Современные представления о внутриклеточном транспорте приписывают микротрубочкам критическую значимость в переносе груза. Однако значительная часть математических моделей внутриклеточного транспорта не содержит описания сети микротрубочек, либо использует предположение о полностью однородной стабильной сети, что выражается в постоянном во всей области моделирования поле скоростей переноса. В тоже время сеть микротрубочек представляет собой динамичную структуру со сложной геометрией: она несимметрична, не заполняет всю клетку целиком, микротрубочки могут иметь значительную кривизну. Чтобы учесть эти особенности в моделях внутриклеточного транспорта, необходимо подробное качественное и количественное описание сети.
Доклад посвящен пространственному моделированию транспорта эндосом с учетом вида сети микротрубочек. Модель, представленная в докладе, состоит из двух связанных подмоделей: микротрубочек и переноса груза. При этом подмодель микротрубочек может быть модифицирована для описания различных экспериментальных ситуаций. Моделировался транспорт на различных масштабах времени: долгосрочном и краткосрочном, - для каждого из них был реализован свой подход к описанию сети: (i) с учетом динамической нестабильности микротрубочек, (ii) с учетом геометрии сети и кривизны индивидуальных микротрубочек. В результате моделирования сети при обоих подходах рассчитывается поле скоростей переноса, которое выступает в качестве коэффициента конвекции в уравнениях конвекции-диффузии, описывающих перенос груза в клетке (т. е. в подмодели переноса).
Подмодель динамики микротрубочек, полученная при первом подходе моделирования, позволяет исследовать энергетические закономерности построения сети: оцениваются затраты энергии на создание и поддержание сети, а также выигрыш от использования микротрубочек для переноса эндосом по сравнению со свободной диффузией в цитоплазме.
Подмодель микротрубочек, учитывающая структуру сети (второй подход), описывает фиксированную конфигурацию и может быть использована для моделирования транспорта на коротких (до 100 секунд) промежутках времени. Геометрия сети получена с использованием фотографий микротрубочек в живой клетке, что позволяет реалистично оценить расположение и кривизну отдельных микротрубочек. В результате моделирования получена динамика груза, частично объясняющая замедление средней скорости при увеличении времени измерения