Первоначально отдел именовался как Межфакультетская лаборатория математических методов в биологии, организованная акад. И.М. Гельфандом при поддержке акад. И.Г. Петровского, который в то время был ректором МГУ. В 1976 г. лаборатория вошла в состав НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ в качестве отдела метаматических методов в биологии. Бессменный руководитель отдела (ранее лаборатории) – акад. И.М. Гельфанд.

В структуру отдела входят: группы клеточной биологии (акад. Ю.М. Васильев), математики и медицинской диагностики (акад. И.М. Гельфанд), межклеточных взаимодействий (акад. Л.М. Чайлахян) и нейрофизиологии (проф. Г.Н. Орловский). Основные сотрудники отдела: дбн Л.Б. Марголис, дбн А.А. Нейфах, дбн Ю.В. Панчин, дбн Т.В. Потапова, дбн Т.М. Свиткина, дбн Ю.Ю. Шаровская, дфмн С.М. Натанзон, дфмн Д.А. Попов, кбн А.Ю. Александрова, кбн Л.Ю. Бойцова, кбн Т.Г. Делягина, кбн Л.В. Домнина, кбн В.Б. Дугина, кбн А.Я. Дунина-Барковская, кбн Г.А. Павлова, кбн О.Ю. Плетюшкина, кбн Л.Б. Попова, кбн Е.К. Фетисова, кфмн А.В. Алексеевский, кфмн М.Л. Извекова, кфмн А.М. Леонтович, кфмн С.Ю. Лукашенко, кфмн С.А. Спирин, кмн В.И. Самойлов, С.Н. Рубцова.
 
Отдел ведет научные исследования по следующим основным направлениям. Выяснение роли компонентов цитоскелета в морфогенезе и их нарушений при неопластической трансформации. Теоретическая математика, математические вопросы томографии, биоинформатика и компьютерная биология, медицинская информатика. Роль высокопроницаемых межклеточных контактов в процессах малигнизации ткани, энергетическое взаимодействие между клетками посредством электрической связи, механизмы метаболической регуляции проводимости межклеточных контактов. Устройство нервных центров управления движениями у позвоночных и беспозвоночных животных.

Участие в выполнении научно-исследовательских проектов (программ) и грантовая поддержка. Совместные проекты с НИИ канцерогенеза Онкологического научного центра РАМН, Институтом теоретической и экспериментальной биологии РАН, Институтом биохимии им. А.Н. Баха, Институтом машиноведения РАН, международным Людвиговским институтом раковых исследований, Штутгартским университетом (Германия), Университетами Амстердама и Утрехта (Голландия), Университетом Марселя (Франция), Университетским Колледжем Лондона (Англия), Йоркским университетом (Канада), Лейденским университетским медицинским центром (Голландия). Гранты: ряд грантов РФФИ, INTAS, Шведской Королевской Академии ученых, CRDF, НАТО.

