авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Московский физико-технический институт (государственный университет) ...»

-- [ Страница 3 ] --

Другой способ компенсации блокировки заключается в делении коммуникаци онной сети на неблокируемые подсети, таким образом, чтобы коммуникации между процессами в задачах, распределенных на эти подсети не смогли помешать друг дру гу. В рассматриваемой сети можно выделить неблокируемые подсети, охватывающие более одного узла нижнего уровня, при условии, что число каналов подсети в каж дый из блокируемых узлов, не превышает. При этом на каждом из коммутаторов нижнего уровня останутся не менее 2 узлов, образующих на нем изолирован ную неблокируемую сеть. На практике даже такой небольшой сети достаточно для многих пользовательских задач, особенно с учетом того, что, как правило, узел со временного вычислительного кластера имеет 8–12 вычислительных ядер (64–96 ядер на изолированную сеть для = 8 и = 24).

Реализация указанных методов компенсации блокировки требует доработки ал горитмов планирования прохождения задач.

Рис. 1. Блокируемая сеть : ( ) Литература 1. Clos С. A study of non-blocking switching networks // Bell System Technical Journal, March 1953. C. 406–424.

2. Leiserson C.E. Fat-Trees: Universal Networks for Hardware-Ecient Supercomputing // IEEE Transactions on Computers, V. 34, N 10, October 1985. P. 892–901.

3. Petrini F., Vanneschi M. k-ary n-trees: High Performance Networks for Massively Parallel Architectures // Proceedings of the 11th International Parallel Processing Symposium, IPPS’97, April 1997. P. 87–93.

4. Desai N., Balaji P., Sadayappan P., Islam M. Are nonblocking networks really ne eded for high-end-computing workloads? // Proceedings of CLUSTER. 2008.

P. 152–159.

68 И.С. Селезнев УДК 004. Моделирование сложных систем И.В. Ким Московский физико-технический институт (государственный университет) Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН В данной работе представлен способ моделирования системы, состоящей из мно жества заряженных частиц, методом МД (молекулярной динамики). В данной про грамме предполагается использование различных численных методов для нахожде ния минимума энергии системы, с целью последующего её нагрева и наблюдения за параметрами системы. Также предполагается возможность наблюдения системы в динамике с изменением её параметров в реальном времени. В будущем планируется расширение пакета для моделирования квантовомеханических систем.

В качестве методов предполагается взять метод скоростного спуска, метод сопря жённых градиентов и, возможно, другие методы. Планируемая среда разработки связка языка C++, СУБД MySql и библиотек OpenGl. Программный пакет нацелен на применение в системах высокопроизводительных вычислений. Предполагается ре ализовать параллельную обработку данных с использованием технологий MPI.

На данный момент описанный программный пакет находится в состоянии проек тирования общей архитектуры. Практически закончено описание расчетных методов.

УДК 004. Проблемы мониторинга высокоскоростных каналов связи И.С. Селезнев Московский физико-технический институт (государственный университет) На данный момент большинство сетей, как то сеть внутри суперкомпьютера или каналы связи между городами или странами (например GEANT), имеют пропускную способность 10 Gb/s. Естественно, появляется необходимость просматривать весь по ток информации как для целей сбора статистических данных и оптимизации сетевой инфраструктуры, так и для разработки новых систем безопасности. Мощность обыч ного компьютера позволяет на лету собирать пассивную информацию (IP-адреса сто рон, порт сессии, мак-адреса) и анализировать информационный поток в 100Mb/s.

Мощности каналов растут, и сейчас даже на персональных машинах используют ся интерфейсы в 1Gb/s, а в суперкомпьютерах и магистральных каналах 10Gb/s, обычного персонального компьютера уже не хватает, чтобы обработать весь поток данных.

Для решения данной задачи необходимо не только производительное оборудова ние. Сейчас существуют многопроцессорные системы, в свою очередь каждый про цессор имеет несколько ядер, каждое из которых может обрабатывать 2 потока ин формации. Но даже при таких мощностях существуют проблемы не оптимизиро ванного кода, пропускных способностей основных шин на системной плате. Просто сопоставив скорости работы пиковой скорости передачи данных одного модуля со временной серверной памяти (например самого распространённого DDR3 pc3-10600) 10667 МБ/с, мы видим, что это всего в 8 раз больше объема информации, посту пающего на сетевой интерфейс. Данную информацию ещё необходимо обработать и где-то хранить результаты.

Целю данной работы было создание методики конфигурирования и расчета средств, как технических, так и программных, для выполнения задачи детального Проблемы мониторинга высокоскоростных каналов связи мониторинга высоконагруженных каналов, а также исследование основных проблем, встречающихся при данном процессе.

Для решения данной задачи было исследовано распространённое сетевое и сервер ное оборудование известных компаний-производителей: серверные платформы Intel S55**, Sun Microsystems X8D*, сетевые карты Intel EXPX9502CX4, E10G4****. Про граммные средства, используемые для мониторинга сети: Nagios, Zenoss, Radius, Argus, а также принципы шифрования данных, так как шифрование является од ной из проблем при получении дополнительной информации из потока данных.

Произведён расчет необходимых требований к оборудованию и программным средствам для обеспечения качественного мониторинга сети и получения необходи мой информации о потоке данных. Два самых узких места это процессор (необ ходимо большое количество циклов на обработку одного пакета) и сетевая карта (интерфейс сетевой карты, сейчас распространён PCI-Express x8 с пропускной спо собностью 16Gb/s).





В результате были получены необходимые требования к оборудованию для мони торинга потока 10Gb/s в реальном времени: необходимо не менее 8 Gb оперативной памяти, не менее 8 ядер с частотой не менее 2,5 GHz и программные средства для распараллеливания обработки потока.

70 А.Л. Железнякова Секция вычислительных моделей молекулярной физики и физико-химической механики УДК 533.6. Реализация метода расщепления по физическим процессам для решения задач аэротермодинамики гиперзвуковых летательных аппаратов А.Л. Железнякова Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН Создан компьютерный код, предназначенный для численного моделирования трехмерной аэротермодинамики элементов конструкции и полных компоновок ги перзвуковых летательных аппаратов на основе уравнений Эйлера и Навье Стокса.

Интегрирование системы уравнений динамики совершенного вязкого и невязкого сжимаемого газа проводится с использованием метода расщепления по физическим процессам типа крупных частиц [1] на неструктурированных тетраэдральных сет ках. Основная идея метода состоит в расщеплении по физическим процессам исход ной нестационарной системы уравнений газовой динамики. Стационарное решение задачи, если оно существует, получается в результате установления. Расчет каждого временного шага в свою очередь разбивается, на три этапа по аналогии с методом крупных частиц [1]. Аппроксимация уравнений на каждом этапе проводится с ис пользованием элементов конечно-объемного подхода.

Созданная трехмерная газодинамическая модель тестировалась сравнением с ре зультатами расчетов, полученными с использованием вычислительного кода NERAT [2], разработанного в Институте проблем механики РАН и адаптированного к регу лярному многоблочному типу сеток. В качестве тестового случая рассматривалась задача вязкого обтекания сферы гиперзвуковым потоком совершенного газа. Усло вия набегающего потока воздуха соответствовали высоте H = 30 км и значениям числа Маха M = 6. Пример сравнения параметров ударного слоя у сферы, получен ных с использованием реализованного в данной работе метода и компьютерного кода NERAT приведен на (рис. 1). Из представленных результатов можно сделать вывод, что, несмотря на недостаточное число расчетных элементов в ударном слое при ис пользовании неструктурированных сеток (по сравнению с регулярными многоблоч ными сетками), значения параметров в ударном слое предсказываются достаточно точно.

Развитая вычислительная модель течения вязкого и невязкого совершенного газа на основе методов расщепления применялась для исследования аэротермодинамики спускаемых космических аппаратов и гиперзвукового летательного аппарата слож ной конфигурации (рис. 2). Результаты, приведенные в данной работе, показали, что построенная компьютерная модель аэротермодинамики гиперзвуковых летательных аппаратов может быть использована для численного моделирования гиперзвуково Реализация метода расщепления по физическим процессам для решения задач аэротермодинамики гиперзвуковых летательных аппаратов го полета и расчета аэродинамических и тепловых характеристик поверхности ГЛА произвольной формы.

Рис. 1.

Рис. 2.

Литература 1. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике.

М.: Наука, 1982. 391 с.

2. Суржиков С.Т. Метод расчета сверхзвукового обтекания сферы на основе AUSM конечно-разностных схем // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Маши ностроение. 2005. № 3. С. 7–33.

72 А.С. Дикалюк УДК 539.196+535.33+533. Влияние моделей неравновесной диссоциации на кинетику и излучение ударных волн в воздушной газовой смеси А.С. Дикалюк Московский физико-технический институт (ГУ) Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН Изучение процессов, идущих в релаксационной зоне за фронтом ударных волн, началось во второй половине XX века. Было установлено, что рассматриваемая об ласть является сильнонеравновесной: температура поступательных степеней свободы частиц сразу за фронтом ударной волны может достигать 10000 К;

колебательные степени свободы молекул, составляющих газовую смесь, остаются невозбужденными и их температура, непосредственно за фронтом, составляется 300 К. Отрыв посту пательной температуры от колебательной приводит к тому, что диссоциация молекул за фронтом ударной волны затормаживается, то есть уменьшается скорость реакций диссоциации. Это объясняется тем, что процесс диссоциации происходит эффектив но лишь с верхних колебательных состояний молекул;

в силу малой колебательной температуры за фронтом ударной волны эти состояния оказываются практически незаселенными.

