От Земли до Солнца: 150 миллионов км. Функция без структуры немыслима, Структура без функции бессмысленна. Микро- и наноструктуры

Могут ли считаться науками о живом

геномика, протеомика и биоинформатика?

Когда попадается факт, противоречащий

господствующей теории, нужно признать

факт и отвергнуть теорию, даже если таковая

поддерживается крупными именами и всеми

принята. Клод Бернар

В наше время на огромных научных просторах с переменным успехом идёт борьба за первенство в познании живого. Интерес ко всем биологическим наукам растёт во всех отраслях знаний. И физики, и математики, и химики, специалисты других отраслей день за днём, с каждым открытием убеждаются, что в доступном нам пространстве “полюса сложности” сосредоточены во Вселенной и в Живом.

На Земле, в условиях ограниченных атмосферой, устройство и функционирование организмов характеризуется величинами сравнимыми с вселенскими. Количество клеток только одного человека в 1,5 раза превышает количество звёзд в Млечном Пути и Туманности Андромеды вместе взятых. Известный генетик Валерий Сойфер подсчитал, что если всю ДНК клеток одного человеческого организма выстроить в линию, то это составит расстояние от Земли до Солнца - 150 миллионов км. Если подсчитать все клетки всех организмов, размеры нуклеиновых кислот и их протяжённость, то получатся цифры вполне соответствующие числовым масштабам нашей необъятной Вселенной. Есть над чем задуматься?

Первичное устройство живого – клетка и одноклеточный организм - по своему строению, многопрофильности процессов, их скорости, точности и производительности, способности к самоорганизации и самоуправлению не имеет аналогов в доступном для нашего изучения пространстве. Время существования каждого организма дискретно, но как явление живое бесконечно. Живое своеобразный “вечный двигатель” на период пока существует наша Вселенная.

Сегодня ни одна теория возникновения живого, ни одна теория эволюции - от органической до синтетической - не в состоянии объяснить появление простых форм живого, тем более разнообразие и смену видов многоклеточных организмов.

Постулаты классической биологии безнадёжно “стареют”. В раскрытии тайн живого они уже ничего серьёзного не предвещают. “Генеральной” линией в познании живого продолжает быть его расчленение, а центром внимания становятся структуры, измеряемые нанометрами. С удивительной легкостью предпочтение отдаётся отраслям, которые пытаются познать закономерности живого, изучая его микро- и наноструктуры. Несмотря на то, что молекулярная биология, генетика, геномика, протеомика являются науками редукционистскими, изучающими живое путём деления на части, специализация в них не прекращается.

Оправдано ли наличие стольких генетик – общей, популяционной, эволюционной, экологической, биохимической, молекулярной, функциональной, обратной, парасексуальной, медицинской и даже спортивной? Отдельной строкой стоят генетическая инженерия, биотехнология, синтетическая биология, которые занимаются конструированием генетического материала. Генетика разделяется также по видам организмов: человека, животных, растений, микроорганизмов. Находят применение такие термины, как геноинформатика, генодиагностика, генотерапия.

Не успев появиться, специализируется и геномика - функциональная, сравнительная, компьютерная, эволюционная, структурная, медицинская. Похожий процесс начинается в протеомике. Какие перспективы ожидают эти искусственно сужаемые научные направления? В них во всех случаях господствует микроструктурный подход, противопоставляемый клеточной теории - основному постулату классической биологии, который и сегодня сохраняет своё неоспоримое первоначальное значение. “Сегодня аналитическая работа учёных явно превалирует над синтезом и осмыслением полученных данных, а потому необходимость теоретической концепции, подобной той, что в середине XIX века предложил Р. Вирхов, необходима как никогда”[ 6] .

Одноклеточный организм и клетка - первичное образование живого. Они устроены и функционируют как биологические компьютеры. Многоклеточные организмы состоят из однотипных биологических компьютеров, функционирующих как информационные сети разной степени сложности. Всё живое - это информационные устройства. “Мы не имеем права искать настоящей жизнедеятельности вне клетки”, писал Р.Вирхов.