Основные научные достижения отдела. Получены основополагающие результаты в теории бесконечномерных представлений групп, теории обобщенных гипергеометрических функций [Гельфанд и др. 1992], интегральной геометрии [Гельфанд и др. 2000], теории многомерных детерминантов [Gelfand et al. 1994]. Решена задача оценки неслучайности перекрывания плоских фигур; полученный результат использован для анализа склонности клеток к адгезии в культурах тканей [Васильев и др. 1987]. Описана топологическая структура пространств модулей римановых поверхностей и близких к ним пространств: вещественных алгебраических кривых, пространств отображений и соответствующих суперпространств [Натанзон 2003]. Решены задачи обращения двумерного обобщенного преобразования Радона и математическая задача оптоакустической томографии [Попов 1998; Попов 2001]. Обнаружены структурные детерминанты, присущие структурам белков типа "β сэндвич" [Kister et al. 2002]. Предложены новые алгоритмы работы с биологическими последовательностями, в том числе для множественного выравнивания [Николаев и др. 1997], автоматической аннотации на основе локального сходства с банковскими последовательностями [Leontovich et al. 2002], и другие. Создана база данных ДНК-белковых взаимодействий. Разработана методика структурной организации данных для проведения клинических исследований [Гельфанд и др. 1989, Alexeevski et al. 1992]. Методика применена в совместных с врачами исследованиях в кардиологии, гастроэнтерологии, хирургии, акушерстве и гинекологии и других областях медицины [Гельфанд, Гринберг и др. 1996]. На примере локомоции виноградной улитки впервые исследованы и описаны базовые механизмы прямого управления эффективностью работы гладкой мускулатуры четырьмя нейротрансмиттерами. [Pavlova 2001]. На примере беспозвоночных (моллюск), низших позвоночных (минога) и высших позвоночных (кролик) описаны и изучены базовые принципы организации и работы нейронных сетей, ответственных за стабилизацию позы в пространстве [Deliagina, Orlovsky 2002; Deliagina et al. 1998]. Открыто новое семейство генов щелевых контактов у позвоночных животных и человека (паннексины); разработана модельная система для изучения избирательного формирования ЭС между идентифицированными нейронами in vitro. Открыт новый ген, блокирующий работу калиевых каналов, и который, по-видимому, является также раковым супрессором. Впервые показано приобретение фибробластами под действием таксола эпителиоидной формы при наличии циркулярного варианта пучков актиновых филаментов [Pletjushkina et al. 1994]. Исследовано Rho-зависимое образование эпителиоцитов-“лидеров” при заживлении раны [Omelchenko et al. 2003]. Открыта фрагментация митохондриального ретикулума как стадия митоптоза и апоптоза [Skulachev et al. 2004]. Разработаны теоретические представления и получены экспериментальные доказательства энергетической кооперации между клетками в трихомах сине-зеленых водорослей [Потапова и др. 1986], гифах грибов [Potapova et al. 1988; Потапова и Бойцова 1997] и монослойных культурах клеток млекопитающих [Асланиди и др. 1991]. Проведен математический анализ процессов в эквивалентном электрическом кабеле с пространственно разделенными генераторами и потребителями мембранного потенциала [Смолянинов и Потапова 2003]. Разработана экспериментальная модель гифального мини-дерева для исследования роли энергетической кооперации в поляризованном верхушечном росте Neurospora crassa [Потапова 2004]. Получены принципиально новые данные о роли локальных межклеточных взаимодействий в механизме регуляции синтеза раково-эмбрионального белка альфа-фетопротеина [Gleiberman et al. 1989] и механизме промоторного действия канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) [Шаровская и др. 2004]. Выявлены различия в проявлении контактного торможения движения и диффузионной межклеточной связи у нормальных и опухолевых клеток аденокарциномы толстого кишечника человека [Шаровская и др. 2001]. На основе исследования механизмов метаболической регуляции проводимости межклеточных контактов выдвинуто предположение о “липофильном” компоненте разобщающего действия слабых кислот [Dunina-Barkovskaya 1998]. Получены важные данные о молекулярной структуре и регуляции плотных контактов [Turin et al. 1991], механизмах вирус-индуцированного слияния билогических мембран [Frolov et al. 2003] и молекулярных механизмах эндоцитоза и фагоцитоза [Дунина-Барковская 2004].

Научные достижения отдела отмечены Государственной премией РФ (И.М.Гельфанду, С.Г.Гиндикин, М.И.Граев), премиями Европейской Академии для молодых ученых (В.Б. Дугина), мэрии Москвы (М.Л. Извекова), Вольфа (Израиль), города Киото (Япония), МакАртура (США).