Для учета этого механизма, при модовом описании процесса релаксации за фронтом ударной волны, были разработаны модели неравновесной диссоциации [1]–[5]. Общий смысл этих моделей состоит в введении фактора неравновесности = (, ) и последующей модификации соответствующих констант скоростей диссоциации согласно формуле (1):

(1) (, ) = (, ) · (, = ) С точки зрения проведения прикладных аэротермодинамических расчетов обте кания гиперзвуковых или спускаемых аппаратов интерес представляет исследование того, как сильно эти модели влияют на распределение различных параметров за фронтом ударной волны.

Таким образом, в данной работе на примере плоской одномерной ударной волны в смеси газов N2 -O2 исследуется степень влияния различных моделей неравновесной диссоциации на кинетику и спектральную излучательную способность газа. Особое внимание уделено последнему вопросу, потому что он практически не рассматривал ся как в отечественной, так и зарубежной литературе.

Литература 1. Fridman A. Plasma chemistry. New York: Cambridge University Press. 2008.

p. 978.

2. Суржиков С.Т. Анализ моделей ионизационной кинетики при гиперзвуковом об текании цилиндра // Хим. физика. 2010. Т. 29. № 7. С. 1–14.

3. Marrone P.V., Treanor C.E. Chemical Relaxation with Preferential Dissociation from Excited Vibrational Levels // Phys. Fluids. 1963. V. 6, N 9. P. 1215–1221.

4. Macheret S.O., Fridman A.A. Adamovich I.V., Rich J.W., Treanor C.E. Mechanisms of nonequlibrium dissociation of diatomic molecules // Proc. 6th AIAA/ASME Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference. 1994. AIAA 94–1984.

5. Park C., Howe J.T., Jae R.L., Candler G.V. Review of Chemical-Kinetic Problems of Future NASA Missions, II: Mars Entries // J. Thermophys. Heat Tr. V. 8, N 1.

P. 9–23.

Кинетическая модель физико-химических процессов в ударном слое в экспериментальных условиях при скорости обтекания 11 км/с УДК 533. Кинетическая модель физико-химических процессов в ударном слое в экспериментальных условиях при скорости обтекания 11 км/с Г.С. Шелехов Московский физико-технический институт (государственный университет) Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН Производительность современных компьютеров и развитие вычислительных ме тодов решения задач аэрофизики позволяют моделировать поле течения, теплофи зические, термохимические и радиационные процессы во всей возмущенной области вокруг летательных аппаратов, входящих в плотные слои атмосферы: от фронта го ловной ударной волны до дальнего следа. В данной работе подробно излагается один из расчетно-теоретических методов, хорошо себя зарекомендовавший в последние го ды при исследовании аэротермодинамики космических аппаратов, предназначенных для входа в плотные слои атмосфер планет и возвращения на Землю. Особенно стью указанного метода является использование принципа расщепления полной си стемы уравнений динамики вязкого и теплопроводного газа на две группы, а также применение для интегрирования уравнений каждой из групп различных подходов.

Первую группу составляют уравнения Навье Стокса, а вторую группу составляют уравнения, описывающие энергетическое состояние газа (уравнение сохранения внут ренней энергии, уравнения диффузии химически реагирующих газовых компонент, уравнения колебательной и электронной релаксации).

Разработанный метод применялся для анализа экспериментальных данных по кинетике ионизации вблизи лобовой поверхности цилиндра, обтекаемого со скоро стью 11 км/с [1]. Указанные экспериментальные данные были получены при следую щих исходных данных экспериментов: =0.0014 кг/м3, T =3030 К, V =10.3 км/с, P =1.3 кПа. В экспериментах изучалось поперечное обтекание цилиндрических об разцов диаметром 15 и 30 мм. Получены экспериментальные данные для плотности газа и концентрации электронов в ударном слое. Отход ударной волны от цилин дра диаметром 30 мм (2 мм) измерен различными оптическими и спектральными методами. Демонстрируется хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных.

Литература 1. McIntyre T.J., Bishop A.I., Rubinsztein-Dunlop H., Gnoo P. Comparison of Experimental and Numerical Studies of Ionizing Flow over a cylinder // AIAA J.

2003. V. 41, N 11. P. 2157–2161.

УДК Использование имитационного метода Монте-Карло для расчета направленной излучательной способности Стариков В.А.

Московский физико-технический институт (государственный университет) Создание вычислительных программ, предназначенных для предсказания спек тральной направленной излучательной способности высокотемпературных излучаю щих объемов, предполагает объединение компьютерных моделей газодинамических, физико-химических и радиационных процессов. К такому расчетному комплексу 74 М.В. Ермишкин программ предъявляются требования по возможности точного предсказания распре деления температур, концентраций частиц и учета специфики переноса излучения вдоль сильно неоднородных оптических трасс с учетом линейчатой структуры моле кулярного спектра.

С точки зрения теории переноса теплового излучения, задача нахождения направ ленной излучательной способности излучающих объектов имеет следующие особен ности: первая из них связана с пространственным характером переноса излучения, а вторая с сильной зависимостью оптических свойств излучающего объема и окру жающей среды от длины волны излучения.

Задачи расчета направленной излучательной способности удобно разделить на два класса. К первому классу отнесем задачи предсказания направленной излуча тельной способности (сигнатур) излучающих объемов (струй продуктов сгорания ракетных двигателей, сжатого слоя и следа вблизи космического аппарата). При расчете сигнатур, излучение объема (или его частей) необходимо, как правило, пред сказать на очень большом расстоянии, где есть характерный размер излу чающего объема. В этом случае можно считать все исходящие из объема лучи парал лельными. Второй класс задач, когда излучение от объема необходимо определить в непосредственной близости от него, также исключительно важен для аэрокосми ческих приложений. В этом случае необходимо учитывать взаимное расположение каждого элементарного излучающего объема и площадки, на которой регистриру ется излучение. Учет спектральной зависимости оптических свойств является одной из наиболее сложных проблем современной теории переноса теплового излучения.

Классической задачей теории радиационного теплообмена является, как известно, определение лучистых тепловых потоков на заданных поверхностях. В этом случае селективные оптические свойства сред должны быть учтены настолько подробно, насколько это необходимо для решения исходной задачи. Как правило, достаточно рассмотреть 10– 100 спектральных диапазонов.

При расчете сигнатур излучающих объемов в спектральном диапазоне 2000 50001, необходимо учитывать не менее 100–150 спектральных диапазонов.

Несложно убедиться в том, что типичный спектральный диапазон в этом случае составляет 20 501. Это означает, что учитываемый спектр поглоще ния и испускания усреднен, так как в каждом спектральном диапазоне присутствует несколько сот вращательных линий молекулярного спектра, в каждой из которых спектральный коэффициент поглощения изменяется в 10–103 раз.

Проблема расчета спектральной направленной излучательной способности про извольной трехмерной конфигурации струй продуктов сгорания решена с использо ванием специализированного алгоритма, основанного на методе Монте-Карло. Изла гается метод расчета и приводятся результаты сравнения расчетных данных с экс периментальными данными по излучению струй продуктов сгорания, yhзарегистри рованного с расстояний 20 км.

УДК 531/ Численное моделирование трехмерной струи импульсного плазменного двигателя М.В. Ермишкин Московский физико-технический институт (государственный университет) К моделированию и экспериментальным исследованиям плазменных струй элек трических реактивных ракетных двигателей значительно возрос интерес в последние Уровневый подход при моделировании неравновесных процессов в высокотемпературных потоках азота годы в связи с интенсивным развитием космических аппаратов небольших разме ров, предназначенных для оптико-электронного контроля окружающей среды, свя зи, раз-личных целей оборонного характера. Высокий удельный импульс, простота конструк-ции и надежность работы импульсного плазменного двигателя (ИПД), ис пользующих твердый тефлон как рабочее тело, сделали эти типы двигателей одними из наиболее перспективных для космических аппаратов малых размеров.

Физические процессы, сопровождающие ИПД, изучаются в разделе физиче ской механики (плазмодинамики), исследующем закономерности взаимодействия плазмен-ных потоков в различных условиях. В рассматриваемом в данной работе случае речь идет о взаимодействии изначально плотной плазменной струи с набега ющим на нее под произвольным углом однородным потоком ионосферной плазмы.

По мере разлета плотность плазмы становится соизмеримой с плотностью разрежен ной окружающей среды, так что взаимное влияние этих двух потоков становится неизбежным.

Представлены трехмерная вычислительная модель и результаты расчетов дина мики плазменной струи ИПД в замагниченном потоке окружающей плазмы.

Исследуется нестационарный процесс расширения плазменной струи ИПД в ионо сферной плазме в течении 100 мкс после начала импульса, продолжительность ко торого составляет 6 мкс. Параметры плазменной струи в выходном сечении ИПД моделируют работу импульсного двигателя PPT-4 (Pulsed Plasma Thruster 4), ис пользующего в качестве рабочего тела тефлон.

Магнитогазодинамическая (МГД) модель процесса основана на приближении иде альной магнитной газовой динамики и позволяет предсказать динамику плазменного сгустка после окончания импульса при его взаимодействии с окружающей средой и магнитным полем, а также индуцированные электрические поля и токи в окрестно стях расширяющейся плазмы.

Особое внимание в работе уделяется вопросам построения расчетных алгоритмов, использующих распараллеливание вычислительного процесса.