Как только анатомировали многоклеточный организм и разделили клетку, человечество сразу же лишилось возможности понять живое, потому что была разрушена его главная составляющая – информационная. Последующим делением на структурные элементы эта ошибка усугубляется, а подобные исследования становятся тупиковыми. Сегодня совершенно очевидно, что операционные системы и программы не делимы, если подобное не является целями программирования. Только в строгой алгоритмической связке они способны приводить в движение себя, объединять в единое целое все структурные и функциональные процессы в любом информационном устройстве. Перефразируя высказывание академика АМН СССР А. Василенко (1897-1987), что “функция без структуры немыслима, структура без функции бессмысленна”, сегодня можно утверждать, что и то, и другое и бессмысленно, и немыслимо без информационного сопровождения, без операционных систем и программ.

Сегодня всё настолько очевидно, что не видеть, не замечать этой реальности невозможно! Каждое последующее расчленение удаляет биологические отрасли науки от истины, делает познание живого недосягаемым, ведь разрушенное информационное обеспечение не воссоздать. Тем более что мы его не знаем и не предпринимаем попыток изучать. Обоснованы сомнения в том, что исследование генома и нуклеотидных последовательностей, анализ протеома и последовательностей аминокислот в белках позволит человеку узнать новое о себе, тем более узнать всё!

В приводимой таблице сделана попытка, идентифицировать информационные функции клеточных образований.

