагне до мінімуму вільної енергії Гіббса. Коли молекула ліків (ліганд) зв’язується з білком-мішенню в організмі, виділяється енергія. Чим нижчою (більш негативною) стає вільна енергія зв’язування, тим стабільнішим є комплекс «білок — ліганд». Відповідно потрібна менша концентрація ліків, щоб заблокувати або активувати цей білок. Це безпосередньо підвищує потенційну ефективність фармакологічного препарату. До того ж білки в клітині не є статичними, вони постійно рухаються та коливаються. Тому після докінгу запускають процедуру молекулярної динаміки. Комп'ютер моделює поведінку білка разом із ліками у часі (зазвичай на рівні наносекунд або мікросекунд) у віртуальному водному середовищі. Для цього кожну мікросекунду комп'ютер розв'язує рівняння руху Ньютона для тисяч атомів одночасно (і знову, як бачите, тут разом фізика + математика). Це дозволяє оцінити, чи не випаде «ключ» із «замка», коли білок почне тепловий рух.

ШІ: Сергію Олексійовичу, але в клітині мабуть все значно складніше…

Костерін: Дійсно, кінцева ефективність фармакологічного препарату залежить не лише від афінності молекули ліків до білка – мішені, але й від поведінки цього препарату в усьому організмі. Адже в реальному живому організмі (в умовах in vivo) ситуація набагато складніша, ніж у випадку комп'ютерній моделі (in silico). Низька вільна енергія зв'язування — це лише перша умова, якщо можна так сказати, бо фактична ефективність дії ліків в організмі залежить і від багатьох інших факторів: проникності через плазматичну мембрану, специфічності (вибірковості) дії препарату, фармакокінетики, кінетики зв’язуваня з мишенню. А взагалі це найважливіше питання: наскільки те, що ми одержуємо «in vitro» чи «in silico», відповідає тому, що відбувається «in vivo»… Але ця проблема потребує особливого обговорення…

ШІ: Ну добре, комп’ютер «знайшов» найкращі молекули. А що відбувається далі ?

Костерін: Коли комп'ютер «знайшов» деяку кількість найкращих молекул, застосовується математичний підхід QSAR (Quantitative «Structure-Activity» Relationship - кількісне співвідношення «Структура — Активність»). За допомогою методів машинного навчання та математичної статистики аналізують, які саме хімічні групи в молекулі посилюють лікувальний ефект, а які роблять її токсичною. Відповідно молекулу «дошліфовують» на екрані монітора, роблячи її максимально безпечною та ефективною ще до того, як її вперше синтезують у хімічній лабораторії. Отже, завдяки такому залученню точних наук шлях від ідеї до створення ліків суттєво скорочується, а ефективність сучасної терапії значно зростає.

ШІ: Давайте перейдемо до ще однієї фундаментальної теми, аналіз якої потребує залучення математичних підходів – до кінетики ензиматичних реакцій.

Костерін: Ну, за це я можу багато чого розповісти. До речі: у 2021 р. ми разом з моїм співробітником кандидатом хімічних наук Сергієм Олександровичем Карахімом видали у видавництві «Наукова думка» монографію «Біохімічна кінетика». В цій монографії ми намагалися охарактеризувати сучасний стан біохімічної кінетики. Але вона не є підручником, читання її вимагає певної підготовки у галузі ензимології, фізичної хімії та вищої математики. Математика дала біохімії точність. Саме у випадку вивчення властивостей ензиматичних реакцій, перш за все – їхньої динаміки, математика стає головним інструментом біохіміка, дозволяючи мовою рівнянь описати, з якою швидкістю працюють «молекулярні машини» нашого організму. Видатному біохіміку і генетику Дж. Холдейну належить така фраза: «Ключ до пізнання ензимів лежить у визначенні швидкостей реакцій, а не рівноваг». Будь-який динамічний процес у клітині - від розщеплення цукру до копіювання ДНК - відбувається за участю біологічних каталізаторів, тобто ензимів. Втім, якби біохіміки просто описували їх словами (на кшталт «цей фермент працює швидко, а той — повільно»), наука не змогла б просунутися вперед. Це ж стосується й інших біохімічних і біофізичних процесів, за які я вже казав вище - ліганд-рецепторної взаємодії, мембранного транспорту речовин, антиген – антитіло взаємодії, передачі нервового імпульсу, згортання крові тощо.