Основные научные публикации отдела:
1.    Arshavsky YI, Gelfand IM, Orlovsky GN, Pavlova GA. Messages conveyed by de-scending tracts during scratching in the cat. I. Activity of vestibulospinal neurons. Brain Res. 1978; 159: 99–110.
2.    Arshavsky YI, Gelfand IM, Orlovsky GN, Pavlova GA. Messages conveyed by spino-cerebellar pathways during scratching in the cat. I. Activity of neurons of the lateral re-ticular nucleus. Brain Res. 1978; 151: 479–91.
3.    Беркинблит МБ, Божкова ВП, Бойцова ЛЮ, Миттельман ЛА, Потапова ТВ, Шаровская ЮЮ, Чайлахян ЛМ. Высокопроницаемые контактные мембраны. "Наука", Москва: 1981; 460 стр.
4.    Потапова ТВ, Асланиди КБ, Шалапенок АА, Карнаухов ВН, Чайлахян ЛМ. Фотоэлектрическая активность и спектральные характеристики одиночного трихома цианобактерии Phormidium uncinatum. ДАН СССР. 1986; 289: 1504–7.
5.    Arshavsky YuI, Deliagina TG, Orlovsky GN, Panchin YuV, Pavlova GA, Popova LB. Control of locomotion in marine mollusc Clione limacina. VI. Activity of isolated neurons of pedal ganglia. Exp Brain Res. 1986; 63: 106–12.
6.    Dugina VB, Svitkina TM, Vasiliev JM, Gelfand IM. Special type of morphological re-organization induced by phorbol ester: reversible partition of cell into motile and stable domains. Proc Nat Acad Sci USA. 1987; 84: 4122–5.
7.    Васильев НБ, Леонтович АМ, Самойлов ВИ. Оценка случайности перекрывания клеточных структур. Цитология. 1987; 29: 671–7.
8.    Potapova TV, Aslanidi KB, Belozerskaya TA, Levina NN. Transcellular ionic currents studied by intracellular potential recordings in Neurospora crassa hyphae. Transfer of energy from proximal to apical cells. FEBS Lett. 1988; 241: 173–6.
9.    Gleiberman AS, Kudrjavtseva EI, Sharovskaya YuYu, Abelev GI. Synthesis of alpha-fetoprotein in hepatocytes is co-ordinately regulated with cell-cell and cell-matrix in-teraction. Mol. Biol. Med. 1989; 6: 95–107.
10.    Гельфанд ИМ, Розенфельд БИ, Шифрин МА. Очерки о совместной работе математиков и врачей. Москва, "Наука", 1989.
11.    Bershadsky AD, Ivanova OY, Lyass LA, Pletyushkina OY, Vasiliev JM, Gelfand IM. Cytoskeletal reorganizations responsible for the phorbol ester -induced formation of cytoplasmic processes: possible involvement of intermediate filaments. Proc Nat Acad Sci USA. 1990; 87: 1884–8.
12.    Асланиди КБ, Бойцова ЛЮ, Виноградова ТА, Кублик ЛН, Мох ВП, Марахова ИИ, Потапова ТВ, Трепакова ЕС, Чайлахян ЛМ. Поддержание ионно-осмотического гомеостаза животных клеток с блокированными ионными насосами: роль проницаемых контактов. Биол мембр. 1991; 8: 827–53.
13.    Turin L, Behe P, Plonsky I, Dunina-Barkovskaya A. Hydrophobic ion transfer between membranes of adjacent hepatocytes: a possible probe of tight junction structure. Proc Natl Acad Sci U S A. 1991; 88: 9365–9.
14.    Orlovsky GN. Gravistatic postural control in simpler systems. Curr Opin Neurobiol. 1991; 1: 621–7.
15.    Alekseevskii AV, Izvekova ML, Gelfand IM, Shifrin MA. Capabilities and Applicabil-ity Range of Formal Methods in Solving Problems of Clinical Medicine. 1. The Pur-pose of Research and Formal Statement of the Problem. Pattern Recognition and Image Analysis. 1992; 2.
16.    Гельфанд ИМ, Граев МИ, Ретах ВС. Общие гипергеометрические системы уравнений и ряды гипергеометрического типа. Усп Матем Наук. 1992; 47: 3–82.
17.    Arshavsky YuI, Orlovsky GN, Panchin YuV, Roberts A, Soffe SR. Neuronal control of swimming locomotion: analysis of the pteropod mollusc Clione and embryos of the amphibian Xenopus. Trends Neurosci. 1993; 16: 227–33.
18.    Pletjushkina OY, Ivanova OY, Kaverina IN, Vasiliev JM. Taxol-treated fibroblasts aquire an epithelial shape and circular pattern of actin bundles. Exp Cell Res. 1994; 212: 201–8.
19.    Gelfand IM, Kapranov MM, Zelevinsky AV. Discriminants, resultants and multidimensional determinants. Boston, Birkhauser, 1994.
20.    Гельфанд ИМ, Гринберг АА, Извекова МЛ. Прогноз рецидива и хирургическая тактика при язвенных гастродуоденальных кровотечениях. В сб.: Информатика и медицина, М.: Наука, 1996.
21.    Потапова ТВ, Бойцова ЛЮ. Структура, функция, управление. Возможности экспериментального анализа в группах невозбудимых клеток, связанных проницаемыми контактами. Биол мембр. 1997; 14: 661–70.
22.    Николаев ВК, Леонтович АМ, Драчев ВА, Бродский ЛИ. Построение множественного выравнивания методом итерационного динамического улучшения исходного мотивного выравнивания. Биохимия. 1997; 62: 677–82.
23.    Dunina-Barkovskaya AYa. pH dependence of junctional conductance. Membr Cell Biol. 1998; 11: 793–801.
24.    Deliagina TG, Arshavsky YI, Orlovsky GN. Control of spatial orientation in a mollusc. Nature. 1998; 393: 172–5.
25.    Попов ДА. Восстановление характеристических функций в двумерной радонов-ской томографии. Усп Матем Наук. 1998; 53: 115–98.
26.    Gelfand I, Kister A, Kulikowski C, Stoyanov O. Geometric invariant core for the VL and VH domains of immunoglobulin molecules. Protein Eng. 1998; 11: 1015–25.
27.    Rovensky YA, Domnina LV, Ivanova OY, Vasiliev JM. Locomotory behaviour of epitheliocytes and fibroblasts on metallic grids. J Cell Sci. 1999; 112: 1273–82.
28.    Гельфанд ИМ, Гиндикин СГ, Граев МИ. Избранные задачи интегральной геометрии. М.: "Добросвет", 2000.

