Деловая пресса

Главная

О проекте

Партнеры

Рассылка

Свидетельства СМИ

Реклама

Контакты

Публикации

Разместить информацию
Портал электронных
средств массовой информации
для предпринимателей


Поиск
Расширенный поиск


ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗДАНИЯ


Бизнес за рубежом



Новости электронной коммерции



Российские политические портреты



Новости малого бизнеса



Вести Отечества



Новости Cистемы ММЦ



Внешнеэкономическое обозрение



Россия выбирает



Торговая неделя



Москва: мэр и бизнес



Новые технологии



Налоги и бизнес



Бизнес и криминал



Деловая Москва



Лизинг Ревю



Маркетинг и практика предпринимательства





Новые технологии

  номер 14 от 27.10.1999 Архив


<< предыдущая статья     оглавление     следующая статья >>


ДВОЙНАЯ ЖИЗНЬ КЛЕТОК

Новое биологическое качество рождается там, где соединяются материальные и информационные процессы.

Вадим Сергеевич Репин - профессор, член-корреспондент Российской академии медицинских наук. С середины 80-х годов начала реализовываться грандиозная международная научная программа "Геном человека". Ее результаты существенны для понимания происхождения человека и других видов, эволюции молекул и клеток, взаимодействия информации с потоками веществ и энергии в живых системах. Планируется, что через 2-3 года ученые полностью расшифруют структуру и расположение всех генов, присутствующих в человеческом организме. Значительно больше потребуется времени и средств, чтобы понять законы функционирования генов - партитуру, которая превращает солистов в слаженный оркестр. В XIX веке сторонники "витализма" считали, что материальные процессы управляются нематериальными силами. В наше время эту жизнетворящую силу (если переводить буквально слово "витализм") все чаще называют информацией. Геномика - эта новая дисциплина об организации и функционировании геномов - уже сделала первые успешные шаги в расшифровке информационного обустройства клетки как биочипа.

АВТОМАТИКА ОПЛОДОТВОРЕНИЯ

В 1912 году немецкий ученый Жак Леб опубликовал сенсационный и удивительно простой метод искусственного оплодотворения яйцеклеток морских ежей и рыб, который он открыл, проводя свои исследования в США. Таинство зачатия проходило в пробирке без сперматозоидов. Всю работу по запуску развития яйцеклеток производили ионы кальция, натрия и калия. Идеи Леба были подхвачены прессой и бизнесом и перенесены на человека. Казалось, истоки жизни свелись к простой технологической линии. Леба называли Фордом в биологии. Личные качества и обаяние этого человека были столь неотразимы, что, забыв про литературу, с ним бок о бок более года в лаборатории работали Гертруда Стайн и Синклер Льюис (позднее изобразивший Леба в романе "Эрроусмит"). Научные и полунаучные журналы сообщали о случаях "беспорочного зачатия" после морских купаний. Тысячи бездетных женщин пытались зачать с помощью морской или минеральной воды. Работы Леба имели огромное значение для повышения престижа научных знаний. Вокруг него постоянно толпились бездетные женщины, а его столы были завалены письмами с просьбами о помощи. Много раньше других Леб провидчески полагал, что язык наследственности материален и секреты клеток зашифрованы на языке химии. "Мы должны преуспетьв создании искусственной живой материи, либо найти объяснение, почему это невозможно. Если наше существование построено на игре случая в мире молекул, если мы сами - только химическое устройство или механизм, то как дается этика для нас? Ответ прост: наши инстинкты являются фундаментом нашей этики, они так же реальны, как форма носа или формы нашего тела. Мы пьем, едим, плодим детей не потому, что так договорились в обществе, а потому, что мы не можем не делать этого. Наше поведение запрограммировано не нами, а чем-то, что находится в наследственном аппарате. Мы подчиняемся законам наших клеток. Мать любит и холит дитя не по метафизическим или религиозным представлениям, а потому, что ею руководит инстинкт материнства. Мы боремся за счастье и справедливость, потому что этот инстинкт предсуществует в наших клетках. Наши клетки живут двойной жизнью: только часть времени они тратят на себя, гораздо больше и дольше они работают на организм. При необходимости они даже кончают жизнь самоубийством во имя интересов сообщества".

Ни одна фраза в этом высказывании Леба не устарела. И это было написано за 41 год до открытия двойной спирали ДНК и за полвека до первых компьютеров.