Табл.1

Биологические и информационные функции основных клеточных образований

Название образования	Локализация	Структура, состав	Биологические функции	Информационные функции
Клеточная мембрана (цитолемма)	Оболочка клетки, отграничивающая ее от других структур (клеток, волокон, межклеточного вещества).	Двойной слой липидов, покрытый слоем полисахаридов, с встроенными рецепторами.	Транспортная; барьерная, межклеточные соединения и взаимодействия, выделительная	Защита внутренней среды от прямого влияния различных факторов. Поддержание функционирования сложного рецепторного аппарата.
Рецепторы	Пронизывают мембраны, в некоторых клетках их до 100 тыс.	Белки–гликопротеины и ганглиозиды.	Распознавание специфических химических группировок, молекул и даже других клеток	Устройства ввода – вывода биологического компьютера; распознающие, дифференцирующие и передающие сигналы во внутрь клетки
Цитоплазма	Внутреннее содержимое клетки (за исключением ядра)	Состоит из гиалоплазмы, клеточных органелл и включений	См. функции гиалоплазмы и клеточных органелл	“Материнская плата” биологического компьютера. возможно, информационная среда, способная обрабатывать и передавать сигналы органеллам.
Ядро	Чаще расположено в центре клетки	Округлой формы, заполнено нуклеоплазмой (кариоплазмой), покрыто двухмембранной оболочкой с многочисленными порами.	Пропуск через поры, открывающиеся до 10 раз в секунду, крупных молекул РНК, белков. Поддержание условий для репликации ДНК, обмена информацией между ДНК, РНК, белками.	“Сердце” биологического компьютера, содержащее всю стратегическую информацию об организме и биологическом виде, с устройствами хранения, обработки и передачи информации по квантовому типу. Программный контроль и управление всеми процессами в клетке
Хромосомы	Х-образные нитевидные образования внутри ядра (23 пары у человека), погруженные в нуклеоплазму.	Компактно “упакованные” нити ДНК, приобретающие такую форму только на этапе деления клетки	Носители всей информации. Передают ее поровну дочерним клеткам в процессе деления (митоза)	Микропроцессоры, обеспечение работы с операционными системами, программами, места для оперативной и долговременной памяти, запись программ на другие носители. “Счётчики” времени (теломеры).
Ядрышки (одно или несколько)	Плотные образования, расположенные в центре ядра.	Без мембранные структуры, состоящие из внутриядрышкового хроматина, фибрилл и рибонуклеопротеидов, предшественников рибосом.	Место образования гранул рибосомных РНК (_РРНК), которые мигрируют в цитоплазму, где идёт сборка рибосом.	Подготовка материала для строительства “заводов” по производству носителей с информационным содержанием, т.е. рибосом
Гиалоплазма (матрикс)	Основное вещество цитоплазмы, в которое погружены клеточные органеллы и включения.	Коллоидная система, состоящая из воды (80%), белков, солей, аминокислот, полисахаридов и др. соединений	Заполняя внутриклеточное пространство, удерживает различные структуры клетки, объединяет и обеспечивает их взаимодействие	См. цитоплазму.
Митохондрии	Их число определяется “специализацией” клетки, может быть от одной до 100 тыс.	Палочковидные или шарообразные, двухмембранные. Наружная мембрана имеет ровные контуры, внутренняя образует складки, гребни (кристы). В матриксе митохондриальная ДНК, _ИРНК, _ТРНК и рибосомы	“Энергетические станции клетки”: Акумулирование энергии в виде АТФ. Автономный синтез белка.	Имеет собственный микропроцессор. Автономное управление своей функцией под контролем главной операционной системы в интересах всей клетки
Эндоплазматическая сеть гладкая (агранулярная)		Комплекс сообщающихся между собой пузырьков, плоских мешков и трубочек	Метаболизм липидов, некоторых полисахаридов. Разрушает вредные для клетки вещества	Информационная сеть, объединяющая органеллы клетки и другие образования
Эндоплазматическая сеть шероховатая (гранулярная)	В виде разветвлённых канальцев и уплощенных цистерн пронизывает большую часть гиалоплазмы.	Часть эндоплазматической сети, на наружной поверхности которой находятся рибосомы.	Содержит различные ферменты, участвуя в метаболизме.	Возможно, информационная сеть для объединения рибосом.
Рибосомы	Гранулы, свободно расположенные в гиалоплазме или фиксированные на поверхности эндоплазматической сети	Содержат белки и молекулы РНК (примерно в равных весовых соотношениях).	Сборка белков из аминокислот в соответствии с информацией, поступившей с РНК.	Производство носителей информации–белков, с записанными на них программами и “почтовыми индексами” органелл, для которых они предназначены
Лизосомы	Замкнутые мембранные структуры (пузырьки). Первичные и вторичные.	Содержат более 20 гидролитических ферментов, расщепляющих жиры, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты. Первичные содержат ферменты в неактивной форме. Вторичные - в активной.	Ферментное расщепление сложных питательных веществ; утилизация и удаление из клетки постаревших и дефектных органелл.	Выполнение команд из программ, контролирующих процессы гидролиза и обмена веществ
Аппарат (комплекс) Гольджи	Расположено чаще около ядра. Состоит из связанных или распределённых в цитоплазме диктиосом.	Содержит ферменты для синтеза полисахаридов и образования их комплексов с белками (мукопротеидов)	Накопление, “упаковка” и выведение за пределы клетки веществ, синтезированных в эндоплазматической сети. Формирование первичных лизосом. Синтез некоторых полисахаридов. Модификация белков – глюколизирование, сульфатирование, фосфорилирование.	Реализация информационных команд на биохимическом уровне.

На совместном общем собрании РАН и РАМН “Наука – здоровью человека”, состоявшемся в 2003 году, было провозглашено, что будущее за постгеномными технологиями, лидирующими среди которых Министр здравоохранения назвал “протеомный анализ биологического материала и биоинформатика”. По мнению ряда учёных геномика, протеомика и биоинформатика - это науки о жизни, которые будут определять начало XXI века [ 2] . Так ли это? Да, это передовые, тонкие и наукоёмкие исследования. Да, это бесспорно в ряде случаев выдающиеся достижения научной мысли и труд огромной армии учёных во всём мире. Но это и самые затратные работы с трудно прогнозируемыми результатами.

Действительно ли эти исследования, продолжая искать закономерности в топологии структур, могут дать реальные результаты в изучении живого? Рассмотрим, достаточно ли сегодня в новом XXI Веке, который признан информационным, аргументов для подобных прогнозов?

В живом структурно-функциональные проявления удалены от информационного (программного) источника команд на несколько стадий или этапов, поэтому прямые причинно-следственные связи редки. Расчленяющий принцип изучения живого, используемый в биологии, не учитывает многочисленные и многовариантные информационные связи, разрушает их на планарных и иерархических уровнях, что не позволяет получить целостное представление о живом. Предполагаемая информационная организация живого приведена в табл. 2.