УДК 533.6. Уровневый подход при моделировании неравновесных процессов в высокотемпературных потоках азота И.Н. Кадочников1,2, Б.И Луховицкий 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова В последнее десятилетие большое внимание уделяется исследованиям кинетиче ских процессов в сильнонеравновесных высокотемпературных реагирующих потоках, в которых колебательная релаксация и химические реакции протекают на одном вре менном масштабе совместно с изменением макроскопических параметров потока [1], [2]. В этих условиях химические реакции протекают при отсутствии равновесия меж ду поступательными и колебательными степенями свободы реагентов, и для описа ния таких течений необходимо использовать модель, позволяющую учитывать тер мическую неравновесность. Таковыми являются уровневая и модовая модели. Целью данной работы было исследование неравновесных процессов в молекулярном азоте в приближении уровневой кинетики.

Была построена уровневая кинетическая модель для азотной системы, учитыва ющая основные N(4 ), N2 ( 1 + ) и электронно-возбуждённые N(2 ), N2 (2 ), N(3 + ), N2 ( 3 П ) состояния атомов и молекул, реакции диссоциации и плазмо 76 Е.Н. Иванов, К.Л. Клименок химические реакции. Показано, что модель хорошо описывает эксперименты по из мерению времён колебательной релаксации [3], [4] в широком диапазоне температур 50015000 К.

Показано, что уровневая и модовая модели предсказывают существенно различ ное поведение концентраций атомов и молекул вблизи от фронта ударной волны и различное поведение колебательной температуры в тракте сверхзвукового соп ла, что объясняется небольцмановским распределением молекул по колебательным уровням в течение всего процесса релаксации и более детальным учётом физико химических процессов в уровневом приближении. Был произведён анализ вкладов каждого отдельного физико-химического процесса в изменение концентраций компо нентов смеси, поступательной, электронной и колебательных температур за фронтом ударной волны. Анализ показал, что изменение колебательной температуры моле кул азота в основном электронном состоянии обусловлено процессами колебательно поступательной релаксации и диссоциации. Основными процессами, определяющи ми поведение электронной температуры, являются процессы возбуждения колебаний молекул электронным ударом и ионно-атомной ассоциации.

Литература 1. Capitelli M. [et al.] Plasma kinetics in atmospheric gases, Springer Series on Atomic, Optical, and Plasma Physics. 2000. V. 31. Springer-Verlag.: Berlin.

2. Sarma G.S.R. Physico-chemical modeling in hypersonic ow simulation // Progress in Aerospace Sciences. 2000. V. 36, N. 3-4. - P. 281.

3. Park С. Thermochemical Relaxation in Shock Tunnels // Journal of thermophysics and heat transfer. 2006. V. 20, N. 4. P. 689–698.

4. Лосев С. А., Яловик М. С. Колебательная релаксация и диссоциация азота при высоких температурах // Химия высоких энергий. 1970. Т. 4, №. 3. С. 202– 207.

УДК 536. Моделирование термодинамического равновесия в системе газ-вода с образованием гидратной фазы Е.Н. Иванов1, К.Л. Клименок 1 Объединенный институт высоких температур РАН 2 Московский физико-технический институт (государственный университет) Данная работа посвящена расчету термодинамического равновесия в многофаз ной системе с образованием газогидратной фазы. Проведен расчет равновесного дав ления гидратообразования и построены кривые фазового равновесия для давления выше равновесного. Также во всем расчетном пространстве плотностей построена функция свободной энергии. Для примера, в качестве исходных компонент исполь зовались метан и чистая вода.

Газовые гидраты относятся к классу нестехиометрических соединений включе ния (клатратов). В их состав входят молекулы воды, которые формируют простран ственную структуру определенного вида. Молекулы воды связываются между собой водородными связями и образуют кристаллическую решетку, имеющую полости. В этих полостях могут размещаться посторонние молекулы, характеризующиеся от носительно небольшими размерами. В силу этого молекулы воды часто называют хозяевами, а молекулы заключенные в полостях гостями. Хозяин один и Моделирование термодинамического равновесия в системе газ-вода с образованием гидратной фазы тот же (это всегда молекулы воды), а гости могут быть разными. Различают два типа гидратных решеток. Они различаются структурой полостей.

Для расчета равновесия в такой системе предложен следующий алгоритм. Во первых находится начальное приближение для давления гидратообразования. Далее идет расчет летучести компонентов газа, или в более простом случае давления газа. Затем рассчитываются константы Лэнгмюра. По определению:

/, здесь /2 [ ] [] exp 42, = где потенциальная энергия рассчитывается из потенциала Кихары. И в таком слу чае молекулы воды считаются размазанными по сфере диаметра, а гостевая молекула взаимодействует с этой сферой. С их помощью рассчитываются степени заполнения полостей.

= · /(1 + · ), где тип полости, сорт молекулы.

Далее находим разности химических потенциалов. По условию фазового равно весия химические потенциалы воды в гидрате и в жидком состоянии равны.

Это означает, что равны соответствующие разности (, ) = (, ).

Имея это в виду, мы можем записать условие фазового равновесия для воды в виде [ ] (, ) = · (1 + ), =1 здесь обозначает разность химических потенциалов воды в гипотетической незаполненной гидратной решетке () и в жидком виде (), т. е. в водной фазе. Далее в итерационном процессе идет уточнение давления. Удобно создать подпрограмму, которая вычисляет функцию ( ) = (, ) (, ) и некоторым численным методом, например методом хорд, решает уравнение ( ) = 0. При давлениях выше равновесного возможно 2 фазные равновесия газ-гидрат или вода-гидрат. Они также строятся из условия равенства химических потенциалов газа в свободной и в гидратной фазе или воды в свободной и гидратной фазах соответ ственно. Свободная энергия определяется суммированием по всем сосуществующим фазам на кривых равновесия. В остальной области свободная энергия достраива лась по линейному закону. Точки одинаковых давлений на кривых равновесия и на прямых чистой фазы соединялись прямыми.

78 Я.В. Невмержицкий Рис. 1. Фазовая диаграмма в пространстве плотностей. Ось — плотность воды, ось — плотность метана Рис. 2. Кривые равновесия газ гидрат и вода гидрат. Ось — плотность воды (Кмоль/м3 ), ось — плотность метана (Кмоль/м3 ) УДК Расчёт предельного расхода при удалении газа из нагретого горизонтального слоя Я.В. Невмержицкий Московский физико-технический институт (государственный университет) Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН Удаление горячего газа путём принудительной вентиляции имеет большое значе ние с практической точки зрения. Примером служат системы дымоудаления, с по мощью которых обеспечивается эвакуация людей при пожарах, их спасение и борьба с огнём.

При больших расходах газа через систему дымоудаления или недостаточной тол щины слоя поперечного газа происходит захват холодного воздуха, находящегося под горячим слоем. Это снижает эффективность дымоудаления, поэтому уменьшается количество удаляемого в единицу времени дыма. Поэтому важной характеристикой Особенности образования NO в ламинарном метано-воздушном пламени является предельная производительность, т. е. максимальный объём дыма, удаляе мый в единицу времени.

В работе выполнены двумерные расчёты гидродинамики течений при удалении газа из нагретого слоя через вентиляционное отверстие;

определены условия, при ко торых происходит захват холодного воздуха в отверстие, зависимость коэффициента захвата от толщины дымового слоя, его температуры и объёмной скорости удаления дыма.

Результаты сопоставлены с экспериментом и известными приближёнными реше ниями.

Литература 1. Spratt D., Heselden A. J. M. Ecient extraction of smoke from a thin layer under a ceiling // Fire Research Station Fire Research Note 1001, Borehamwood, BRE. – 2. Nii, D., Nitta, K., Harada, K. and Yamaguchi, J. 2003. Air Entrainment Into Mechanical Smoke Vent On Ceiling // Fire Safety Science 7:

729-740. doi:10.3801/IAFSS.FSS.7-729.

УДК 544.222. Особенности образования NO в ламинарном метано-воздушном пламени В.А. Стрельникова1,2, А.М. Старик1, Н.С. Титова1, П.С. Кулешов 1 Центральный институт авиационного моторостроения 2 Московский физико-технический институт (государственный университет) Горение углеводородных топлив широко используется в настоящее время во мно гих технических устройствах в энергетике и двигателях транспортных систем раз личного назначения. Одним из наиболее распространенных газообразных топлив яв ляется метан. В связи с ужесточением авиационных норм ИКАО на выбросы вредных веществ, в частности на концентрацию NO, особую актуальность в последнее время приобрели проблемы экологии.

В данной работе исследованы механизмы образования оксидов азота (NO и NO2 ) при распространении ламинарного пламени в метано-воздушной смеси. NO нара батывается с помощью четырех основных механизмов: (1) механизм Зельдовича или Thermal-NO, (2) механизма Фенимора (Promt), (3) N2 O -механизма и (4) NNH механизма [1]. На основе численного моделирования показано, что скорость образо вания NO существенным образом зависит от начальной температуры 0 и коэффи циента избытка топлива смеси CH4 /воздух. Расчет проводился с использованием пакета прикладных программ CHEMKIN IV по кинетическим моделям, основанным на данных [2]. Оценивались концентрация NO и скорости основных химических ре акций кинетических моделей с механизмами, отвечающими за образование NO.

На рис. 1 представлена гистограмма, на которой показаны зависимости концен траций от коэффициента избытка топлива смеси CH4 /воздух для различных ки нетических моделей, включающих механизмы образования NO.

Установлено, что в стехиометрической смеси CH4 /воздух основным механизмом образования NO является расширенный механизм Зельдовича, а другие механизмы (Prompt, N2 O и NNH) играют существенно меньшую роль. NO2 образуется за счет быстрой конверсии NO, но его доля при 0 = 300 K составляет 0.16% от NO. В бедной смеси ( = 0.6) образование NO обусловлено в основном N2 O-механизмом, 80 Р.К. Селезнев в богатой ( = 1.5) Prompt-механизмом. Концентрация NO при 1 для N2 O механизма превышает концентрацию NO в Prompt-механизме на 40%, что касается 1, так как в этом случае преобладает Prompt-механизм, концентрация NO го раздо больше концентрации NO при механизме Зельдовича. При этом конверсия NO в NO2 в бедной смеси составляет 13%, а в богатой смеси ничтожно мала.