ОТ ДВОЙНОЙ СПИРАЛИ К БИОЧИПУ

Много позднее стало понятным, что двоемирие человека начинается с его клеток. Эпоха биоинформатики началась после открытия Уотсоном и Криком (1953г.) двойной спирали ДНК и генетического кода Ниренбергом (1961 г).Комплементарность (взаимодополняемость) двух цепей ДНК дала ключ к пониманию связи структуры и функции (физическая устойчивость спирали с матричнымкопированием). В биологии появился мир ДНК, РНК и белков, объединенный единым линейным словарем. Если ДНК хранит нереализованную информацию в линейных генах, то мир РНК и белков является мастерской, реализующей пространственный проект клетки.

Программа "Геном человека" была создана в первую очередь для расшифровки всех "текстов" ДНК, которую окрестили "Библией Жизни". Каждая клетка человека содержит двойную нить ДНК из 3 млрд. нуклеотидов длиной почти 2 метра. Согласно последним уточненным данным фирмы Селера, ДНК человека содержит около 4 млрд. "кирпичей". Известный генетик Валерий Сойфер подсчитал, что если всю ДНК клеток одного человека выстроить в линию, то эта нить достигнет Солнца! Между тем вся биологическая информация разбросана крошечными "островками" смысла, вкрапленными в "океаны" бессмыслицы и информационной "пустоты" материнских и отцовских хромосом. Всего 3% территории ДНК работают как soft-ware (программное обеспечение); 97% ДНК не являются источником информации, но этот уникальный каркас выполняет функции копировальной машины. В эволюции многих видов ДНК непропорционально растет "черными дырами" и "пустотами" на один "джентльменский набор" из 50 000-70000 генов.

На первый взгляд природа нарушила в случае с ДНК важнейший закон молекулярной экономии: ведь каждой клетке нужно тратить много энергии и средств для упаковки двух метров ДНК в крошечный объем клеточного ядра, который человеческий глаз уже не видит. Почему даже в ДНК крохи "смысла" уравновешены избытком "бессмыслицы"? Зачем так настойчиво хранится и материализуется огромный резерв ДНК, который не работает в клетке? Еще недавно полагали, что специализированная клетка выживает с помощью 10000-15000 генов. Эти оценки оказались завышенными. Например, в скелетной мышце экспрессировано (прочитано) 1078 генов. Все "мышечные" гены сконцентрированы на пяти хромосомах, однако наиболее важные гены находятся на 17-й, 19-й и 10-й хромосоме. Всего 4% генов обеспечивают уникальный фенотип мышечных клеток, тогда как остальные гены обеспечивают стандартное программирование, почти универсальное для всех специализированных клеток. Как такое малое число генов обеспечивает почти бесконечное функциональное разнообразие клеток?

ОТ ДНК К БЕЛКАМ И МИКРОМАШИНАМ

Оказалось, что лишь с ДНК и РНК клетка работает как редактор линейных текстов. Однако практически в каждой специализированной клетке были найдены серьезные несоответствия между репертуаром белков и мРНК (копий генов) в цитоплазме. Оказалось, что специальные биохимические машины позволяют прочитывать и комбинировать разными способами текст одной и той же матрицы-заготовки. Поэтому одна и та же молекула мРНК дает от 5 до 20 разных белков за счет комбинаторики составляющих единиц.

В мире белков клетка трудится, как архитектор, строя по двухмерным чертежам трехмерные архитектурные ансамбли. Для этого природа создала большое количество "розеток" и "вилок" на поверхности белков. Стыковочные модули увеличивают во много раз варианты сборки белков в комплексы. С максимальной изощренностью заполняется микропространство клетки "конвейерами" и "машинами". Вот почему в каждой клетке "репертуар" белковых машин на порядок больше, чем "репертуар" исходных белков. Каждая клетка - выдающийся образец микрозодчества, сочетающего законы искусства с передовыми технологиями. Современная микроэлектроника делает первые шаги в направлении того качества и эффективности, которые обеспечивают каждодневную рутину жизни клеток.

