Биология в 21 веке

В биологии произошло несколько с обытий , которые позволили абсолютно по-новом у подойти к исследованию сущности жизни . С амое главное – ученые научились читать г енетическую информацию . Прочли гены уже многи х бактерий , некоторых растений и простейших животных , практически прочитали геном человека . Здесь еще остались сложные, но в основном математические , технические проблемы . Когда объявили , что расшифрован геном че ловека , имелось в виду , что получен «букве нный текст» . Сейчас появились методы , позволяю щие быстро читать такие тексты. Все , что заложено в нашей генетике , закодиро вано сочетаниями «букв» , каждая из которых состоит из трех «символов» . Символы , так называемые нуклеот иды , обозначаются как А , Г , Т и Ц . Это довольно простые молекулы . Тройки этих символов образуют буквы , их двадцать штук . Каждая буква кодирует некото рую аминокислоту . Однако самое интересное - узнать , что означает каждая фаза этого текста . Например , фаза может быть кодом не которого белка – в одном белке обычно от ста до тысячи аминокислот . Закодированы там и функции организма в целом – но более сложным с посо бом . Есть специальные фазы , которые определяют , как сложатся клетки , когда должна умерет ь данная клетка , когда другая должна возни кнуть и т . д . Но чтобы закодировать все свойства ор ганизма в одной молекуле , нужно колоссальное сжатие информации . Молеку ла ДНК очень длинная , иногда в десятки сантиметров (!), а размер одного символа – один нанометр . У нас десяток таких молекул , у бактерии - одна . Давно просчитано , что там можно записать все , что нужно. Уже известно , как записаны , например , б елки , сбраживающ ие сахар у нас в к ишечнике . Сегодня мы имеем полную библиотеку всего текста , который содержится в каждой живой клетке . Поняты отдельные его фрагме нты – в основном то , что относится к биохимии клетки . Но есть и текст , вооб ще не имеющий смысла – с нашей , со в ременной точки зрения . Может быть , некоторые места в конце концов так и не будут поняты. Часто приходится слышать , что некие кв антовые эффекты играют существенную роль при передаче генетической информации , но никаких научных данных за этим нет , есть толь ко вера . Пока нет никаких оснований считать , что репликация ДНК обеспечивается че м-то , кроме обычной химии . Делается зеркальная копия этой молекулы , а потом копия ко пии , и возникает молекула , тождественная исход ной . ДНК – это единственная саморазмножающая ся молекула в нашем организме. Какие же задачи будет решать биология в 21 веке ? В основном биологи считают , что первая задача это старение . Здесь две точки зрения . Одна – общепринятая , что старение – это поломка сложной системы , которая рано или поздно должн а произойти . Но Вейсманом ( Weismann ) в конце 19 века была высказана друга я точка зрения – что смерть была при думана эволюцией для того , чтобы выбраковыват ь ненужные особи , чтобы быстрее сменялись поколения , чтобы популяция не засорялась монс трами ( чем ста рше организм , тем больше вероятность , что он родит уродливое потом ство ). Чтобы все это предотвратить , была – специально ! – придумана смерть в результ ате старения. Первые указания в пользу вейсмановской точки зрения уже есть . Обнаружены такие гены , при пол омке которых существо живет дольше . Есть такой червячок , у котор ого удалось вышибить два определенных гена – и его жизнь удлинилась в шесть р аз . В 1999 году был проделан опыт на мышах : им испортили ген ( это называется нокаут гена ), которы й кодирует так н азываемый белок р 66 , - и продолжител ьность жизни подопытных особей возросла на 30 процентов. Есть и много других интересных задач . Одну из них лучше всех сформулировал Илья Ильич Мечников : « Человек , явившийся в результате длинного цикла развития , носит в себе явные следы животного проис хождения . Приобретя неведомую в животном мире степень умственного развития , он сохранил многие признаки , оказавшиеся ему не только не нужными , но прямо вредными» . Вот эт о была идея всей его жизни . Мечников с читал , что стар е ние происходит ого , что в нашем толстом кишечнике есть вредные бактерии . У него была простая и дея , что толстый кишечник изобретен эволюцией , чтобы испражняться реже . Птичка все эти дела делает на лету , ей это не ме шает , и у нее нет толстого кишечника . Н о когда заяц убегает от волк а и вдруг по дороге присядет – волк его настигнет , а если волк займется э тим в погоне за зайцем , он его упустит . Мечников был одержим идеей бактериальных токсинов , которые порождаются бактериями , живущ ими в толстом кишечнике . В п оследст вии оказалось , что токсины такие есть – но не из-за них мы стареем . Мечников же предлагал просто удалять толстый кише чник ! Говорил , что вы чаще будете ходить в туалет , зато будете жить гораздо доль ше. Но он абсолютно прав , в том , что мы унаследовали от неразумной природы уже ненужные нам эволюционные механизмы . Ст арение – как раз один из них. Есть еще очень интересная задача для наступившего века – решение проблемы ст арения генетического материала . У бактерий ге нетический материал имеет форму кольца. Когда нужно сделать копию , на эту кольцеву ю молекулу в определенных местах может се сть определенный белок , фермент , который по ней ползет и наращивает ее копию . Естес твенно , у него при этом всегда и справ а и слева есть молекула ДНК , ведь она же кольцевая. А когда появились так называемые эукариоты , более сложные клетки , то ДНК разорвалась , она стала линейной . Но поразительно , что «копирующий» механизм ос тался прежним . Он по-прежнему работает только тогда , когда у него и справа и сл ева есть генетический ма т ериал . Со ответственно , самый кончик молекулы ДНК не копируется . Этот переход случился сотни мил лионов лет назад . За это время возникло множество других ферментов , изменились старые ферменты – но вот этот механизм поч ему-то остался прежним. Поэтому каждая с ледующая копия ко роче предыдущей . Как если бы писарь , переп исывая книгу , всегда ленился переписать после днюю страничку . И это продолжается миллионы лет… Как же природа из этого выпуталас ь ? Она стала наращивать на концы молекулы ДНК некий бессмысленный тек с т , который делается совершенно иначе , без учас тия фермента . От того , что этот текст о бтрепывается , никому ни тепло ни холодно . У эмбриона работает специальный белок , наращи вающий бессмысленные участки . Потом , когда эмб рион рождается , этот фермент – почему- то – прекращает работать . И мы на чинаем стареть . А в раковых клетках – наоборот , фермент активируется и начинает н аращивать кончики. Возникает вопрос , почему же эволюция д опустила такое безобразие ? Самая ценная молек ула – и такая неточность считывания . Не давно американский биолог Джефф Боулз ( Jeff Bowles ) выдвинул так ую идею : разрыв кольца и был изобретением смерти от старости . Так природа изобрела старение (бактерии же не стареют ). Отсюда мы выходим на проблему рака совсем с другой стороны : может быть , ес ли у дастся убить этот фермент , мы победим рако вую опухоль . Вот опять вернулись к теме старения , но если даже гипотеза Вейсмана неправильна , то может быть , рак удастся излечить исходя из этой философии. Вообще , в биологии сейчас происходят у дивительные вещи . Не так давно , у бак терий был обнаружен самый настоящий электромо тор . Оказалось , что они вращают жгутики за счет разности потенциалов на оболочке . Эт о не образное выражение , там самый настоящ ий электродвигатель , причем с реверсом , - даже не поменяв напра в ление поля , бактерии могут вращать жгутик в обратном направлении . Они включают и выключают свой мотор когда хотят , у них очень сложная система принятия решений . Бактерии суммируют некоторую информацию и принимают решения . Они удивительные существа . Наприм е р , вязкость среды измеряют точнее , чем самы й лучший вискозиметр . Температуру измеряют с потрясающей точностью . Информация попадает в нутрь , обрабатывается , и выдается некоторое ре шение : оставаться на месте или уплывать . О бычно говорят , что колесо изобрел ч е ловек . А вот они – какое там колесо , электромотор изобрели ! Можно создать р азность потенциалов на этой оболочке искусств енно – и он будет крутиться. Теперь человеческая клетка , фибробласт , из подкожной клетчатки . А вот в ней , внут ри , - клеточная электропро водка , настоящий э лектрический кабель , который ученые обнаружили с помощью специального красителя , - он окраш ивает только те участки клетки , где есть разность потенциалов . По этим проводам те чет ток , разность потенциалов поперек оболочк и кабеля (мембраны ) может достигать четверти вольта . Пока неясно , в чем фу нкция этих проводов , но то , что ученые обнаружили новые свойства живой клетки – совершенно ясно. И в завершении хотелось бы сказать , что сейчас возникает новая химия , оперирующ ая веществами , которых нет в природе . Вот пример одной недавней и совершенно фантастической работы : нахождение вещества , бло кирующего белок р 53. Этот ключевой белок , называется «стр ажем генома» , есть в каждой клетке . Он ползает по молекуле ДНК и проверяет , не порвалась ли она где-н ибудь . Если по рвалась , он дает команду починить , а сам продолжает ползать . Если ДНК не чинится , белок дает другой приказ – запрещает клетке делиться . А потом если за длительны й срок повреждение не исправлено , дает при каз на самоубийство – приводит в дейст в ие самурайский закон , и клетка сама себя убивает. Так вот , оказывается , что в половине всех случаев рака этот замечательный белок сломан . По этому клетка с поврежденной ДНК и шалеет – сигнала на самоубийств о нет . С другой стороны , при инфарктах , инсультах, септическим шоке это самоубийств о охватывает сразу огромное количество клеток в жизненно важном органе . Итак , с одно й стороны , р 53 очень хорош своим антираковым действием , с другой – отчасти из-за него мы гибнем от инфаркта и инсульта . По этому хорошо был о бы найти на него управу . Молодой , очень талантливый биолог Андр ей Гудков (раньше он работал в Москве , в Онкоцентре , сейчас живет в США ) подошел к задаче следующим образом . Он взял « библиотеку веществ» (многие тысячи различных соединений ) и протестировал их , использ уя автоматизированную систему , на способность этот белок блокировать . Так удалось найти нужную молекулу. Список использованной литературы : Еженедельник «Компьютера» от 20 февраля 2001 г . #7 (384).Владимир Скулач ев . « Я предполагаю , что в биологии действует «саму райский закон»» . стр . 46.