Анализ образования NO при 0 = 700 К показал, что с увеличением начальной температуры возрастают скорости химических реакций и концентрация NO. Вклад различных механизмов в образование оксида азота в зависимости от качественно не меняется по сравнению со случаем 0 = 300 К.

Рис. 1. Гистограмма концентраций NO для кинетических моделей, включающих четыре основных механизма, отвечающих за образование оксида азота при T = 300K, Р0 = 1 атм (х = 10 см) Литература 1. Klassen M. S., Thomsen D. D., Klassen M. S., Thomsen D. D., Reisel J.

R., Laurendeau N. M. Laser-Induced Fluorescence Measurements of Nitric Oxide Formation in High-Pressure Premixed Methane Flames// Combust. Sci. Tech. 1995.

110: 1. P. 229–247.

2. П. С. Кулешов, А.М. Старик, Н. С. Титова Кинетика окисления и горения ме тана и пропана.

УДК 536. Изучение метода решения уравнений химической кинетики Р.К. Селезнев Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН Московский физико-технический институт (государственный университет) Описан метод решения уравнений химической кинтетики. В работе обсуждаются особенности алгоритмов, которые используются для оптимального выбора шага по времени. Для решаемой задачи, произведено исследование ускорения вычислений, получаемого при правильном выборе алгоритма изменения шага по времени.

Приведено решение задачи горения метана, керосина и водорода в атмосфере.

Для каждого из веществ приведено несколько различных кинетические схемы [1] [6]. Для выбранных схем произведено сравнение конечного решения уравнений хими ческой кинетики, получаемого при решениях по различным кинетическим схемам.

Исследование процессов дезактивации молекул синглетного кислорода в кислородно-водородных смесях с использованием лазерно-индуцированных решеток В данной работе оценивается температура самовоспламенения исследуемых ве ществ. Полученные оценки хорошо согласуются с данными ГОСТ Р 51330. 19–99 по горючим газам и парам.

Исходные данные для численного исследования соответствовали условиям горе ния в реактивном двигателе: = 1.200103 г/см3, = 3000.

Показано, что использование описанного метода решений уравнений химической кинтетики позволяет эффективно исследовать механизмы химических реакций, тем самым, предсказывать поведение химически неравновесной системы.

Для тестирования кинетических моделей было вычисленно значение скорости распространения ламинарного пламени. Для этого решалась система уравнений Навье Стокса и неразрывности [7].

Проведено исследование времени задержки воспламенения от температуры. По лученные данные хорошо согласуются с эксперементами [8].

Литература 1. Shinji Kojima. Numerical calculation of the two-dimensional unsteady laminar ame propagation in a conned H2/Air system // Combustion and Flame. V. 63, Issues 1–2, January-February 1986. P. 151–163.

2. Лисичкин Я.А., Позняк В.И., Рыкунов В.А. Ингибирование щелочными металла ми газофазного окисления и горения углеводородов. Горение газов и натуральных топлив: материалы 6 Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Черноголов ка. 1980. С. 79–82.

3. Ten-See Wang. Thermophysics characterization kerosene combustion. NASA Marshall Space Flight Center, Huntsville, Alabama, 2000.

4. Evans, John S., Schexnayder, Charles J. Inuence of Chemical Kinetics and Unmixedness on Burning in Supersonic Hydrogen Flames // AIAA Journal. 1980.

0001–1452. V.18 N 2 (188–193).

5. V.R. Kattaa, L.P. Gossa and W.M. Eect of nonunity Lewis number and nite-rate chemistry on the dynamics of a hydrogen-air jet diusion ame. Combustion and Flame // V. 96, Issues 1–2. January 1994. P. 60–74.

6. Carolyn R. KaplanChristopher R. Shaddix† and Kermit C. Smyth. Computations of enhanced soot production in time-varying CH4/air diusion ames // Combustion and Flame. V. 106, Issue 4. September 1996. P. 392–398.

7. Суржиков С.Т., Краер Х. Квазиодномерная модель горения слоевого гетероген ного твердого топлива // ТВТ. 2001. Т. 39, № 4. С. 629.

8. Неравновесные физико-химические процессы в газовых потоках и новые принци пы организации горения / под ред. А.М. Старика. – М.: ТОРУС ПРЕСС, 2011.

864 с.

УДК 539.196. Исследование процессов дезактивации молекул синглетного кислорода в кислородно-водородных смесях с использованием лазерно-индуцированных решеток В.Д. Кобцев1, 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Центральный институт авиационного моторостроения Молекулы кислорода в синглетных электронных состояниях играют важную роль в процессах горения. Использование дифракции пробного лазерного излучения 82 Д.А. Сторожев на лазерно-индуцированных решетках (пространственно-периодических модуляци ях показателя преломления), создаваемых импульсным излучением, позволяет ис следовать процессы дезактивации возбужденных состояний кислорода с временным разрешением в десятки наносекунд. В работе дано описание процессов столкнови тельной релаксации синглетных состояний 1 + и 1 молекул O2 в кислородно водородной смеси. Приведена информация об основных физических и химических каналах столкновительной дезактивации этих возбужденных состояний. Проведена оценка концентрации молекул кислорода, возбужденных импульсным лазерным из лучением в состояние 1 +. Описана модель формирования и временной эволюции лазерно-индуцированных решеток в кислородно-водородной смеси. Изложена мето дика проведения экспериментов по резонансному возбуждению и регистрации реше ток, которые возникают в области интерференции двух скрещивающихся лазерных пучков. Описана экспериментальная установка и условия проведения экспериментов.

Изложен алгоритм обработки данных и получения локальных параметров газовой смеси, таких как скорость звука, температура и концентрация молекул. Приведены результаты измерений в смесях с мольной долей водорода 4, 3% при температурах га за 290-600 К и концентрациях 1-6 Амага. Определена константа скорости дезактива ции состояния 1 + кислорода молекулами водорода при комнатной температуре и её температурная зависимость. Полученные экспериментальные результаты хорошо описываются известной из литературы температурной зависимостью константы ско рости физической дезактивации, определенной другими методами. Сделан вывод о применимости используемого экспериментального метода для определения констан ты скорости дезактивации состояния 1 + и целесообразности проведения дальней ших измерений в области более высоких температур. Ожидается, что при дальней шем повышении температуры удастся обнаружить проявления процессов дезактива ции этого состояния, сопровождающихся химическими реакциями.

Литература 1. Старик А.М., Кулешов П.С., Титова Н.С. // 2009. ЖТФ. 79. В. 3.

2. Hemmerling B., Kozlov D.N. Collisional relaxation of singlet O2 in neat gas investigated by laser-induced grating technique // Chemical Physics. 2003. V. 291.

P. 213-242.

УДК Модели газовых разрядов в гиперзвуковой аэрофизике разреженного газа Д.А. Сторожев Московский физико-технический институт (государственный университет) Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН Исследование фундаментальных закономерностей взаимодействия газовых пото ков с локализованными областями электрических разрядов и с плазменными образо ваниями является одной из актуальных проблем аэрофизики. Увеличение скорости и высоты полета летательных аппаратов в значительной степени смещают интересы классической аэродинамики в направлении физической аэродинамики (аэрофизи ки) частично ионизованных газовых потоков. Решение многих технологических про блем в области создания новых материалов и совершенных электронных устройств позволит в будущем использовать электроразрядные и плазменные устройства для Исследование алгоритмов решения трехмерного уравнения Пуассона улучшения аэродинамических характеристик летательных аппаратов и повышения эффективности их двигательных установок.

Анализ современных работ по изучению разных физических методов воздействия на газовый поток позволяет назвать основные направления исследований в этой об ласти:

глобальная модификация набегающего потока с целью изменения аэродинами ческих характеристик летательного аппарата;

перестроение конфигурации ударных волн, образующихся вблизи поверхности летательных аппаратов;

электромагнитное и плазмохимическое воздействие на газовый поток в двига тельных установках летательных аппаратов с целью управления газовым потоком, инициализации и поддержания наиболее эффективных режимов горения;

локальная модификация аэродинамических характеристик элементов кон струкций летательных аппаратов, включая управление потоком на их поверхностях.

Для решения этих задач необходимо изучить физические механизмы взаимодей ствия электрических разрядов различных типов и направленных плазменных пото ков с газовыми потоками в широком диапазоне скоростей. В докладе представлен об зор результатов теоретических исследований и результаты экспериментальных иссле дований по влиянию некоторых видов электрических разрядов на ударно-волновую структуру течения и локальные аэродинамические коэффициенты, которые свиде тельствуют о больших перспективах данного направления аэрофизики.

Литература 1. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука. 1992.

2. Георгиевский П.Ю., Левин В.А. Сверхзвуковое обтекание объемных источников энерговыделения. М.: МГУ, 1987.

3. Суржиков С.Т. Разреженный гиперзвуковой поток в плоском канале с поверх ностным тлеющим разрядом. // МЖГ. 2009. № 2. С. 155–168.

4. Алферов В.И. Исследование структуры электрического разряда большой мощ ности в высокоскоростном потоке воздуха // МЖГ. 2004. № 6. С. 163.

s УДК 519. Исследование алгоритмов решения трехмерного уравнения Пуассона А.А. Соболев Московский физико-технический институт (государственный университет) Институт проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН Данная работа посвящена исследованию распараллеленных методов вычислений.