Форма живых клеток в культуре, которые удается наблюдать под микроскопом, поражает разнообразием и совершенством архитектурных форм. Например, силуэт прикрепляющейся к поверхности клетки удивительно напоминает готический собор, в котором хрупкие стены удерживаются с помощью внешних опорных балок-контрфорсов и аркбутанов! Великие зодчие Европы открывали в камне те законы, которые были известны живым клеткам миллионы лет! Юрий Маркович Васильев, выдающийся отечественный клеточный биолог, в своих статьях пишет о клетке, как об "архитектурном чуде"

ОТ МОЛЕКУЛ К ФУНКЦИИ

Рояль - это замечательная машина, превращающая удары пальцев пианиста в музыку. Подобно роялю клетки превращают потоки веществ, энергии и информации в новое качество на выходе. Автор статьи, как и многие другие биологи, испытывает дефицит слов для объяснения нового качества, позволяющего клетке иметь множество фенотипов и функций по информационной обстановке. Как изучение рояля не в состоянии объяснить музыку Баха или Моцарта, так изучение устройства генома клеток не объясняет работу биочипа. Изучение ноти струн не приближает нас к границам возможного в музыке. В устройстве рояля и клеток нет никакой мистики. Хотя качественный прыжок от нот к музыке, от слов к поэзии и от молекул к клетке пока не фокусируется "оптикой"современной информатики.

Плазматическая мембрана клеток - это клавиатура и дисплей, которые сортируют всю поступающую информацию для принятия решений. Только комбинации активированных рецепторов несут "осмысленную" информацию, которая через сеть вторичных сигналов передается в клеточное ядро. В ответ геном экспрессирует новые гены, выключает прежние, синтезирует новые белки. Клетка собирает новые сложные многокомпонентные машины вместо прежнего "инструментария". В то же время плазматическая мембрана является важным инструментом переноса молекул, и многие помпы, ионные каналы и транспортные устройства не имеютотношения к клеточному "интернету". Плазматическая мембрана, подобно ДНК, работает как обычная клеточная органелла и биочип одновременно. На этой грани существования "двойной жизни" и рождается то новое биологическое качество, которое передается лишь на языке метафор. Подобно двум теннисистам-профессионалам плазматическая мембрана и геном с высочайшим мастерством гоняют "информационные мячи", причем плазматическая мембрана"подает подачу" со скоростью, сопоставимой с движением мяча на корте!

РОЯЛЬ С ИНТЕРНЕТОМ

Все видимые проявления жизни на 99% реализуются специализированными клетками. Постоянно сосуществуя с миром хаоса, клетки были вынуждены создатьиз части молекул свой "интернет", чтобы справляться с информационными нагрузками. Произошло разделение клеток на "программистов" и "операторов". Из мира случайных сигналов плазматическая мембрана отбирает лишь часть сообщений, которые опознаются клеткой как мозаика активированных рецепторов. Ангстремные конформационные перестройки приемника-рецептора в комплексе с лигандом за микросекунды превращаются в более заметные конформационные сдвиги цитоплазматического "хвоста" рецептора. Далее бегущая волна пространственных перестроек сопряжена с комплексированием так называемых G-белков, открытием ионных каналов либо со сборкой транссигнального кабеля для доставки информации к конкретным генам. Наносигналы на уровне мембраны преобразуются в микровзаимодействия между транскрипционным комплексом и комплементарным участком хроматина (основным веществом клеточного ядра, составляющего основу хромосом). Информация от плазматической мембраны в ядро передается с высокой эффективностью и точностью. Подобно печатной машине геном реагирует копированием части генов.

ОТ НОТ К МУЗЫКЕ

Разговоры о "Периодической таблице генов" возникли после создания технологии серийного анализа экспрессии генов в клетках - SAGE (serial arrays of geneexpression). Эти очень дорогие исследования полностью роботизированы. Первый лазерный робот наносит микропорции фрагментов индивидуальных генов на крошечную поверхность стекла. Далее на пришитые матрицы (ДНК-чипы), наносят микропробу, содержащую суммарную мРНК клеток. В случае гибридизации мРНК с ДНК в "чипе" образуется флуоресцентный продукт. Результаты гибридизации сканирует другой лазерный робот с гигантской скоростью и точностью. Цвет пробы позволяет измерить количество добавленной мРНК из исследуемых клеток.За короткое время прибор позволяет осуществить одномоментный скрининг 150-1500 генов и проследить динамику работы генов.

Например, тотальный профиль РНК гепатоцитов (клеток печени), нейронов и мышечных клеток позволяет найти сигналы и условия, необходимые для поддержания устойчивой специализации клеток в культуре, что необходимо для трансплантации и создания искусственных органов. Этот метод позволил показать, что многие виды опухолей и болезни дисбаланса клеток в органах вызываются дефектами программирования клеток. Созданы трехмерные карты экспрессии нескольких десятков генов в нормальных и аномально развивающихся зародышах. Фармакологические компании ведут поиски новых лекарств, изменяющих репертуар всего генома.

