Реки, побережья, горы, облака, снежинки, кораллы, облака, кроны деревьев и ураганы — все они обладают свойствами фракталов. Им свойственная нетривиальная структура на всех масштабах приближения, степень нестабильности которой постоянна. Также эти объекты подчиняются законам фрактального роста или фрактального развертывания, что означает протекание процессов иерархически структурированных, с «самоподобием» на всех этажах своего устройства.
Впрочем, фрактальные процессы можно наблюдать не только снаружи, но и внутри организма: например, когда контроль экспрессии рецепторов инсулина регулирует уровень глюкозы в крови, или когда метастазирует [1] злокачественная опухоль.
В настоящее время такие процессы на генетическом уровне пытаются описать с помощью довольно сложных систем нелинейных уравнений. Однако используемые модели в лучшем случае дают ответ на вопрос, какой ген отвечает за конкретное заболевание, но не как все эти гены взаимодействуют.
Обычно ученые при разработке генной терапии для конкретного заболевания учитывают поведение одного конкретного гена или один сигнальный путь, и все заканчивается лишь скромным успехом по устранению локализованного дефекта. В итоге ученые говорят: «Мы разработали лекарство для борьбы с этим раком, но рак нашел другой путь [2]». Но это происходит не потому, что раковые клетки мигрировали или каким-то иным образом перехитрили врачей. Дело в том, что пока не учитываются системные эффекты, происходящие в организме, терапия сложных болезней обречена на глобальную неудачу.
В рамках решения этой проблемы исследователи из Университета Южной Калифорнии предложили путь, учитывающий взаимозависимость экспрессии генов. В своей работе исследователи заложили первоначальную основу фрактальной математики организма, изложив основные характеристики потенциальных математических инструментов.
Для начала ученые разработали программное обеспечение для изучения и прогнозирования межгенных взаимодействий двух живых бактерий: E.coli (кишечная палочка) и Saccharomyces cerevisiae (пекарские дрожжи). Результаты вычислений показали не только существование памяти экспрессии генов, но также и то, что экспрессия генов проявляет фрактальные характеристики, показывающие уровень взаимозависимости во взаимодействии генов.
Новые законы, описывающие фрактальные принципы совместного действия генов в организме, объясняют, например, как две раковые клетки работают вместе в одном наборе, но убивают друг друга в другом. Также фрактальные схемы подсказывают, как можно сконструировать опухолевые клетки или генные препараты, чтобы убивать ими настоящие опухоли организма. Исследователи уверены, что находятся на правильном пути к лечению наиболее многофакторных заболеваний и продолжают двигаться в выбранном направлении.