Табл.2

Информационная организация живого

Носители информации	Иерархия информационного обеспечения	Предназначение программ (предположительно)
Не кодирующая ДНК	Главная операционная система	Обеспечение работы организма, как целостной системы; образование клетки (у одноклеточных) и всего организма (у многоклеточных); онтогенез и филогенез; хранение разнообразных справочных данных, диагностических и лечебных программ; управление операционными системами других уровней; поэтапное по времени разархивирование (архивирование) операционных систем других уровней и необходимых программ
Не кодирующая ДНК	Операционные системы 1-го уровня	Управляющие функции на подсистемном и органном уровне
Генные сети	Операционные системы 2-го уровня	Управляющие функции на тканевом уровне
Гены	Пакеты специализированных программ	Кодирование белков, управление биохимическими процессами
Внеядерная ДНК (митохондрий, других органелл)	Отдельные программы	Управление одной специализированной функцией, в результатах которой нуждается весь организм
РНК (рибосомальные, транспортные, матричные или информационные и др.)	Собственных программ не имеют	Несут программы, записанные при их синтезе от ДНК к белкам и органеллам клетки
Белки, прионы	Собственных программ не имеют	при синтезе оснащаются “почтовыми индексами” органелл, для которых предназначаются и командами для них

В связи с этим многие структурные исследования последних лет не оправдывают прогнозов и ожиданий. Так случилось с программой “Геном человека”, породившей столько не оправдавшихся надежд и сенсаций. Сложные и дорогие исследования обнаружили факты, которые сегодня не поддаются объяснению, они противоречат постулатам классической биологии и центральной догме молекулярной биологии. Они были рассмотрены на предыдущих страницах сайта.

Структура генов не определяет их свойств. Один и тот же ген на разных этапах развития организма от зачатия до конца жизни может выполнять разные функции. В генной сети функция гена может отличаться от функции изученной в изолированном состоянии. Наличие гена в пробе ещё не позволяет судить о его действии в системе [ 4] . Сейчас внимание генетиков приковано к изучению дублей генов, копий генов. Откуда они и для чего? Не в этом ли причина разных данных о количестве генов человека. Эти цифры в последние годы “эволюционировали” от 100 тысяч до 50, 35, 30 и даже до 22 тысяч.

Посмотрим на соотношение генов и не кодирующей (“мусорной”) ДНК в геномах некоторых организмов.

Табл. 3.

Биологический вид	К-тво нуклеотидных пар	Количество генов	“Мусорная” ДНК в %
E. coli	1.500.000	4.288	22 %
Нематода	97.000.000	19.099	25-27%
Фугу	350.000.000	33.609	16 %
Крыса	2.750.000.000	~25.000	75 %
Человек	3.500.000.000	~30.000	97 %

Интересно! Чем выше организован организм, тем больше в его геноме не кодирующей части нуклеотидов. Чем сложнее процессы, тем меньше требуется генов для обеспечения жизнедеятельности. Чем менее сложен биологический вид, тем больше удельный вес генов в геноме. Парадокс? Но с информационной точки зрения это явление закономерно. Чем сложнее организм, тем объём его информационного обеспечения должен быть выше, увеличивается количество и сложность программ, а для этого необходимо увеличивать ёмкость носителей информации. В не кодирующей части размещена стратегическая для организмов информация, находятся операционные системы, оперативная, долговременная память, механизмы комплекса защиты информации вплоть до включения апоптоза, и т.д. Доводом в пользу такого предположения является отсутствие мутаций в “мусорной” ДНК. Стратегическая информация защищается надёжно.

В системе защиты от чужеродной информации, носителями которой могут быть нуклеиновые кислоты и белки, попадающие в организм парентерально, через желудочно-кишечный тракт и другими путями, большое значение имеет механизм РНК-интерференции, когда в клетке синтезируются короткие РНК длиною 21-23 нуклеотида, мобилизующие специальные ферментные системы на уничтожениение чужих генов и информационной РНК.

