Ядро клетки. Фото с сайта about.com.

Юникод

Ядерные реакции как информационные технологии

В этом году сразу две Нобелевские премии – по химии и по медицине - присуждены за работы, уточняющие научные представления о том, как, посредством тонкой биохимической машинерии, каждой нашей клеткой управляет полученная по наследству ДНК. За пять лет нового века уже семь раз премия присуждалась за работы, связанные с этим процессом. И уже не кажется удивительным, что объекты исследований лауреатов-химиков в школьной программе относились к курсу биологии.

Что сделало молекулярную биологию "наукой номер один" и какие возможности открывает взрыв блестящих изысканий в этой области?

Жизнь как анекдот

В качестве объектов исследований в молекулярной биологии могут выступать хромосомы и рибосомы, ДНК и РНК нескольких видов, многочисленные ферменты и т.д. и т.п., всего набирается нетонкий словарь терминов.

Неспециалисту сколь угодно тщательно пересказанное переплетение путей химических реакций может доставить разве что эстетическое удовлетворение. Для ответа на поставленный нами вопрос следует прибегнуть к радикальному обобщению сути событий.

"В пробирке" любые молекулы, несущие наследственную информацию, похожи так же, как компакт-диски с разными записями. Все дело в данных.

Всю эволюцию жизни на Земле можно представить как процесс размножения и развития генетической информации. Умирают организмы, исчезают виды, и только гены передаются, как эстафетная палочка. Получается, что единственная сущность, непрерывно развивающаяся не менее трех миллиардов лет – это бесплотная база данных – "наследственная информация". Это похоже на то, как от человека к человеку движутся анекдоты, циркулируя в народе вне зависимости от судьбы их конкретных рассказчиков.

Эта концепция была высказана в 1976 году профессором Оксфордского университета Ричардом Докинзом. Научно-популярную книгу, в которой подробно описывается соответствующий подход к эволюции, Докинз назвал "Эгоистичный ген". Лежащая в основе этой модели строгая логика за минувшие 30 лет не вступила в принципиальное противоречие с открытыми за этот срок фактами, несмотря на фантастические темпы прогресса в этой области. Тем не менее, не обсуждая достоверность концепции Докинза или следующие из нее философские выводы, просто отметим, что это обобщение дает нам удобную и эффективную модель происходящего.

Нам несложно вообразить обитающие в "мясных машинах" файлы-эгоисты, еще и потому, что эстетически родственные генам Докинза образы нередко встречаются в современной культуре.

Вступление в наследство

Данные антропологических исследований и археологических раскопок дают нам довольно ясную картину жизни человека, лишенного "благ цивилизации". В первую очередь, речь идет о том, что наши предки жили втрое меньше нас, по 20-30 лет. "Прочность" человеческого организма такова, что без крова и врачей, организм саморазрушается, лишь только стоит миновать детородному возрасту.

Сейчас придумана прорва способов что-то где-то подправить и даже заменить (если речь, скажем, идет об отказавших почках), но первопричина большей части убивающих нас болезней – в генах. С возрастом человека поражают рак, диабет, атеросклероз с инсультами и инфарктами, гипертония, остеопороз, болезни Альцгеймера, Паркинсона и так далее. Фактически, в том или ином порядке отказывают все системы. Срок их работы предопределен.

"Файлы" переданы ребенку - эстафетная палочка выпущена из рук. А значит, данный организм больше генам не нужен. Счастливый родитель должен уступить место новым резервуарам с генофондом.

Кроме стремления зажиться на свете, у генов к нам есть еще претензии: разум, развившийся у представителей нашего вида, заставляет людей не так рьяно удовлетворять нужды генов, то есть пренебрегать размножением ради индивидуального благополучия.

Более того: мы прекратили естественную конкуренцию между генами. Потомство теперь оставляют не только самые приспособленные. Разум мешает естественному отбору, способствующему адаптации неразумных существ к меняющимся условиям.

Наконец, люди просто растрачивают свои силы и время на массу занятий, бессмысленных с точки зрения совершенствования и умножения корпуса наследственной информации.

Потребности

У генов к нам есть претензии. Есть и у нас пожелания к генам. Они абсолютно симметричны: люди хотят умирать позже, болеть меньше, жить в более комфортных условиях и окружать себя собратьями на основании личной симпатии, а не устойчивости к внешней среде. Нежелание размножаться свойственно не всем представителям Homo sapiens, но уже является серьезной проблемой в ряде регионов.

Генетическая программа, полученная нами по наследству, просто не умеет выполнять такие задачи и не имеет механизма произвольного изменения по прихоти своего обретшего разум носителя. Наши гены работают, пренебрегая устремлениями разума.

Транскрипция: двойная спираль ДНК (показана синим) развернута, на одной из цепочек информационная РНК (показана красным) формирует "слепок" гена. Этот процесс осуществляется благодаря работе фермента РНК-полимеразы (показана белым). Иллюстрация Роджера Корнберга, получившего за детальное исследование этого процесса Нобелевскую премию по химии в 2006 году.

Молекулярная биология помогает нам узнать "врага" в лицо. Для этого, конечно, надо вернуться от моделей на молекулярный уровень.

Знание химического устройства ядер живых клеток можно сравнить с наличием исчерпывающей спецификации на все компоненты системного блока компьютера. Продолжая аналогию, можно сказать, что последовательности нулей и единиц в памяти машины мы прочитать можем, но язык программирования, команды которого составляют эти строки, нам пока понятен только в самых общих чертах.

Разум против молекулы, разум в защиту молекулы

Разбираясь в "железе", в его реакциях на те или иные строчки кода, мы составляем представление о языке, на котором написана "программа". Наша цель – понимать все существующие в этом языке команды, что дает возможность корректировать код, точно представляя непосредственный эффект каждого своего действия и его отдаленные последствия.

Естественно, что править генетический код надо с максимальной осмотрительностью, не забывая о роли вводимых искусственно новаций в глобальном масштабе.

Московская социальная реклама. Автор - Евгений Коваль.

В прошлом веке, когда буйно расцвели все ветви физической науки, человек много узнал о строении ядра атома. К чему это привело? Научившись перекраивать атомные ядра, человек сделал из них взрывчатку, которая чуть не погубила цивилизацию. Мирные атомные технологии тоже унесли немало жизней в таких техногенных катастрофах, как Чернобыльская.

Ядро живой клетки не может взрываться "ярче тысячи солнц". Но злоупотребление редактурой содержащейся в ядре информации может вызвать непредсказуемые последствия и не меньшие жертвы. Сложившаяся в наших клетках информационная технология – результат трех миллиардов лет проб и ошибок и тончайшей настройки всех деталей.

Уровень взаимозависимости всех элементов системы очень высок. А к чему может привести неосторожное вмешательство в процессы копирования и переработки информации, знает каждый пользователь компьютера уже упоминавшейся платформы PC.

Предыдущие материалы по теме

Молчание генов [02.10.2006]
Нобелевская премия по медицине присуждена за открытие РНК-интерференции

Ссылки по теме

• Нобелевская премия по химии присуждена за передачу генетической информации - Lenta.ru, 04.10.2006
• Нобелевская премия по физике присуждена за абсолютно черное тело - Lenta.ru, 03.10.2006
• Нобелевская премия по медицине присуждена за открытие РНК-интерференции - Lenta.ru, 02.10.2006
• В Стокгольме назовут имя первого лауреата Нобелевской премии 2006 года - Lenta.ru, 02.10.2006

Сайты по теме

• Нобелевский комитет
• Ричард Докинз, "Эгоистичный ген"
• Реализация генетической информации и регуляция экспрессии генов