ШІ: Отже, ензимологія – кількісний розділ біохімії…

Костерін: Абсолютно ! Знаєте, сьогодні в біохімії вже недостатньо описувати експериментальні дані у «стовбчиковому форматі» (наприклад, у випадку класичних діад «Проба - Контроль», «Норма - Патологія») за принципом «тут у мене показник більше, а тут у мене він менше». Хоча зазначений формат, звичайно, є необхідним на першому – початковому етапі досліджень. Об’єктивний аналіз ензиматичних процесів потребує використання інших, так званих характеристичних параметрів, які не залежать від суб’єктивізму дослідника (тобто від концентрацій реагентів, що приймають участь в біохімічному процесі, та від часу інкубації) – адже кожний експериментатор часто-густо концентраційний та часовий режим проведення ензиматичної реакції, яку він вивчає, обирає таким, який він вважає необхідним. А як тоді порівнювати результати, що були одержані різними дослідниками в різних лабораторіях при вивченні конкретного біохімічного процесу? Втім, такі характеристичні параметри добре відомі – то є константи швидкості k та константи рівноваги K окремих стадій, константа Міхаеліса K_m та субстратна константа К_s , константи інгібування К_і та активації К_а , коефіцієнт Хілла n_H , термодинамічні характеристики (енергія активації Е_а , зміна внутрішньої енергії ∆U, вільної енергії Гіббса ∆G, вільної енергії Гельмгольця ∆F, ентальпії ∆H та ентропії ∆S тощо). Зазвичай ці параметри, відповідно до канонів фізичної хімії, залежать від фізико-хімічних умов проведення процесу в середовищі інкубації – температури, рН, іонної сили, відносної діелектричної проникноті, в’язкості, але ж ці фізіологічні умови легко контролюються експериментатором: у випадку ссавців вони достатньо консервативні і практично однакові в дослідженнях, що проводяться в різних лабораторіях (ну, скажемо, температура - 37⁰ C, рН – 7,0–7,4, іонна сила – 0,15 М, відносна діелектрична проникність – 50 – 85).

ШІ: Сергію Олексійовичу, ми торкнулися двох фундаментальних питань, пов’язаних з залученням математики та комп'ютерного моделювання до вирішення проблем створення ліків та кінетики ензиматичних реакцій. Давайте поговоримо про залучення в Україні фізики та математики до біохімії та механокінетики м'язового скорочення.

Костерін: Чудово ! Хоча зразу ж хочу сказати, що для мене ця тема практично не має меж. Перш за все відзначу, що проблеми біохімії та біофізики м’язового скорочення завжди традиційно були у фокусі уваги науковців України. Член-кореспондент НАН України Д.Л.Фердман та його наукова школа досягли суттєвих результатів із вивчення вуглеводно-фосфорного та азотного обміну в м’язах, дослідженні їхньої біоенергетики, процесів перетворення адениннуклеотидів та аміакоутворення у м’язовій тканині, з’ясуванні особливості обміну речовин при патології м’язів. Академіки П.Г.Богач та М.Ф.Шуба зі своїми співробітниками активно займалися дослідженнями у галузі біофізики та фізіології гладеньких м’язів. Професор М.Д.Курський започаткував такий науковий напрям у біохімії м’язів, як біохімічна мембранологія м’язових клітин. Професор В.Л.Зима вивчав спектральні характеристики скоротливих білків, а також механокінетичні та термодинамічні властивості м’язових волокон у випадку їхньої високоеластичної в’язко-пружної деформації. До з’ясування механізмів м’язового скорочення були залучені й фізики, зокрема фізики-теоретики. Так, академік НАН України О.С.Давидов створив солітонну модель механізму скорочення м’язових волокон, а член-кореспондент НАН України К.Б.Толпиго запропонував оригінальну теорію м’язового скорочення, що ґрунтувалася на ідеї, відповідно до якої енергія розкладання нуклеозидтрифосфату АТР передається ланцюжками водневих зв’язків між скоротливими білками актином і міозином, що й викликає їхнє переміщення. На теперішній час в Україні активно вивчають біохімічні та біофізичні механізми м’язового скорочення, проблеми фізіології та фармакології м’язів (академік С.О.Костерін та колеги, академік Я.М.Шуба та співробітники, професор О.В.Жолос, професор Ю.І.Прилуцький, доктор біологічних наук Д.М.Ноздренко, професор О.В.Цимбалюк та інші).