Недавно экспериментально подтверждёно свойство биологических компьютеров освобождаться от чужой информации и генных мутаций. Выведенные с помощью генной инженерии растения Arabidopsis с двумя рецессивными мутантными аллелями по гену HOTHEAD (HTH) давали потомков, у которых секвенирование ДНК показало, что они уже имели нормальные аллели гена НТН и такой же состав нуклеотидов, что и предшествующие трансгенным растениям поколение. Такие же результаты получены и по другим генам.

Для объяснения этого явления американские учёные предположили, что одновременно с геномной ДНК из поколения в поколение происходит наследование внегеномной генетической информации в виде РНК с целью обезопасить последующие поколения от мутаций. Эта альтернативная информация трансформируется обратно в ДНК и используется для восстановления прежнего статуса. [ 8] .

Если учесть в системе защиты собственной информации ещё и апоптоз (“запрограммированная смерть”, “самоубийство клеток”), то сохранение генетического статуса биологических видов, в том числе и у человека, является одним из важнейших биологических законов. Апоптоз является активным генетически регулируемым процессом на основе специфической программы, предусматривающей гибель каждой изношенной или неправильно развивающейся клетки, клетки с изменённым генетическим материалом или клетки с вирусом.

Многоступенчатая, многовариантная защита клетки опровергает приписываемую мутациям роль в развитии живого и эволюционную теорию в целом. Многоуровневая система защиты собственной информации обязательное условие, закон для каждого информационного устройства, особенно биологического, так как её повреждение в живом грозит смертельной опасностью.

По теории эволюции считалось, что со временем в Y хромосоме приматов происходят негативные изменения. Y хромосоме человека прочили вымирание, появилось много теоретических работ на эту тему. Но оказалось, что Y хромосома человека более совершенна, чем Y хромосома шимпанзе, она стабильна и сопротивляется всяким изменениям.

Между биологическими видами есть генетическое сходство. Даже у человека 223 гена общие с кишечной палочкой. Но доказательств перехода одного вида в другой нет, и никогда не будет найдено, поскольку каждый геном уникален и стабилен [ 9] .

Сегодня нельзя не остановиться на одном из направлений в генной инженерии - синтетической биологии, которая ставит перед собой грандиозные цели [ 6] по созданию “биологических систем, программируемых организмов, синтетической жизни, расширению границ живого и неживого мира”. Синтетическая биология одной из задач ставит изучение организмов через их создание, а не посредством разложения на части.

Началом генной инженерии считается 1972 год, когда была создана первая рекомбинантная ДНК, а синтетической биологии - 1989, когда была получена ДНК, содержащая кроме четырёх известных генетических букв ещё две, вскоре появились ещё несколько вариантов ДНК. Но до настоящего времени добиться транскрипции, трансляции на таких ДНК, запустить синтез белка никому не удалось[ 7] . Нуклеотидные последовательности, генетические буквы, коды это только структура носителей, как “железо” каждого информационного устройства. Для того, чтобы они заработали необходимо новое, комплексное информационное обеспечение.

В конце 2004 г. объявлено о создании в Университете Рокфеллера (США) биореактора [ 3] , способного работать с генами. Стенки его состоят из жиров яичного белка, внутренние “запчасти” взяты у бактерии кишечной палочки, ферменты для чтения генетического кода от вируса (какого не указывается). Ген флуоресцентного белка от одной из разновидностей медузы внедрили в это искусственное образование, и он начал расшифровываться, синтезировался белок, то есть механизм заработал подобно живому.

Другое название этого образования - “синтетическая клетка” неправомерно, оно не соответствует биологическому понятию клетки, не способно осуществлять необходимые для клетки процессы, в том числе самостоятельно поддерживать своё существование и размножаться.

Вызывает сомнение реальность названных выше целей и задач синтетической биологии. Биологи-синтетики пока создают конструкции из взаимозаменяемых сегментов ДНК, которые работают в клетках, используя их энергию и другие условия для функционирования. Находить сочетания сегментов и создавать конструкции крайне трудно, достигается это путём многочисленных проб и ошибок. Синтетическая биология, как и генная инженерия, и биотехнология, делая ставку в исследованиях на случайные совпадения, до сих пор остаются больше искусством, чем наукой [ 6] . Из-за отсутствия теоретической концепции они не имеют возможности ставить объективизированные цели и прогнозировать результаты. Ведь нельзя предсказать, как на это вмешательство прореагируют защитные механизмы клетки. [ 7] .

