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免疫反应可以用经典数学难题来描述

免疫细胞从敌人中挑选朋友的方式可以通过称为“狭隘逃避问题”的经典数学难题来描述。

这是由生物学家,免疫学家和数学家之间的国际合作产生的一个重要发现,发表在“美国国家科学院院刊”上。

狭窄逃逸问题是经常应用于细胞生物学的框架。它假设随机移动的粒子被困在一个只有一个小出口的空间中,并计算每个粒子逃脱所需的平均时间。

“这是一些熟悉的方程式的新应用,”麦格理大学数学与统计系的共同作者Justin Tzou说。

Tzou与英国牛津大学和剑桥大学,加拿大不列颠哥伦比亚大学以及瑞典Skövde大学的同事一起分析了T细胞探测潜在病原体的方法,这些细胞识别并攻击入侵者。研究人员发现,狭窄逃逸问题中使用的方程在确定是否触发免疫反应方面起着关键作用。

“狭窄的逃避问题最终成为T细胞受体情况的近亲,”贾斯汀说。“它是关于确定在逃逸之前漫射粒子在某个区域保留多长时间。”

T细胞的独特形状产生了所谓的“紧密接触区”,用于触发称为T细胞受体的分子。与大多数具有相对光滑表面的细胞不同,T细胞被褶皱,凸起和其他突起覆盖。

长期以来,科学家已经知道T细胞受体分子位于细胞表面以识别敌人并引发敌对反应。

受体含有的分子模式反映了细菌,肿瘤和其他危险的入侵者表面的分子模式。但确切地说,识别和触发过程的工作方式 - 特别是如何快速准确地工作 - 一直是个谜。

研究人员认为T细胞异常结实的形状起着至关重要的作用。

表面上的突起意味着它与潜在敌方细胞的接触面积非常小 - 只有几百纳米,或者比人类头发的宽度小一千倍。

根据新理论,T细胞受体遵循两秒规则:如果它们在小接触区域中花费超过两秒钟,则化学过程开始发出警报并触发攻击。

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