ШІ: Ми можемо розглядати м’яз як унікальний механохімічний двигун ?

Костерін: Безперечно, бо він таким і є ! Втім, перш за все хочу відзначити, що всі м’язи поділяються на три великі групи: 1) скелетні, або посмуговані, які виконують локомоторну функцію і є частиною опорно-рухового апарату; 2) міокард (серцевий м'яз), який є, по-суті, м’язовою помпою, що забезпечує перекачування крові; 3) гладенькі (непосмуговані) м’язи внутрішніх органів, які іннервуються вегетативною нервовою системою, тобто їх скорочення відбувається мимовільно і не може регулюватися свідомо. Ці м’язи забезпечують функціонування внутрішніх органів та їх систем. Це, насамперед, судинна, дихальна, лімфатична, сечостатева системи, шлунково-кишковий тракт, протоки залоз зовнішньої та внутрішньої секреції, сфінктер зіниці ока тощо. От ми як раз і займаємося біохімічними – іонними, молекулярними, мембранними та клітинними механізмами скорочення – розслаблення гладеньких м’язів. З термодинамічної точки зору коефіцієнт корисної дії (ККД) м’язів є відносно високим і у середньому становить 20 - 30 %, але в Природі трапляються й унікальні випадки, наприклад, ККД скелетного м’язу черепахи може досягати, уявіть собі, 65 - 75 %. Жоден винайдений людиною двигун внутрішнього згоряння не має такої високої ефективності. В енергетиці м’язів не спрацьовує класична формула Карно для розрахунку ККД процесу скорочення, яка широко відома в теплотехниці, бо процес м’язового скорочення відбувається практично в ізотермічному режимі: втім, на теперішній час розроблена спеціальна термодинаміка цього АТР-залежного механохімічного процесу. 

ШІ: Які дослідження у галузі біохімії та біофізики м’язів, що потребують залучення фізики та математики, проводяться у керованому Вами відділі в Інституті біохімії ім.О.В.Палладіна НАН України ?

Костерін: Ці дослідження переважно спрямовані на вивчення біохімічних -  іонних, молекулярних, мембранних та клітинних механізмів скорочення - розслаблення гладеньких м’язів, за що я казав вище. На міждисциплінарному рівні ми трактуємо гладеньком’язову клітину як нерівноважну в термодинамічному відношенні відкриту рецепторну тензоелектрохімічну практично ізотермічну Са²⁺-залежну систему. Як я вже відзначав, при вирішенні зазначених механізмів ми активно використовуємо сучасні фізичні та фізико-хімічні методи - конфокальну мікроскопію, протокову цитофлуориметрію, фотонну кореляційну спектроскопію флуоресцентний аналіз, тензометрію, а також математичне моделювання, докінг та молекулярну динаміку.

ШІ: Можете деталізувати наукові завдання, що наразі стоять перед колективом відділу ? Яке тут місце фізики та математики ?

Костерін: Будь ласка. У фокусі нашої наукової уваги знаходяться наступні завдання:

1.Подальша ідентифікація, вивчення властивостей (ензиматичних, кінетичних, енергетичних) та функціональної ролі катіон-транспортувальних систем (перш за все - Са²⁺-транспортувальних), локалізованих в плазматичній мембрані, мітохондріях та саркоплазматичному ретикулумі гладеньком’язових клітин. Особлива увага нами приділяється електроензимам – Mg²⁺,ATP-залежним кальцієвій та натрієвій помпам плазматичної мебрани, а також системам транспорту іонів Са в мітохондріях - Са²⁺-уніпортеру та Н⁺-Са²⁺-антипортеру. У свій час у відділі також досліджували АТР-гідролазу скоротливого білка актоміозину. Деякі з цих досліджень описані в наших наступних монографіях: - Костерин С. А. «Транспорт кальция в гладенькому мязі». Київ. «Наукова думка», 1990; Kosterin S.О. et al.  «Mechanisms of Ca²⁺ transport in myometrium». Chapter 6. In: «Control of Uterine Contractility». CRC Press, Boca Raton, USA. 1994; - Костерін С.О., Бабіч Л.Г., Шликов С.Г., Данилович Ю.В., Векліч Т.О., Мазур Ю.Ю. «Біохімічні властивості та регуляція Са²⁺-транспортувальних систем мембранних структур гладеньком'язевих клітин». «Наукова думка», 2016.