Добавляют пессимизма в и необъясняемые сегодня факты безматричной репликации белков, ДНК и РНК; штаммовой специфичности прионов, не имеющих генома; обратный в противовес ЦДМБ путь репликации ДНК. Тезис о том, что нуклеиновые кислоты, белки и другие биомолекулы работают на материальном вещественном уровне в соответствии со своей структурой, терпит крах. Несовпадения, парадоксы, необъяснимые факты настолько многочисленны, что появились предложения о пересмотре и переоценке результатов геномных исследований. Органической эволюцией вовсе необъяснимы альтернативный сплайсинг, сингулярный нуклеотидный полиморфизм (НСП), функционирование транскрипционных факторов.

Испытав разочарование в геномике, не создав ещё полных электронных библиотек структур, функций генов и генных сетей, в поисках тайн живого почему-то делается ставка на протеомику. Протеомика - это изучение белков[ 2] и их взаимодействия в организмах, в том числе человеческом. Не возврат ли это к Ф. Энгельсу: “Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой…” и т.д., что жизнь реализуется на уровне протеинов, что это форма движения материи более высокого уровня?

На первый взгляд, ситуация и по задаче, и по сути исследований в протеомике мало чем отличается от геномики. Если протеинов в человеческом организме около 300.000 [ 2] , а виды их взаимодействий неисчислимы, то выполнимы ли задачи протеомики вообще? Набор белков в клетках постоянно меняется в зависимости от фазы клеточного деления, тканевой специализации клетки, стадии ее дифференцировки, принадлежности к нормальным или злокачественным клеткам, состояния стресса или покоя, воздействия внеклеточных физиологически активных веществ. И так до бесконечности.

А ведь нужно проанализировать белок, установить его аминокислотные последовательности, соотнести с банком данных, сделать рентген и установить структуру. Протеомный анализ сложнее геномного, включает три этапа: двумерный электрофорез, который дает разделение протеинов по молекулярной массе и изоэлектрической точке; анализ этих результатов, и далее - масс-спектроскопия, с помощью которой можно прочитать последовательности этих белков с точностью до атомов[ 2] .

В настоящее время большая часть работ в протеомике выполняется с использованием 2-D PAGE (двумерного гель-электрофореза на полиакриламиде). Однако, объем работ, которые будет необходимо выполнить, потребует использования методов и приборов с большей производительностью, информативностью и чувствительностью. Большинство ученых полагают, что методы, комбинирующие высокоэффективную жидкостную хроматографию и тандемную масс-спектрометрию, смогут обеспечить прорыв в протеомике.

Секвенировать геном бактерии содержащей около 1000 генов можно за неделю. Экспериментальная характеристика одного белка требует как минимум 2 месяца работы современной лаборатории [ 5] . За счет альтернативного сплайсинга с одного гена образуется несколько разнообразных белков. Поэтому число работающих генов всегда меньше числа кодируемых ими белков. Это создаёт дополнительные трудности для исследователей.

Вероятнее всего протеомные исследования обречены повторить результаты геномики, потому что в их основе вновь структурный подход, без учёта информационной составляющей. Данные о структуре белков и аминокислотных последовательностях опять создадут огромные пласты фактических структурных данных, которые даже с помощью современных компьютеров, придётся обрабатывать десятилетия, а свести всё воедино окажется задачей не выполнимой. Если не удалось найти строгой зависимости между структурой генов и их функциями, то можно ли ставить эту задачу в отношении белков, кодирование которых осуществляется теми самыми генами? Ведь гарантий, что удастся определить механизмы взаимодействия белков даже при атомарном разрешении исследований, нет.

И ещё. Если недавно полученные с использованием фемтолазера (“микроскопа времени”) данные о неимоверно короткой продолжительности жизни белков, исчисляемой фемтосекундами, будут подтверждены, то по простой логике возможность их изучения в реальном времени, тем более в реальном взаимодействии сомнительна.

Теперь о биоинформатике. Есть ли основания вообще относить её к наукам о живом?