Основные публикации за последние 3 года:
1.    Pletjushkina OJ, Rajfur Z, Pomorski P, Oliver TN, Vasiliev JM, Jacobson KA. Induc-tion of cortical oscillations in spreading cells by depolymerization of microtubules. Cell Motil Cytoskeleton. 2001; 48: 235–44.
2.    Omelchenko T, Fetisova E, Ivanova O, Bonder EM, Feder H, Vasiliev JM, Gelfand IM. Contact interactions between epitheliocyres and fibroblasts: formation of hetero-typic cadherin containing adhesion sites is accompanied by local cytoskeletal reorgani-zation. Proc Nat Acad Sci USA. 2001; 98: 8632–7.
3.    Шаровская ЮЮ, Гайнуллина СМ, Якушева АА, Кордюкова ЛВ, Александров ВБ, Чайлахян ЛМ. Органная культура аденокарциномы толстого кишечника че-ловека как модель для изучения локальных межклеточных взаимодействий. Док-лады РАН. 2001; 377: 709–14.
4.    Pavlova GA. Effects of serotonin, dopamine and ergometrine on locomotion in the pulmonate mollusc Helix lucorum. J Exp Biol. 2001; 204: 1625–33.
5.    Kozlov AK, Aurell E, Orlovsky GN, Deliagina TG, Zelenin PV, Hellgren-Kotaleski J, Grillner S. Modeling postural control in the lamprey. Biol Cybern. 2001; 84: 323–30.
6.    Zelenin PV, Grillner S, Orlovsky GN, Deliagina TG. Heterogeneity of the population of command neurons in the lamprey. J Neurosci. 2001; 21: 7793–803.
7.    Fagerstedt P, Orlovsky GN, Deliagina TG, Grillner S, Ullen F. Lateral turns in the Lamprey. II. Activity of reticulospinal neurons during the generation of fictive turns. J Neurophysiol. 2001; 86: 2257–65. 8.    Попов ДА. Обобщенное преобразование Радона на плоскости, его обращение и условия Кавальери. Функциональный анализ и его приложения. 2001; 35: 38–53
9.    Леднева РК, Алексеевский АВ, Васильев СА, Спирин СА, Карягина АС. Структурные аспекты взаимодействия гомеодоменов с ДНК. Молек биол. 2001; 35: 764–77
10.    Kister AE, Roytberg MA, Chothia C, Vasiliev JM, Gelfand IM. The sequence determinants of cadherin molecules. Protein Sci. 2001; 10: 1801–10.
11.    Deliagina TG, Orlovsky GN. Comparative neurobiology of postural control. Curr Opin Neurobiol. 2002; 12: 652–7.
12.    Kister AE, Finkelstein AV, Gelfand IM. Common features in structures and sequences of sandwich-like proteins. Proc Natl Acad Sci USA. 2002; 99: 14137–41
13.    Leontovich AM, Nikolaev VK, Brodsky LI, Drachev VA. Adaptive algorithm of automatic annotation. Bioinformatics. 2002; 18: 838–44.
14.    Svitkina TM, Bulanova EA, Chaga OY, Vignjevic DM, Koyima S, Vasiliev JM, Borisy GG. Mechanisn of filopodia initiation by reorganization of a dendritic network. J Cell Biol 2003; 160: 409–21.
15.    Omelchenko T, Vasiliev JM, Gelfand IM, Feder HH, Bonder EM. Rho-dependent formation of epithelial “leader” cells during wound healing. Proc Nat Acad Sci USA. 2003; 100: 10788–93.
16.    Frolov VA, Lizunov VA, Dunina-Barkovskaya AY, Samsonov AV, Zimmerberg J. Shape bistability of a membrane neck: a toggle switch to control vesicle content release. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003; 100: 8698–703
17.    Смолянинов ВВ и Потапова ТВ. Идентификация электрических параметров гифы Neurospora crassa. Биол мембр. 2003; 20: 142–9.
18.    Натанзон СМ. Модули римановых поверхностей, вещественных алгебраических кривых и их супераналогов. М.: изд-во МЦНМО, 2003, 176 стр.
19.    Skulachev VP, Bakeeva LE, Cherniak BV, Domnina LV, Minin AA, Pletjushkina OY, Saprunova VB, Skulachev IV, Tsyplakova VG, Vasiliev JM, Yaguzhinsky LS, Zorov DB. Thread-grain transition of mitochondrial reticulum as a step of mitoptosis and apoptosis. Mol Cell Bochem. 2004; 256-257: 341–58.
20.    Потапова ТВ. Межклеточные взаимодействия в гифах Neurospora crassa — двадцать лет спустя. Биол мембр. 2004; 21: 304–12.
21.    Шаровская ЮЮ, Вайман АВ, Соломатина НА, Кобляков ВА. Ингибирование межклеточных щелевых контактов канцерогенными полициклическими углеводородами (ПАУ) в культуре клеток в отсутствии метаболического превращения ПАУ. Биохимия. 2004; 69: 511–8.