2.Пошук афінних та селективних нетоксичних/малотоксичних ефекторів енергозалежних мембранозв’язаних Са²⁺-транспортувальних систем з метою створення на основі цих сполук ефективних регуляторів скоротливої функції гладеньких м’язів у випадку її порушень за патологічних станів. Так, в останні роки стало зрозумілим, що макроциклічні сполуки каліксарени можуть являти собою ефективний інструмент для вивчення біохімічних механізмів процесу «скорочення-розслаблення» м’язів. Мій колега О.В.Бевза забезпечує ці дослідження комп’ютерним супроводженням in silico. По-суті - ці дослідження у галузі нанобіотехнології, і вже багато років ми проводимо їх спільно з науковою школою в галузі органічної хімії, яку очолює наш видатний вчений академік Віталій Іванович Кальченко (Інститут органічної хімії НАН України). За цією тематикою ми випустили декілька міждисциплінарних монографій (наприклад - С.О.Костерін, В.І.Кальченко, Т.О.Векліч, Л.Г.Бабіч, С.Г.Шликов. «Каліксарени як ефектори АТР-гідролазних систем гладеньком’язових клітин». Київ. «Наукова думка». 2019; - С.О.Костерін, О.В.Цимбалюк. «Механокінетика вісцеральних гладеньких м’язів та її модуляція наноматеріалами». Київ. «Наукова думка». 2022; - Г.В.Данилович, Ю.В.Данилович. «Синтез та біологічна активність оксиду азоту в мітохондріях гладенького м’яза». Київ. «Наукова думка». 2024.). А наша міждисциплінарна стаття, в якій вперше в світі нами було продемонстровано, що вибрані каліксарени можуть селективно модулювати ензиматичну активність катіон-транспортувальних АТР-гідролаз мембран міоцитів, вийшла в світ ще у 2005 р. (Rodik R., Boiko V., Danylyuk O., Suwinska K., Tsymbal I, Slinchenko N., Babich L., Shlykov S., Kosterin S., Lipkowski J. and Kalchenko V. Tetrahedron Letters. 2005, V.46, N43).

3.Створення математичних моделей біохімічних процесів, що відбуваються в гладенькому м’язі. Суттєвих результатів у розбудові цього напряму досягли співробітники нашого відділу кандидат хімічних наук С.О.Карахім за участі професійного математика професора П.Ф.Жука (математична модель внутрішньоклітинного кальцієвого гомеостазу в гладеньком’язові клітині, розрахунок енергетичних характеристик процесу скорочення – розслаблення, модель транмембранного обміну іонів) та кандидат технічних наук О.Ю.Чуніхін (залучення до аналізу результатів дослідів методології мереж Петрі - математичного апарату для моделювання динамічних дискретних систем, з метою опису метаболічних показників та фізико-хімічних характеристик мітохондрій). Мною за участі професора О.В.Цимбалюк був розроблений комплексний метод механокінетичного аналізу скорочення – розслаблення гладенького м’язу в ізометричному та ізотонічному режимі.

ШІ: Тобто знову маємо суперпозиція наук…

Костерін: Ну, для мене очевидно, що без точних розрахунків констант швидкості та спорідненості, швидкостей окремих стадій ензиматичних процесів, сил та електрохімічних потенціалів біохімія м'язів зводилася б просто до статичного каталогу білків, але завдяки фізиці, математиці та комп’ному моделюванню вона стає динамічною наукою.