Сегодня бесспорно без информатики и информатизации нельзя обойтись ни в одной области человеческой деятельности, все отрасли науки в той или иной степени используют современные информационные технологии для решения своих задач. Информатика – это самостоятельная отрасль науки, которая изучает структуру и общие свойства информации, проблемы связанные с её сбором, хранением, поиском, переработкой, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах деятельности. Поэтому не может быть математической, физической или геологической информатики, также как и биологической.

Но биоинформатика появилась уже в 1976- 1978 годах [ 5] . Приставка “био” используется более четверти века. Термин “прижился”. Но это не даёт оснований причислять биоинформатику к наукам о живом. Приставка “био” свидетельствует лишь о том, что в данном случае информатика оперирует данными, относящимися к биологии и медицине. В остальном она использует свою методологию, свой научный аппарат, свои способы постановки и решения задач, которые формулируются специалистами соответствующих отраслей знаний.

Биоинформатика - это прикладное использование современных информационных технологий для хранения, систематизации и сравнительного анализа данных, полученных и получаемых в ходе молекулярных, геномных и протеомных исследований, для моделирования отдельных процессов и взаимодействий в живом. Перед биоинформатикой стоит задача создания баз данных, огромных и сложных электронных библиотек по структуре и функциям генов, генных сетей и белков, набора инструментов для анализа таких данных, правильного применения компьютерных методов для достоверного решения биологических задач. Однако, её не ставили в один ряд с науками о живом.

В основе биоинформатики лежат сравнительные исследования аминокислотных или геномных последовательностей, поиск сходства последовательностей. На этом строятся предположения о сходных функциях. [ 5] .

Ни одной самостоятельной задачи в познании информационной сути живого она не ставит, не изучает и не даёт оценки данным, прямо или косвенно свидетельствующим об информационном устройстве живого. А количество этих свидетельств непрерывно растёт.

С учётом сказанного биоинформатика вообще не может относиться к наукам о живом. Это, безусловно, раздел информатики, но не часть биологии, тем более не медицины.

Как это не странно, но не биологические науки, а современное состояние информационных технологий, на острие которых находится молекулярная электроника (молетроника) - область применения молекул и молекулярных материалов, позволяющих производить, принимать и обрабатывать информацию - вселяет надежду познания информационной части живого.

Молетроника - подтверждает стратегическое направление в развитии информационных технологий – миниатюризацию информационных устройств. Сегодня чипы размером в нанометр реальность. Чем меньше устройство, тем выше его информационные возможности и быстродействие.

Молетроника обнаружила способность органических молекул, в том числе ДНК, мгновенно менять своё состояние под воздействием различных физических факторов, быть логическими элементами компьютера и выполнять функции носителей информации, микропроцессоров, чипов, основных составляющих каждого информационного устройства, хранителей долговременной и оперативной памяти.

Молекулы и организованные молекулярные ансамбли могут стать элементной базой для вычислительных систем следующего поколения. Предполагается, что создание молекулярных компьютеров, размеры процессоров которых будут в десятки тысяч раз меньше размеров процессоров современных компьютеров, а производительность будет способна превысить производительность современных компьютеров, основанных на кремниевых микропроцессорных технологиях, в миллионы раз, станет возможным уже в ближайшие 2-3 десятилетия (с заседания Президиума РАН 22 февраля 2005 года).

Молетроника подтверждает, что без наличия сложных операционных систем и программ, функционирование надёжного и мощного вычислительного и логического устройства на основе органических молекул невозможно.

Молетроника реализует теоретически и экспериментально идею о создании компьютеров на органических молекулах, реально приблизилась к конструированию молекулярных и органических компьютеров не только в лаборатории.

Молетроника дала целый ряд аргументов для рассуждений об информационной сущности клетки, как биологического компьютера. Большим преимуществом живых объектов являются большие объемы памяти, хранящихся в геномах. Так, молекула ДНК сохраняет 10¹⁴ бит/cм² (или 10²¹ бит/cм³) информации при размере молекулярного фрагмента 10^-7 cм. Для сравнения лист бумаги сохраняет 100 бит/cм², интегральная схема – 10⁶÷10⁷ бит/cм² (если размер фрагмента интегральной схемы – 10^-4 см), голографическая среда – 10¹⁰÷10¹² бит/cм³, ограничение здесь связано с используемой длиной волны – 1 мкм [ 1] .