Для сравнения выбраны простой метод Гаусса-Зейделя и один из методов подпро странства Крылов, бистабилизированный метод сопряженных градиентов. Обсуж даются численные свойства обоих методов. Приведен анализ скорости сходимости методов на разных сетках для различных уравнений при заданной точности. Сетки используются равномерные прямоугольные. Уравнения взяты как простые, без вяз кой части, так и с ней. Матрицы получаются как разреженные, так и нет. В работе преимущественно исследовалось какие типы уравнений какими способами считать предпочтительней, стоят ли затраты на реализацию сложного метода и насколько 84 А.А. Соболев стабильно он работает. Результат сравнивается с предыдущей работой, в которой брались простые неоднородные уравнения без вязкого члена, и не было проведено распараллеливание метода. Также сравниваются результаты с использованием ав товекторизации и без нее. Целью работы было проверить какой результат на каких сетках можно получить при использовании максимального ускорения на современной 4-х ядерной машине так как сегодня кластеры проигрывают в производительности многопроцессорным ЭВМ, поскольку скорость обмена по сети гораздо меньше, чем по внутренней шине, где скорость сравнима со скоростью операций с памятью.

Супрамолекулярные конструкции для адресной доставки на основе гуманизированных противора ковых антител Секция физико-химической биологии УДК 620. Супрамолекулярные конструкции для адресной доставки на основе гуманизированных противораковых антител В.О. Шипунова1,2, М.П. Никитин1,2, С.В. Лукаш2, Т.А. Здобнова2, О.А. Стремовский2, С.М Деев 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН На сегодняшний день большой интерес нанобиотехнологов вызывает задача ад ресной доставки лекарственных препаратов, которую можно решать с помощью разных наночастиц, но особое место здесь принадлежит магнитным наночастицам (МНЧ), которые за счет своей уникальной физической природы являются мно гофункциональными объектами (поверхностная функционализация и управление внешним магнитным полем открывают возможности для активного таргетинга, так же индукционный нагрев МНЧ переменным магнитным полем используется для ги пертермии опухолей, более того, а детекция МНЧ в организме с помощью внешнего зонда делает возможным иммуноанализ in vivo).

Целью данной работы было создание магнитоуправляемых нанобиоконъюгатов для адресной доставки на основе магнитных частиц и гуманизированных проти вораковых антител. С использованием оригинального детектора БиоМаг [1] бы ли выбраны наиболее оптимальные для адресной доставки in vitro флуоресцентные МЧ nano-screenMAG-ARA (Chemicell, Germany), покрытые глюкуроновой кислотой размером 100 нм, поскольку они не имели неспецифического взаимодействия с эука риотическими клетками. В качестве модели, реализующей направленную адресную доставку in vitro, были выбраны клетки аденокарциномы молочной железы человека SKBR-3, гиперэкспрессирующие тирозинкиназный рецептор HER2/neu. В качестве нацеливающего агента использовалось мини-антитело scFv 4D5 к экстраклеточному домену рецептора HER2/neu, присоединяемое к МЧ карбодиимидным способом.

К одним из наиболее серьезных требований, предъявляемым к данным струк турам, относится их коллоидная стабильность при физиологических pH, что не до стигалось конъюгированием МЧ с мини-антителом напрямую. Коллоидная стабиль ность была достигнута двумя способами. Первый заключался в использовании диме ризационного белкового модуля барназа барстар, обладающего чрезвычайно быст рой кинетикой и высокой аффинностью связывания (Kд ¬1014 1 ). Были получе ны коллоидно стабильные конъюгаты МЧ-Bs, которые посредством взаимодействия Bn/Bs были связаны с химерным белком scFv 4D5-Bn, эффективно связывающимся с экстраклеточным доменом HER2/neu [2]. Второе решение проблемы состояло в ис пользовании гетеробифункционального производного ПЭГ (О-(2-аминоэтил)-O -(2 карбоксиэтил) полиэтиленгликоль гидрохлорид) в качестве „посредника между МЧ и scFv 4D5. Было продемонстрировано высокоизбирательное взаимодействие создан ных конъюгатов с HER-2/neu-положительными опухолевыми клетками человека и 86 Д.А. Алтухов, А.С. Парамонов, З.О. Шенкарев, Е.Н. Люкманова, Л.Н. Шингарова, А.С Арсеньев показано, что пэгилирование МЧ значительно уменьшает неспецифическое связыва ние МЧ с клетками по сравнению с конъюгированием с мини-антителом напрямую.

Таким образом, в ходе проделанной работы были получены коллоидно стабильные конъюгаты МЧ с противораковыми мини-антителами, специфично распознающие онкомаркер HER2/neu и продемонстрировано высокоизбирательное взаимодействие созданных конъюгатов c опухолевыми клетками человека, гиперэкспрессирующими HER2/neu.

Литература 1. Nikitin M.P., Vetoshko P.M., Brusentsov N.A., Nikitin P.I. Highly sensitive room temperature method of non-invasive in vivo detection of magnetic nanoparticles. // J. Magn. Magn. Mater. 2009. V. 321 N. 10. P.1658–1661.

2. Deyev S.M., Waibel R., Lebedenko E.N., Schubiger A.P., Pluckthun A.Design of multivalent complexes using the barnase-barstar module. // Nat. Biotechnol. 2003.

V. 21 N. 12. P. 1486–1492.

УДК 577.322. Исследование взаимодействия токсина VSTx1 с вольт сенсорным доменом потенциалозависимого К+ -канала KvAP методами ЯМР-спектроскопии Д.А. Алтухов1,2, А.С. Парамонов1, З.О. Шенкарев1, Е.Н. Люкманова1, Л.Н. Шингарова1, А.С Арсеньев 1 Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН 2 Московский физико-технический институт (государственный университет) В настоящей работе представлены результаты исследования взаимодействия токсина VSTx1 с вольт-сенсорным доменом К+ -канала KvAP методами ЯМР спектроскопии. KvAP потенциал-зависимый K+ -канал из термофильной архебак терии Aeropyrum pernix, имеющий высокую степень гомологии с фармакологиче ски важными каналами эукариот. В структуру канала входит каноническая К+ пора, окруженная четырьмя вольт-сенсорными доменами (ВСД-KvAP), которые со стоят из четырех спиральных трансмембранных сегментов. VSTx1 токсин паука Grammostola spatulata, ингибирующий канал KvAP. Токсин имеет молекулярную мас су 4 кДа и содержит 34 аминокислотных остатка [1]. Пространственная структура пептида содержит два антипараллельных -тяжа, в структуре имеются три дисуль фидные связи. Согласно литературным данным [2], пора не является мишенью по добных токсинов, взаимодействие VSTx1 происходит именно с ВСД-KvAP.

На основании данных ЯМР было получено отнесение сигналов VSTx1 в водном растворе и в мицеллах смеси детергентов DPC/LDAO при значении pH 5.0. С помо щью гидрофобных спиновых зондов был определен способ взаимодействия пептида с мицеллой: установлены участки молекулы VSTx1, заглубленные внутрь мицеллы и находящиеся на поверхности.

В результате исследования топологии взаимодействия VSTx1 и ВСД-KvAP в окружении мицелл DPC/LDAO было установлено, что остатки вольт-сенсора, лока лизованные в обрасти S1-S2 шпильки и на S4+–спирали, вероятно, образуют сайт связывания вольт-сенсора с токсином. Сайт связывания на молекуле VSTx1 был определен с использованием спин-меченого мутантного (Cys51) варианта ВСД-KvAP.

Влияние полисиаловой кислоты на структуру и активность линейных катионных пептидов –– латарцинов и мелиттина С помощью ковалентно присоединенных парамагнитных спиновых меток была исследована динамика N-концевого фрагмента ВСД-KvAP. Показано, что этот уча сток домена может совершать движения с амплитудой 7– A.

Литература 1. Jung Hoi Jong, Lee Ju Yeon, Kim Su Hwan, Eu Young-Jae, Shin Song Yub, Milescu Mirela, Swartz Kenton J, and Kim Jae Il Solution Structure and Lipid Membrane Partitioning of VSTx1, an Inhibitor of the KvAP Potassium Channel, // Biochemistry.

2005 Apr 26. 44(16). 6015–23.

2. Ruta V, MacKinnon R. Localization of the voltage-sensor toxin receptor on KvAP. // Biochemistry. 2004. Aug 10. 43(31). P. 10071–9.

УДК 577.322.73+577.322.23+577.114. Влияние полисиаловой кислоты на структуру и активность линейных катионных пептидов –– латарцинов и мелиттина А.С. Кузнецов1,2, Н.М. Грецкая2, В.В. Безуглов2, Р.Г. Ефремов 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН Антимикробные пептиды (АМП) это защитные молекулы, присутствующие у многих живых организмов. Они обладают широким спектром действия против бак терий, некоторых вирусов, грибов и паразитов [1]. Наиболее распространены и лучше всего исследованы линейные катионные -спиральные пептиды (ЛКП) [2]. Следует отметить, что механизм действия ЛКП изучен лишь в общих чертах и обычно пред полагает взаимодействие данных пептидов с фосфолипидами клеточной мембраны.

Однако, помимо липидов, на внешней поверхности клеточных мембран в большом количестве представлены сиаловые кислоты в составе олиго- и полисахаридов [3], [4].

Известно также, что полисиаловая кислота (ПСК) и другие полианионы могут вы зывать спирализацию ЛКП, например, мелиттина [5], [6], что может модулировать активность ЛКП [7]. Поэтому при анализе взаимодействий пептидов с мембранами бактерий важно учесть такие эффекты. В настоящей работе исследовали влияние ПСК на структуру и активность катионных амфифильных пептидов на примере ме литтина и латарцинов Ltc1K и Ltc2а.