ШІ: Відповідно до вищесформульованого Вами другого завдання, що стоїть перед колективом Вашого відділу, мова йде за нанобіотехнологію. За неї наразі багато говорять…

Костерін: Так, дійсно !  Виявляється, для наночастинок є властивими своєрідні ефекти у їх дії на хімічні, фізико-хімічні, фізичні та біологічні процеси. Ці ефекти в значному стулені пов’язані з двома головними факторами: суттєвим збільшенням питомої площі поверхні S/W молекулярного ансамблю (S – площа поверхні, W – об’єм) та демонстрацією квантово-розмірних проявів: коли речовина переходить у нанорозмірний стан (характеристичний лінійний розмір - від 1 до 100 нм) властивості матеріалу детермінуються законами квантової механіки (розмір частинки стає порівнянним із довжиною хвилі де Бройля ƛ для електрона), а не законами класичної фізики. Іншими словами, унікальні ефекти наночастинок виникають переважно через те, що поверхневі атоми починають «керувати» властивостями всього об'єму: адже у звичайних матеріалах майже всі атоми сховані всередині, а у випадку наночастинок від 30 до 80% усіх атомів розташовані на поверхні. А у зв’язку з обмеженням простору для електронів поведінка ансамблю наночастинок підпорядковується законам квантової фізики.

ШІ: Таким чином нанобіотехнологія об'єднує біологію, фізику та хімію…

Костерін: На теперішній час цілком очевидно, що вирішення фундаментальних проблем нанобіотехнології потребує залучення теоретичних та методичних підходів, уявлень, бачень, концепцій, гіпотез та теорій, притаманних не лише біології (біохімія, біофізика, молекулярна біологія, мікробіологія та вірусологія) та біомедицині, але й хімії (неорганічна, органічна, фізична, колоїдна) та фізиці (термодинаміка та статистична фізика, квантова механіка).

Не всі знають, що ще у 1959 р. видатний фізик лауреат Нобелевської премії професор Річард Фейнман, виступаючи з лекцією в одному з університетів США, сказав таку легендарну фразу: «Там, внизу, повно місця !», хоча у той час взагалі не було терміну «нанотехнологія» і, тим більше, «нанобіотехнологія». Він закликав фізиків вчитися у біологів і Живої Природи. Він казав: «Інша область, в яку ми маємо увійти — це біологія. Біологічні системи — це приклади дуже-дуже малих машин, які виконують дивовижні речі... Клітина є чудовим прикладом того, що можна зробити, якщо створювати речі в наномасштабі».

ШІ: Але тут, мабуть, маємо й практичний аспект, важливий для біомедицини…

Костерін: Дійсно, наночастинки можуть виступати як ефективні ліки (наприклад, для зняття спазмів чи лікування серцевих хвороб), або як «розумні контейнери» для доставлення інших ліків безпосередньо в клітину. Адже завдяки своїм унікальним фізико-хімічним властивостям і крихітним розмірам наночастинки (наприклад каліксарени, фулерен С-60) здатні проходити крізь плазматичну мембрану в клітину, куди звичайні великі молекули ліків пробитися не можуть.

ШІ: Ваш відділ й надалі буде розробляти питання нанобіотехнології ?

Костерін: Безперечно ! Але конкретика наступна: мова буде йти за подальше пізнання закономірностей та біохімічних і фізико-хімічних механізмів дії наноматеріалів, зокрема, каліксаренів, на трансмембранний обмін іонів Са в міоцитах та Са²⁺-залежну скоротливу активність м’язів. Зрозуміло, що без залучення уявлень фізики, хімії та математики тут не обійтися. До речі: ми разом з колегами наразі працюємо над написанням нашої нової міждисциплінарної монографії «Біохімічні та фізико-хімічні механізми дії наноматеріалів на кальцієвий гомеостаз в міоцитах та скоротливу активність м`язів». В цій монографії будуть систематизовані, проаналізовані та узагальнені власні, а також літературні експериментальні результати комплексного міждисциплінарного дослідження, яке було виконано в останні роки «на стику» біохімії, хімії макроциклічних сполук, фізичної та біофізичної хімії, фізіології та нанобіотехнології, і спрямоване на пізнання закономірностей та біохімічних і фізико-хімічних механізмів дії наноматеріалів на метаболічні процеси, що забезпечують Са²⁺-залежне спряження збудження та скорочення м’язів.

СШ: Сергію Олексійовичу, а проблеми нанобіотехнології обговорюються на керованому Вами загальноакадемічному міждисциплінарному семінарі у галузі природничиз наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології» ?