Молетроника свидетельствует против эволюционного происхождения информационных процессов и явлений в живом. Нет никаких оснований даже предположить, что целевые, сложные и ассоциированные события в клетке и её геноме, согласованные по времени, месту и уровню, связанные в единую замкнутую логическую цепь, формировались в результате мутаций, случайных совпадений и противоестественного естественного отбора.

Молетроника завтра может дать инструмент и методику экспериментальной проверки информационного устройства биологических компьютеров.

Рассуждения эти становятся ещё более очевидными при рассмотрении информационного устройства многоклеточных организмов в сравнении с Internet - мощной информационной сетью, созданной человеком.

Табл.4

Internet и биологические информационные системы

(многоклеточные организмы)

Сравниваемые данные и показатели	Internet	Биологические информационные системы (многоклеточные организмы)
Возраст в годах	30	2,5 - 3 миллиарда
Первичное информационное устройство	персональный компьютер	биологический компьютер
Их количество	30 миллионов	от 1000 до 10¹⁴
Носители информации	микропроцессор, чипы, жесткие и мягкие диски	ДНК, гены, РНК, белки, прионы
Их количество	3 - 5	1000 – 30000, с белками и прионами до бесконечности
Размеры носителей	сантиметры	нанометры
Общая длина носителей в системе	до 100 см.	от 760 метров до 150 млн. км.
Программное обеспечение	операционные системы (ОС), программы	главная ОС, ОС функциональных подсистем, органов, тканей, клеток, программы
Коммутационное средство	модем	синапс
Их количество	30 миллионов	7 триллионов (у человека)
Коммуникационные средства	телефон, спутниковая, сотовая связь	нервы, кровь, коллоиды, тканевые жидкости, фотонная телепортация (возможно)
Обслуживающие информационные устройства, количество	серверы (данных о количестве нет)	нейроны от 250 до 20 млрд. (у человека)
Память	оперативная, долговременная	оперативная - на период жизни особи, долговременная - на период жизни вида, ассоциативная.
Способность к обучению на основе опыта	отсутствует	основное свойство

Информационная составляющая как основа каждого живого организма существует! Она неизменна и стабильна, даже вечна, она обеспечивает подвижность, гибкость структур и разнообразие функций живого. Однако сегодня нет биологической отрасли науки, методология, цели и методы исследований которой могли бы найти ключ к информационной части и информационным процессам в живом. А именно здесь кроется самая тайная из тайн и самая загадочная из загадок в устройстве мира живого!

Литература:

1. Н.В.Агринская Бог выбирает углерод. Журнал “Окно в микромир”, №4, 2002, http://edu.ioffe.ru/wmw/n4/

2. Арчаков А.И. Биоинформатика, геномика и протеомика – науки о жизни XXI столетия. Периодика. Вопросы медицинской химии, № 1, 2000, www.medi.ru

3. Биологи собрали искусственную клетку.

http://hghltd.yandex.com/yandbtm?url=http://newsportal.com.ru

4. Заварзин Г.А. Роль комбинаторных событий в развитии биоразнообразия. Природа, №2, 2002

5. Миронов А.А. Биоинформатика. Лекция 25.

http://top.mail.ru/jump?from=832674

6. Пальцев М.А. Лечение в свете клеточной биологии. Сможем ли мы найти универсальные подходы? “Медицинская газета”, профессиональное медицинское издание, №26(6455), 7.4.2004, с.с. 10-11.

7. Уайт Гиббс Синтетическая жизнь. Ж. “В мире науки”, №8, август 2004 года

http://www.sciam.ru/2004/8/biotechnology.shtml

8. Susan J. Lofle, Jnennifer L. Victor, Jessica M.Y. Genome-wide non-mendelian inheritance of extra-genomic information in Arabidopsis. http://www.genoterra.ru/news/view/2/867

9. Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome. Nature 437, 69-87 (1 September 2005); The Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium.

Хостинг от uCoz

На первую страницу