Показано, что указанные ЛКП склонны к структуризации в воде в присутствии ПСК, однако поведение пептидов различается. Так, степень спирализации Ltc1K про порциональна количеству ПСК. Ltc2a демонстрирует слабое увеличение содержания -спиральной структуры при добавлении ПСК. Поведение мелиттина подчинялется триггерному механизму даже небольшие количества ПСК индуцируют переход пептида в -спиральную конформацию. Для мелиттина и латарцина Ltc1K подтвер дили образование устойчивых ассоциатов с ПСК, которые регистрировали методом электрофореза в полиакриламидном геле. Ассоциаты мелиттина с ПСК выделили ме тодом гель-проникающей хроматографии, соотношение мелиттин:ПСК в выделенной фракции составило 1:1 и 3:2 при использовании ПСК 6.92 кДа и 22.9 кДа, соответ ственно. При формировании ассоциатов мелиттина с ПСК в воде наблюдали сдвиг максимума испускания флуоресценции остатка Trp в коротковолновую область, что позволило выдвинуть гипотезу об олигомеризации пептида. По данным малоуглового рассеяния рентгеновских лучей ассоциаты мелиттина с ПСК 6.92 кДа представля ют из себя сферические частицы с радиусом 29 что согласуется с гипотезой об A, 88 У.Ф. Агаева, М.П. Никитин, Е.В. Коростылев, С.В. Лукаш, С.М. Деев олигомеризации пептида. Также исследовали влияние ПСК на мембранолитическую активность мелиттина и латарцина Ltc1K в отношении липосом, а также антимик робную и гемолитическую активности Ltc2a в присутствии ПСК.

По результатам работы можно заключить, что важно учитывать роль ПСК в процессах взаимодействия ЛКП с клетками-мишенями, поскольку пептиды могут демонстрировать различные сценарии поведения в присутствии сиаловой кислоты.

Рассматривается вопрос о причинах таких различий на молекулярном уровне. Про блема участия ПСК в механизмах проявления активности ЛКП требует дальнейшего изучения.

Литература 1. Stark M., Liu L., Deber C. Cationic hydrophobic peptides with antimicrobial activity // Antimicrobial agents and chemotherapy, 2002. 46(11). P. 3585–3590.

2. Lohner K. New strategies for novel antibiotics: peptides targeting bacterial cell membranes // General physiology and biophysics 2009. 28. P. 105–116.

3. Janas T., Janas T. Membrane oligo and polysialic acids // Biochimica et Biophysica Acta, 2011. 1808. P. 2923–2932.

4. Traving C., Schauer R. Structure, function and metabolism of sialic acids Cellular and molecular life sciences. 1998. 54(12). P. 1330–1349.

5. Perez-Paya E., Houghten R., Blondelle S. The role of amphipathicity in the folding, self-association and biological activity of multiple subunit small proteins The journal of biological chemistry. 1995. 270(3). P. 1048–1056.

6. Klocek G., Seelig J. Melittin interaction with sulfated cell surface sugars Biochemistry. 2008. 47. P. 2841-2849.

7. Vorontsova O.V., et al., Haemolytic and cytotoxic action of latarcin Ltc2a // Biochimie. 2011. 93(2). P. 227-241.

УДК 544. Самосборка бифункциональных нано- и микрочастиц на основе белков барназа и барстар У.Ф. Агаева1,2, М.П. Никитин2,3, Е.В. Коростылев3, С.В. Лукаш2, С.М. Деев 1 Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова 2 Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН 3 Московский физико-технический институт (государственный университет) Разработанный в нашей лаборатории принцип создания многофункциональных наноагентов с использованием полностью белковой системы, состоящей из двух бак териальных белков, барназы и барстара из Bacillus amyloliquefaciens [1], был приме нен в настоящей работе для самосборки двойных суперструктур из полистирольных коллоидных частиц двух типов: магнитных (1–3 мкм) и флуоресцентных (60– нм). Для повышения эффективности и специфичности самосборки белки были хи мически конъюгированы с частицами через гибкий гидрофильный полиэтиленгли колевый линкер, который позволил осуществить переход к многоточечному связы ванию между частицами и устранить неспецифическое взаимодействие между ними.

Эффективность разработанного метода была подтверждена с помощью оптической эпифлуоресцентной, а также сканирующей электронной микроскопии.

Новая группа антифунгальных хитинсвязывающих пептидов растений Одно из важных свойств белкового комплекса барназа-барстар, существенных для опосредования самосборки наночастиц, это высокая прочность связи [2]. По этому, для изучения пределов прочности системы, полученные структуры были подвергнуты экстремальным для белков условиям рН, температуры, действию высо кой ионной силы, а также высоких концентраций денатурирующих агентов мочеви ны и гуанидин гидрохлорида. Было обнаружено, что инкубация собранных структур при 70 °С (близкой к температуре плавления комплекса барназа–барстар) в течение 30 мин не приводит к видимым в оптический микроскоп изменениям их структуры.

Несмотря на то, что для свободных барназы и барстара значения рН4.0-4.5 прак тически полностью исключают образование комплекса, при инкубации собранных с помощью барназы и барстара наночастиц в буферах с рН, много ниже этих значений (рН 3,4;

3,0;

2,6), существенных изменений эффективности сборки не наблюдалось.

Лишь при рН 2,2 становится заметным частичное разрушение собранных структур.

Более того, они остаются практически неизменными в течение более чем двух меся цев со времени проведения эксперимента по самосборке (при хранении при 4°С).

Таким образом, полученные наноконструкции демонстрируют необычную для нанобиоконъюгатов стабильность и резистентность по отношению к значениям рН и температуры, далеким от физиологических.

Литература 1. Nikitin, M.P.;

Zdobnova, T. A.;

Lukash, S. V.;

Stremovskiy, O. A.;

S. M. Deyev, // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2010. 107. 13. P. 5827–5832.

2. Schreiber, G. In Methods in Molecular Biology;

C. H. Shein, Ed.;

Humana Press, New York. 2001. V. 160. P. 213.

УДК 577.112. Новая группа антифунгальных хитинсвязывающих пептидов растений А.А. Беркут1, П.Б. Опарин2, А.А. Василевский2, Е.В. Гришин2, Ц.А. Егоров 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Институт биоорганической химии им. академиков Шемякина М.М. и Овчинникова Ю.А.

РАН На основе цистеиновых мотивов первичной структуры, определяющих простран ственную укладку, защитные пептиды растений классифицируют на несколько ос новных групп. В ИБХ РАН из различных источников были выделены пептиды с отличным от известных мотивом СХ3 СХ СХ3 С, где Х произвольный аминокис лотный остаток. Пространственная укладка этих пептидов представлена двумя ан типараллельными -спиралями, соединенными двумя дисульфидными мостиками.

На основе этих фактов была выделена новая группа четырехцистеиновых (4Cys) защитных пептидов растений. 4Cys пептиды обладают различными биологически ми активностями: среди них встречаются, например, ингибиторы протеолитических ферментов и антифунгальные пептиды, исследованию которых посвящена данная работа.

Для трех пептидов, выделенных из дикорастущих растений Triticum kiharae, Echinochloa crus-galli и Stellaria media и названных соответственно Tk-Amp-X2, Ec Amp-1 и Sm-Amp-C4, были получены кодирующие их векторные конструкции. Да лее была проведена экспрессия генов пептидов в бактериальной системе. Выход Tk Amp-X2, Ec-Amp-1 и Sm-Amp-C4 составил 7 мг, 2 мг и 2,5 мг с 1 л культуры 90 А.А. Беркут, П.Б. Опарин, А.А. Василевский, Е.В. Гришин, Ц.А. Егоров Escherichia coli, соответственно. Для рекомбинантных пептидов были проведены ис следования их антифунгальной активности. В сотрудничестве с Институтом общей генетики РАН было показано, что антифунгальные 4Cys пептиды проявляют актив ность в отношении ряда фитопатогенных грибов в микромолярных концентрациях, причем особенно чувствительны к их действию грибы рода Fusarium.

Ранее для Ec-Amp-1 был показан своеобразный двухстадийный механизм анти фунгального действия: сначала пептид связывается с оболочками клеток гриба, а затем проникает внутрь и концентрируется в неких органеллах, возможно вакуолях или липидных тельцах. Для исследования первой стадии предполагаемого механиз ма было проведено тестирование связывания Tk-Amp-X2, Ec-Amp-1 и Sm-Amp-C с основными углеводами клеточных стенок грибов 1,3--глюканом и хитином.

Было обнаружено связывание пептидов с хитином при отсутствии такового для 1,3--глюкана, причем эффективность связывания антифунгальных 4Cys и хевеин подобных пептидов (известных хитинсвязывающих веществ) сравнима. Более того, 4Cys пептид Bwi-2c, являющийся ингибитором протеолитических ферментов, с хи тином не связывался.

Антифунгальные 4Cys пептиды представляют интерес в связи с возможностью их применения в сельском хозяйстве для борьбы с патогенами растений.

Литература 1. Egorov T.A., Odintsova T.I., Pukhalsky V.A., Grishin E.V. Diversity of wheat anti microbial peptides // Peptides. 2005. V. 26, N 15. P. 2064–2073.

2. Odintsova T.I., Vassilevski A.A., Slavokhotova A.A., Musolyamov A.K., Finkina E.I., Khadeeva N.V., Rogozhin E.A., Korostyleva T.V., Pukhalsky V.A., Grishin E.V., Egorov T.A. A novel antifungal hevein-type peptide from Triticum kiharae seeds with a unique 10-cysteine motif // FEBS J. 2009. V. 276, N 15. P. 4266–4275.