Костерін: Так ! Ви знаєте, я нещодавно підрахував: десь до 40 % наукових доповідей, що були заслухані на наших семінарських засіданнях у 2023 – 2026 рр., становили доповіді саме у галузі нанобіотехнології. Ну, наприклад, з такими доповідями вже виступили фізики, хіміки, біологи - професори Ігор Комаров, Оксана Горобець, Дмитро Волочнюк, Валерій Лозовський, Олена Мошинець, Валерій Скришевський, Юлія Шлапа, Марія Лобода та ін. А восени очікуємо виступи на семінарі з доповідями з нанобіотехнології професора Світлани Дибкової та к.б.н. Тетяни Думич. Тобто – прцюємо!

ШІ: А Ви можете навести приклади безпосередньо Ваших досліджень у галузі кінетики та енергетики біологічних, у тому числі, біохімічних процесів ?

Костерін: Будь ласка. Вони стосуються біохімії та біофізики м’язів, біохімічної мембранології та біохімічної кінетики. 1. Дослідження біохімічних механізмів енергозалежного мембранного транспорту іонів кальцію в міоцитах, вивчення впливу біологічно активних сполук, зокрема каліксаренів, на Mg²⁺-залежні АТР-гідролази та іонні помпи клітинних мембран. 2. Дослідження властивостей катіон-транспортувальних електроензимів мембран гладеньких м’язів. 3. З метою вивчення потенціалозалежності кальцієвої помпи плазматичної мембрани мало місце теоретичне обгрунтування та розробка підходу, що був експериментально підтверджений, щодо можливості створення електричного потенціалу Гіббса-Доннана в системі «мембранні везикули – ізотонічне середовище розведення». 4. З використанням методу ізотопного обміну (⁴⁵Са²⁺-⁴⁰Са²⁺ обмін) було проведено кінетичне дослідження компартменталізації іонів Са в гладенькому м’язі. 5. Вивчення механокінетики та термодинаміки високоеластичної пружньої деформації скелетного м’язу. 6. Розробка методології дослідження механокінетики та енергетики скорочення гладенького м’язу. 7. Розробка методу визначення спорідненості ліганду до центрів зв’язування у випадку білків та біомембран з неоднорідною адсорбційною поверхнею. 8. Розроблення методів кінетичного аналізу ензиматичних реакцій та катіон-транспортувальних процесів, а також внутрішньоклітинних кальцієвих транзієнтів. 9. Розробка методу RATIO для ідентифікації механізму дії оборотного ефектора в системі «Ензим – Субстрат – Інгібітор/Активатор». 10. Надання кількісної інтерпретації явищу субстратного протектування в ензиматичному каталізі, що має значення для інженерної ензимології. 11. Створення, у співпраці з нашим видатним біохіміком академіком Володимиром Олександровичем Беліцером, математичної моделі механизму гальмування полимеризації фибрину фибриногеном та його активними фрагментами. У свій час я мав щасливу можливість наукової співпраці з Володимиром Олександровичем, враження від спілкування з ним, його відданості науці залишилися в мене на все життя.

ШІ: Давайте розглянемо такий приклад. Молодий науковець - біохімік при виконанні бакалаврської, магістерської чи дисертаційної роботи у галузі, наприклад, ензимології, мембранного транспорту речовин чи взаємодії «антиген – антитіло», одержав деяку експериментальну криву. Що далі ?

Костерін: Цей науковець повинен розпочинайти з найпростішого: намагатися математично описати та охарактеризувати в термінах характеристичних констант цю криву. А потім, приймаючи до уваги свої знання про відповідні біохімічні процеси, які вивчаються, поразмірковувати над наступним: яким молекулярним механізмом (чи механізмами) поки що якісно можна пояснити саме такий хід одержаної експериментальної кривої ? Далі свою якісну гіпотезу щодо молекулярного механізму процесу йому треба намагатися формалізувати на рівні запису комплексу відповідних біохімічних/хімічних реакцій. Наступний крок – створення математичної моделі, тобто формалізація реакційної схеми, що була запропонована, у формі системи диференційних рівнянь відповідно до закону діючих мас. Нарешті – вирішення системи цих рівнянь з метою співставлення характеру експериментальної кривої з результатом, який був одержаний при математичному моделюванні молекулярного процесу. Дуже добре, якщо до створення математичної моделі буде залучений кваліфікований математик. І якщо виявиться, що модельні уявлення пояснюють хід експериментальної кривої, то можна буде сподіватися, що гіпотеза щодо постульованого біохімічного механізму процесу, що вивчається, дійсно може мати сенс.