Совсем недавно наши знания о фатальных наследственных болезнях ограничивались молекулярными поломками "машинного парка" клеток. Теперь все чаще и чаще говорят о "болезнях программирования" клеток. На примере особо опасных вирусов создается новое биологическое оружие, разрушающее информационный порядок в клетках. Большинство биотехнологических компаний занимается расшифровкой программ, превращающих универсальные стволовые клетки организма в специализированную ткань. Для этого необходимо снять профиль важнейших мРНК 20-50 ключевых генов, управляющих "развилками" дифференцировки зародышевых незрелых клеток. Эти программы обещают большой коммерческий успех, поскольку количество пациентов с острой недостаточностью органов растет во всем мире.Эти примеры показывают, что все чаще в медицине применяются "информационные вмешательства" для достижения полезных эффектов.

ОТ МАЛЕНЬКИХ КЛЕТОК К БОЛЬШОМУ БИЗНЕСУ

Хотя в международную программу "Геном человека" вложены огромные бюджетные деньги налогоплательщиков, законы большого бизнеса диктуют правила игры в этой самой перспективной области человеческих знаний. Кончилось то время, когда ученый всю жизнь удовлетворял свою любознательность за государственный счет. На наших глазах новые знания становятся мотором новой биоиндустрии. Любые начальные разработки требуют больших денег и риска. Только приватизированные "знания" в виде патентов являются основой научного предпринимательства, хотя условия тайной войны и стяжательства, являющиеся мотором бизнеса, недопустимо переносить в науку. Многие полагают, что биологическая наука, уступившая "грязному бизнесу" в главнейшем вопросе, в будущем может быть сурово наказана. Во все времена развитие науки не застраховано от ошибок, и ни ученые, ни общество не имеют навигационных приборов для предотвращения злоупотреблений в новых областях знаний.Обществу вредят не новые знания, а невежество в отношении их использования.

ДВОЕМИРИЕ КЛЕТОК: ВМЕСТО ИТОГОВ

Геномика делает первые шаги, и я воздержусь от обобщений по основным незаконченным проектам. Нынешнему поколению ученых ясно, что диалог двух микропроцессоров создает из клетки уникальную машину, в которой теснейшим образом переплетаются работа "программистов" и "операторов". "Операторы" плазматической мембраны являются "программистами" генома, и наоборот. Одни и те же гены и белки предстают в разных "информационных" и "приборных"ипостасях. Тип машины определяется вариантом пространственной сборки. Программа "Геном человека" исследует не только эволюцию инструментария клеток, но и эволюцию клеточного "интернета" в поисках наиболее совершенных и полезных биочипов для будущего. Важно, что работу клеточного "интернета"изучают сегодня и в нематериальной "силиконовой" (то бишь кибернетической) реальности. Ученые уже получили в руки виртуальные гены, вирусы, клетки, ана подходе - виртуальные самосборки клеток в органы и "электронная" эволюция генома в компьютере.Диалог ученого с "умными" клетками все более напоминает знаменитые опыты Ивана Петровича Павлова на собаках с фистулами. Только для полного "слива" генетической информации применяют методы функциональной геномики. Геномика сегодня - это наиболее эффективное "бурение" скважин в наиболее важные кладовые живой природы. Биоинформатика, соединяясь с технологиями и капиталом, становится ведущей индустрией, в которой будут заняты миллионы людей следующего столетия. Возможно, что эта область создаст новые стимулы обществу, помимо власти, денег и прибыли. ("НГ-Наука", 20.10.99)




<< предыдущая статья     оглавление     следующая статья >>


 
БЕСПЛАТНОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ
ИНФОРМАЦИИ

  • ДОБАВИТЬ коммерческое предложение

  • ОПУБЛИКОВАТЬ информацию об организации

  • ОСТАВИТЬ заявку на кредит / инвестирование

  • РАЗМЕСТИТЬ объявление о покупке / продаже бизнеса

  • РАЗМЕСТИТЬ информацию о вакансии

  • Бесплатные сервисы онлайн



    КУРСЫ ВАЛЮТ ЦБ РФ
    на 28.11.2020
    USD75,8599+0,4081
    EUR90,4629+0,4338
    E/U1,1925-0,0007
    БВК82,4312+0,4197
    Все валюты

    ПОГОДА 
    Россия, Московская обл., Москва
    днем
    ночью

    (прогноз)
    Погода в России и за рубежом

    ВАШЕ МНЕНИЕ



      Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
    2003 - 2020 © НДП "Альянс Медиа"
    Правила републикации
    материалов сайтов
    НП "НДП "Альянс Медиа"

    Политика конфиденциальности