3. Nolde S.B., Vassilevski A.A., Rogozhin E.A., Barinov N.A., Balashova T.A., Samsonova O.V., Baranov Y.V., Feofanov A.V., Egorov T.A., Arseniev A.S., Grishin E.V. Disulde-stabilized helical hairpin structure and activity of a novel antifungal peptide EcAMP1 from seeds of barnyard grass (Echinochloa crus-galli) // J. Biol.

Chem. V. 286, N 28. P. 25145–25153.

Веб-сервис для сравнительного анализа геномов Секция биоинформатики УДК 577. Веб-сервис для сравнительного анализа геномов Д.С. Ищенко Московский физико-технический институт (государственный университет) Институт физико-химической медицины Одной из особенностей текущего положения в области геномики является сти хийное накопление геномных данных. В текущей версии GenBank (мирового репо зитория геномных данных) от 11 октября 2011 содержится 1768 прокариотических и 517 эукариотических геномов, при этом более половины этих данных было получе но за последние 2 года. В контексте вышеизложенной особенности встает проблема обработки, сравнения и анализа полученных данных.

Разрабатываемый веб-сервис [1] предназначен для упрощения и автоматизации работы с генетическими последовательностями. Основной задачей является реализа ция высокопроизводительных методов выравнивания большого количества геномов с последующим построением таблиц, содержащих информацию о нуклеотидных за менах, их позициях в геномах, изменениях аминокислот. Это дает возможность по лучить качественные и количественные картины сходства и различия внутри любого набора из исследуемых геномов. Интересной особенностью проекта является множе ственное выравнивание пакета генетических последовательностей на один конкрет ный геном. В результате такого выравнивания можно определять уникальные осо бенности штаммов, свойственные лишь единственному или небольшому количеству геномов из группы. В проекте предложена экспериментальная функция аннотации генома на основании известных генов в гомологичных штаммах, а также поиске от крытых рамок считывания на уникальных участках.

Интенсивное увеличение количества секвенированных генетических последова тельностей позволяет нам рассчитывать на рост потенциальной аудитории в России с 2–3 лабораторий 2010–2011 года до нескольких десятков. Наибольший интерес, ко нечно же, данный проект будет представлять для зарубежных исследовательских групп, количество бактериальных геномов, секвенируемых ежегодно, достигнет от метки в несколько тысяч в 2012–2013 году.

Литература 1. Ilya Altukhov, Dmitry Ischenko. MCCMB’11. Web-application for comparative structural and functional analysis of prokaryotic genomes sequencing data.

92 С.В. Траньков, В.А. Яворский УДК 57. Статистические методы анализа эволюции Р.А. Солдатов1, А.А. Миронов1, 1 Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича 2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Предметом рассмотрения является функция над последовательностью. Она мо жет выражать, например, энергию вторичной структуры РНК, силу самого сильного сайта или любую другую характеристику последовательности. Рассмотрим несколь ко родственных последовательностей (соответственно значения наблюдаемой функ ции известно). Задача состоит в оценке значимости наблюдаемых значений при усло вии нейтральной модели эволюции. Задача разбивается на несколько подзадач.

Во-первых, определение того, является ли эволюция функции при данной модели нейтральной. Если это так, то производится оценка скорости эволюции, на основе чего проверяется гипотеза находится ли признак под давлением отбора. Также проверяется гипотеза о возможном предковом значении.

В ходе эволюции происходит дрифт в пространстве последовательностей, он по рождает некоторый дрифт в пространстве значений функции (обычно это веществен ные числа). Следуя ряду предположений, нейтральная эволюция функции представ ляется как диффузия в силовом поле и описывается уравнением Фоккера–Планка.

На основе анализа параметров этого уравнения на эволюционном дереве, а также с применением Монте-Карло симуляции, проверяются статистические гипотезы.

Работа метода демонстрируется на ряде модельных примеров.

Литература 1. Risken Н. The Fokker-Planck equation, methods of solution and applications. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 1989. 485 с.

УДК 577. Обзор алгоритмов GeneMark аннотации геномов С.В. Траньков, В.А. Яворский Московский физико-технический институт (государственный университет) В настоящее время одной из актуальных задач является автоматизация аннота ции геномов, поскольку их количество увеличивается экспоненциально. Процедура сопоставления с уже аннотированными геномами производится в основном в ручном режиме и не подходит для принципиально новых геномов. Поэтому возникает необ ходимость в развитии алгоритмов аннотации геномов на основании общих принципов устройства нуклеотидных последовательностей, без априорных знаний о специфике геномов данного вида.

Примером реализации такого алгоритма является программа GeneMark [1] и ее последующие модификации [2]. В основе алгоритма лежит представление о нуклео тидной последовательности и содержащихся в ней генов как реализации скрытой марковской модели (HMM). Показано, что данные алгоритмы правильно распозна ют примерно 90–95% генов в прокариотических геномах, но испытают трудности при распознавании генов в вирусных и эукариотических геномах. Это связано с наличием перекрывающихся генов, мобильных элементов, интрон-экзонной структуры и очень коротких или очень длинных генов.

Анализ регулона NifA-RpoN в Alphaproteobacteria методами сравнительной геномики Решение этих проблем возможно в рамках создания алгоритмов аннотации струк тур, дополняющих гены различного рода регуляторных элементов, таких как про моторы, сайты связывания факторов транскрипции, малых и микро-РНК.

Литература 1. Borodovsky M., McIninch J. GeneMark: parallel gene recognition for both DNA strands. // Computers & Chemistry. 1993. V. 17, N. 19. P. 123–133.

2. Besemer J., Lomsadze A., Borodovsky M. GeneMarkS: a self-training method for prediction of gene starts in microbial genomes. Implications for nding sequence motifs in regulatory regions. // Nucleic Acids Research. 2001. V. 29, N. 12. P. 2607– 2618.

УДК 577. Анализ регулона NifA-RpoN в Alphaproteobacteria методами сравнительной геномики Е.А. Яловая Московский физико-технический институт (государственный университет) Азотфиксация это сложный биохимический процесс превращения молекуляр ного азота в ионы аммония, которые впоследствии включаются в органические со единения клетки. Наиболее хорошо азотфиксация исследована в Alphaproteobacteria, среди которых существует большое число симбионтов сельскохозяйственных расте ний. Процесс азотфиксации осуществляется ферментом нитрогеназой, которая раз рушается в присутствии молекулярного кислорода. Реакция восстановления молеку лярного азота требует наличия АТФ в комплексе с ионами магния:

2 + 8 + 8 + + 16 2+ АТФ 2 4 + 16 2+ АДФ + 16.

+ Процесс азотфиксации зависит от различных факторов, таких как концентрация свя занного азота, концентрация молекулярного кислорода в среде, соотношение окис ленных и восстановленных форм восстановительных эквивалентов и наличие АТФ.

Ответ на такое большое количество факторов требует достаточно сложной регуля торной системы (см. каскад регуляции на рис.рис. 1). Каскады азот-зависимой регу ляции могут значительно отличаться для различных видов [1].

Данная работа посвящена изучению основного регулятора генов азотфиксации NifA (зависящего от альтернативного -фактора RpoN) в Alphaproteobacteria.

Результаты. Экспериментальные исследования данного регулона, осуществлен ные для двух модельных организмов Bradyrhizobium japonic- um и Rhizobium etli [2], [3] были дополнены в нашем исследовании методами сравнительной геномики. Иссле довались все представители класса -proteobacteria, обладающие системой азотфикса ции, с доступным полным геномом (22 организма, при наличии нескольких штаммов выбирался наиболее изученный). Выяснилось, что ядро регулона NifA-RpoN чрезвы чайно консервативно и включает в себя (опероны названы по первым генам):

- nifHDK, кодирующий компоненты нитрогеназы, - iscNnifUS operon, кодирующий сборку FeS-кластера, - nifBfdxN кодирующий белки, необходимые для синтеза Fe-Mo кофактора, - xABCX / rnfABCDGEH, осуществляющие транспорт электронов к нитрогеназе [4].

94 Е.А. Яловая Авторегуляция nifA была подтверждена для порядка Rhizobiales, поскольку этот ген член оперонов xABCX-nifA, xR-nifA или ahpCD-nifA (отличается для различных подгрупп Rhizobiales).

По анализу белковых выравниваний и филогенетических деревьев белков была восстановлена вероятная эволюционная история некоторых генов и оперонов.

NifA-связывающий мотив TGT-N10 -ACA был подтвержден и значительно уточнен (Рис. рис. 2).

Были определены новые белки-члены регулона. У большинства из них играют определенную роль в фиксации азота, например, транспортные белки молибдена (ион Мо присутствует в металлическом кластере нитрогеназы), или гены окислительно восстановительные реакций (ферредоксины, цитохромы). Однако функции некото рых генов недостаточно хорошо аннотированы, и их роль в фиксации азота еще предстоит выяснять.

Данная работа выполнена совместно с О.В. Цой и М.С. Гельфандом.

Рис. 1. Регуляция азотфиксации транскрипционными факторами Рис. 2. Logo-диаграмма сайта связывания ДНК белком NifA Литература 1. Fischer H.M. Genetic Regulation of Nitrogen Fixation in rhizobia, // Microbiol. Rev., American Society For Microbiology. United States. 1994. P. 352–386.

2. Salazar E, Diaz-Mejia JJ, Moreno-Hagelsieb G, et al. Characterization of the NifA RpoN Regulon in Rhizobium etli in Free Life and in Symbiosis with Phaseolus vulgaris.

Applied and environmental microbiology. 2010. V. 76(13). P. 4510–4520.