ШІ: А чому «можна буде сподіватися» ?

Костерін: Бо не виключено, що потенційно можуть мати місце і інші механізми, якими також можна пояснити хід цієї експериментальної кривої. Такі випадки в науці, зокрема в ензимології, відомі. Тоді для з’ясування істини необхідна постановка додаткових цілеспрямованих експериментів. Якщо ж відповідності теоретичних гіпотетичних модельних уявлень експерименту немає – то це означає, що запропонований гіпотетичниий молекулярний механізм треба відкинути як такий, що не має сенсу (згадаємо вислів Ервіна Чаргаффа «Ніколи не сперечайся з експериментом»), чи він потребує доопрацювання.

ШІ: Наша бесіда наближається до завершення. Що б Ви порадили молодим науковцям, які лише починають свій шлях у біохімії, зважаючи на перспективність залучення до власних досліджень фізики та математики?

Костерін: Моя порада незмінна: спочатку потрібно здобути міцну фундаментальну підготовку у своїй базовій дисципліні (біохімія, біофізика, молекулярна біологія, фізіологія, мікробіологія тощо), адже неможливо ефективно поєднувати науки, якщо ти не знаєш жодної з них достатньо глибоко. Більш того, вважаю, що знання класичних біологічних дисциплин (ботаніки, зоології) вкрай необхідне для формування того, що ми називаємо «біологічним світоглядом». Але водночас не можна закриватися у своїй «мушлі». Сучасний біохімік повинен мати широту погляду: слухати лекції з вищої математики, програмування, молекулярної фізики, спілкуватися з фахівцями суміжних напрямів, дискутувати на семінарах. Саме на цих перехресних стежках науки, де різні дисципліни не просто співіснують, а взаємодіють задля отримання нового знання, сьогодні й народжуються відповіді на найскладніші запитання про природу Життя. Сучасні біохімія та біотехнологія — це глибоко міждисциплінарні науки, які не спроможні існувати без точних інструментів фізики та математики. Саме такі погляди я намагаюся доводити до уваги студентів під час своїх лекцій у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка.

А щодо безпосередньо математики та її аплікації до біології, то я б тут нагадав молодим науковцям висловлювання видатного математика та кібернетика Норберта Вінера: «Математика – наука молодих. Інакше й не може бути. Заняття математикою – це така гімнастика розуму, для якої потрібні вся гнучкість і вся витривалість молодості !».

І ще одна порада молоді: якщо Вам є що сказати – не бійтеся виходити на трибуну для публічного висловлювання своїх думок, задавати запитання на семінарах ! Саме так формується досвід підготовки презентацій, «культура» відповідей на запитання та дискусій. Публічний усний виступ науковця на конференції, на семінарі, відповіді на запитання, дискусії - це найвищий ступінь демократизації в науці ! 

ШІ: Який ми могли б зробити  висновок відповідно до тематики нашого спілкування, як Ви думаєте?

Костерін: Спробую лаконічно сформулювати. Жива клітина — це досконалий Всесвіт, де біохімічні та хімічні перетворення, фізичні поля та математичні закономірності працюють у повній гармонії. Сьогодні наша з Вами бесіда в тому чи іншому ступені торкалася біохімії м’язів, біофізичної хімії, зокрема, кінетики біохімічних реакцій та молекулярної фармакології, а також нанобіотехнології. Математика дала біохімії мову точних розрахунків (системи диференціальних рівнянь, моделі QSAR), перетворивши описову біологію на точну науку. І, нарешті, комп'ютерні технології (in silico) об'єднали фізику і математику, дозволивши моделювати нові ліки на екранах суперкомп'ютерів, прораховувати рух атомів у наносекундах та створювати  терапію майбутнього без тисяч «сліпих» експериментів.

ШІ: Сергію Олексійовичу, дякую Вам за цю бесіду. Бажаю Вам та Вашим колегам подальших успіхів у міждисциплінарній науковій роботі у галузі біохімії м’язів та нанобіотехнології !

Костерін: Дякую Вам за увагу !