3. Hauser F, Pessi G, Friberg M, et al. Dissection of the Bradyrhizobium japonicum NifA+sigma54 regulon, and identication of a ferredoxin gene (fdxN) for symbiotic nitrogen xation. // Molecular genetics and genomics: MGG. 2007. V. 278(3).

P. 255–71.

4. Jeong HS, Jouanneau Y. Enhanced nitrogenase activity in strains of Rhodobacter capsulatus that overexpress the rnf genes. // Journal of bacteriology. 2000.

V. 182(5). P. 1208–14.

Новый метод широкомасштабного поиска гипометилированных последовательностей генома УДК 577. Новый метод широкомасштабного поиска гипометилированных последовательностей генома А.В. Гаража1,2, К.К. Баскаев1, А.А. Буздин 1 Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН 2 Московский физико-технический институт (государственный университет) Эпигенетика это совокупность обратимых изменений активности генов, проис ходящих без нарушений в нуклеотидной последовательности ДНК, но приводящих к сохранению неактивного или активного состояния генов в ряду клеточных поколе ний. Преобладающей эпигенетической модификацией ДНК у млекопитающих явля ется метилирование, заключающееся, главным образом, в присоединении метильной группы к цитозину в позиции С5 пиримидинового кольца в составе динуклеотидов 5’-CG-3’ [1].

Области метилирования ДНК устанавливаются в раннем развитии организма, и поддерживаются на протяжении всего времени его развития, за исключением обла стей тканеспецифических промоторов, статус метилирования которых может изме няться в течение тканевой и клеточной дифференцировки [2]. Также статус метили рования некоторых локусов может меняться при различных клеточных патологиях, например, при раке [3].

На данный момент существует стандартный метод определения статуса метили рования произвольного локуса ДНК, основанный на различной чувствительности цитозина и 5-метилцитозина к обработке бисульфитом в условиях высокой темпера туры и низкого рН [4],[5]. Тем не менее, такое точечное определение не дает пред ставления о распределении метилированных последовательностей по геному в целом и не позволяет сравнивать целые геномы, к примеру, нормальной и раковой клетки.

Нами был предложен новый метод широкомасштабного поиска гипометилиро ванных последовательностей генома (назван nMETR, non-MEthylated Tag Recovery, рис. 1). Принцип метода состоит в следующем: геномную ДНК обрабатывают чув ствительной к метилированию эндонуклеазой рестрикции (например, BspFNI, рас щепляющей только по последовательностям неметилированного тетрануклеотида CGCG с образованием тупых концов), к полученному рестрикту лигируют супрес сионные адаптеры и производят ПЦР-амплификацию с праймерами к адаптеру и последовательности геномных повторов Alu. Затем продукты ПЦР секвенируют.

Для анализа результатов высокопроизводительного секвенирования, нами было разработано программное обеспечение, позволяющее находить адаптерную последо вательность, последовательность Alu-повтора, картировать полученные последова тельности на человеческий геном, а также проводить их фильтрацию по наличию рестрикционного сайта CGCG. Кроме того, программа позволяет аннотировать тре буемый геномный локус, например, информацией о ближайшем CpG-островке.

Данное программное обеспечение позволило автоматически отобрать полнораз мерные прочтения и найти достоверные nMETR последовательности. В результа те анализа данных секвенирования пилотной библиотеки были выявлены 1113 раз личных локусов (содержащих 6589 идентифицированных последовательностей), (64%) из них оказались расположены вблизи известного CpG-островка (не удалённее 200 п.н. от конца последовательности).

Таким образом, пилотные клонотеки действительно содержали последовательно сти, фланкированные участками узнавания рестриктазы BspFNI с одной стороны и последовательностью повтора Alu с другой. Проверка результатов стандартным 96 А.В. Гаража, К.К. Баскаев, А.А. Буздин методом бисульфитного секвенирования, подтвердила высокую эффективность ме тода nMETR, особенно для выявления слабометилированных CpG-островков генома человека.

Предложенный метод универсален и может служить для быстрого обнаружения эпигенетических маркеров одновременно для большого количества тканей и образ цов. Метод также имеет большой потенциал использования для определения разли чий в метилировании геномов клеток, как в норме, так и при различных патологиях.

Рис. 1. Принципиальная схема метода nMETR (non-MEthylated Tag Recovery) Литература 1. Jones P.A. Overview of cancer epigenetics. Semin. Hematol. 2005. 42. P. 53–58.

2. Warnecke P.M., Clark S.J. DNA methylation prole of the mouse tail skeletal alpha aktin promoter during development and dierentiation // Mol. Cell. Biol. 1999.

19. P. 164 172.

3. Sharma S., Kelly T.K., Jones P.A. Epigenetics in cancer Carcinogenesis 2010.

V. 31 № 1. P. 27 36.

4. Clark S.J., Statham A., Stirzaker C., Molloy P.L., Frommer M. DNA methylation:

bisulphite modication and analysis // 2006. Nature Protocols. V. 1 № 5. 2353 2364.

5. Olek A., Oswald J., Walter J. A modied and improved method of bisulphate based cytosine methylation analysis // Nucleic Acids Research. 1996. V. 24. № 24.

5064 5066.

Особенности организации минимальных структуро-формирующих элементов (SF-IU) белков УДК 51- Особенности организации минимальных структуро-формирующих элементов (SF-IU) белков А.И. Гилажев1, А.Я. Червоненкис2, А.Н. Некрасов 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Институтпроблем управления имени В.А. Трапезникова РАН 3 Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН Применение метода анализа информационной структуры (ANIS метод) позволяет выявлять в белках иерархически организованные структуры, элементами нижнего уровня иерархии в которых являются структурно-формирующие единицы (SF-IU) короткие фрагменты первичной структуры белков. Исследование особенностей структурной организации SF-IU является целью настоящей работы. Для решения поставленной задачи нами проводилось:

1) снижение размерности пространства физико-химических признаков аминокис лот 2) выделение кластеров в наборе SF-IU Набор SF-IU, использовавшихся для анализа, был получен из протеома E.Coli с помощью комплекса программ ANIS-Trees.

Задача снижения размерности решалась с использованием метода главных ком понент, основанном на поиске линейного преобразования входных признаков с мак симальной выборочной дисперсией для новой координаты. В результате выделено обобщенных физико-химических признаков (главных компонент) вместо исходных 535. Выделение кластеров осуществлялось путем построения минимального покры вающего дерева на наборе SF-IU с помощью алгоритма Прима. Для расчета расстоя ний между отдельными SF-IU использовалась метрика Евклида, при этом в качестве координат применялись ранее полученные обобщенные физико-химические призна ки. Кластеры формировались при разрезании минимального покрывающего де рева по самым длинным ребрам. Выделено 5 кластеров, содержащих от 200 до элементов.

В дальнейшем планируется провести анализ факторов, приводящих к образова нию кластеров и выявлению особенностей их структурной организации.

98 А.И. Гилажев, А.Я. Червоненкис, А.Н. Некрасов Рис. 1.

Рис. 2.

Реконструкция истории геномных перестроек в близких штаммах бактерий Рис. 3.

Литература 1. Nekrasov A.N. Analysis of the information structure of protein sequences: a new method for analyzing the domain organization of proteins // J. Biomol. Struct. Dyn.

2004. V. 21(5). P. 615-624.

2. Jain A.K., Murty M.N., Flynn P.J. Data Clustering: A Review // ACM Comp. Surv.

1999.

3. Shlens J.A tutorial on Principal Components Analysis. URL:

http://www.snl.salk.edu/ shlens/ УДК 573.34.03. Реконструкция истории геномных перестроек в близких штаммах бактерий О.О. Бочкарева Московский физико-технический институт (государственный университет) В ходе эволюции близких штаммов бактерий происходят геномные перестройки.

История таких перестроек интересна как с точки зрения эволюционной микробио логии, так и практически, поскольку такие перестройки могут изменять свойства штаммов. Была исследована группа Escherichia coli / Shigella, содержащая более полностью отсеквенированных и аннотированных геномов.

Сначала анализировались только универсальные гены, присутствующие во всех рассматриваемых геномах. На основе попарного сравнения геномов были выделены общие синтенные блоки (участки с совпадающим порядком генов, т.е. не затрону тые перестройками) и посчитаны попарные эволюционные расстояния в терминах перестроек таких блоков. Оказалось, что штаммы Escherichia coli практически не различаются порядком универсальных генов (не более четырех событий на геном).

В штаммах Shigella были выявлены десятки перестроек больших синтенных блоков, однако полученных данных о расположении только универсальных генов оказалось недостаточно, чтобы однозначно реконструировать эволюционное дерево этой груп пы.

100 А.Ю. Лизунов, Д.В. Виноградов Далее для реконструкции эволюционной истории Shigella с помощью алгорит ма DRIMM-Synteny были построены расширенные синтенные блоки, включающие неуниверсальные гены. Было построено эволюционное древо, и реконструированы порядок генов у предков во всех узлах дерева и перестройки блоков на всех ветвях.

Литература 1. Pavel S. Novichkov, Yuri I. Wolf, Inna Dubchak, Eugene V. Koonin Trends in Prokaryotic Evolution Revealed by Comparison of Closely Related Bacterial and Archaeal Genomes // Journal of Bacteriology. Jan. 2009. P. 65–73.

2. Pevzner Breakpoint Graphs and Ancestral Genome Reconstructions // Genome Research. 2009. № 19. P. 943–957.

3. Son K. Pham, Pavel P. Pevzner DRIMM-Synteny: Decomposing Genomes into Evolutionary Conserved Segments // Bioinformatics. 2010. № 20. P. 2509– 2516.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |
 



 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.