работа «Биологические компьютеры» (стр. 3 из 9)

По словам мистера Крэя, на данный момент известно, что существует одна подпрограмма, которая активизируется с помощью этого сигнала. Эта

подпрограмма включает другую, та – третью, и так далее по цепочке из сотни программ с одинаковым промежутком времени и одинаковой последовательностью, не зависимо от того, каким был входящий сигнал. Это очень сильно напоминает компьютерную программу обработки прерываний.

И в случае с живым организмом процесс реагирования на вирус и выработка антитела занимает две недели, ровно столько, сколько нужно для лечения простой простуды. Мы проходим через эту последовательность, не зависимо от начального сигнала.

1.7 Главный процессор живых клеток

Давайте на время оставим оперативную память и рассмотрим другие части. Давайте посмотрим на микропроцессор, рибосому

Рибосома – важнейшая деталь живой клетки. Имеет сферическую форму, диаметром 100-200*10

м. Служит для биосинтеза белка из аминокислот по заданой матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК или мРНК.

Несколько тысяч из них разбросаны по клетке, все они похожи и имеют два уровня кэш памяти. Рассмотрим два уровня кэш памяти L1 и L2. Итак, L2.

В биологической терминологии это называется информационным РНК. Он копирует всю подпрограмму с оперативной памяти и транспортирует ее поближе к процессору для быстрой обработки. Каких же он размеров? Он в десять тысяч раз меньше бита. А что тогда с L1 памятью? Она переносит маленькие кусочки памяти L2 на микропроцессор для распознавания команды. То-есть аналогия КОП. Это называется транспортной РНК.

1.8 Возможности дополнительных кодов для программирования монстров

Вы уже знаете, что в наших компьютерах используются не все коды. Есть и не занятые. Так, Бог использовал только 20 из 64 кодов в шести битах. Но биологи уже работают и над этим, пытаются пристроить неиспользованные коды. Они вставляют чужие коды в ДНК и смотрят, что произойдет, некоторые из них получают очень странные вещи, производя нетипичную молекулу белка. Сегодня существуют 20 натуральных аминокислот и несколько искусственных. Из них могут вырастать монстры.

Интересно рассмотреть сегодняшние попытки изучения устройства управления и секции генерации кодов. Как уже было сказано, транслятор очень мал, а генератор кодов довольно велик, но это не важно. Основная функция – это чтение кода из ДНК и производство молекулы белка.

1.9 Биологический источник питания

Что еще мы можем увидеть при рассмотрении биологической системы? Мы пропустили источник питания. Источником питания клетки является митохондрия. Это очень интересно. Она берет большие молекулы из внешнего пространства, разбивает их до цепочки мелких молекул АТФ и транспортирует их через всю клетку для питания оперативной памяти и микропроцессора.

АТФ – Аденозинтрифосфорная кислота. Некое соединение хим. веществ, которое играет важную роль в обмене энергией и веществ в организмах.

По сути дела, это похоже на переход переменного тока в постоянный. Вот, собственно, почему источники питания всегда запаздывают. Их схема работы очень старая. Она осталась еще с тех веков, когда всё живое возникло из океана, и передается до сих пор без изменений.

1.10 Схема управления в клетке

Что еще мы забыли? У нас есть оперативная память, микропроцессор, и источник питания. Еще одна важная деталь – схема управления. Когда создаются компьютеры – это одна из самых сложных составляющих. Нам нужно определить все возможные варианты развития системы и запрограммировать к этому аппаратное обеспечение компьютера. Но посмотрите на биологическую систему, здесь нет ничего подобного. Как такое может быть?

Догадка: Жизненная сила выполняет контрольные функции

Все, что говорилось до этого, правильно с точки зрения современной биологии, а сейчас хочется предложить некие, кажущиеся антинаучными на первый взгляд, домыслы. Как биологическая система может функционировать без какой-либо схемы управления над оперативной памятью, микропроцессором или источником питания? Предполагается, что существует некая жизненная сила, которая управляет каждой молекулой. Вы думаете, что это уж чересчур, но это единственное объяснение, которое можно найти.

Давайте приведем доказательства правоты этого умозаключения. Недавно была открыта молекула белка, которая способна откорректировать код в оперативной памяти. Мы знакомы с этой функцией, она такая же, как и для ДНК. Мы имеем дело с большими объемами памяти, которая

постоянно изменяется, и в ней появляются ошибки. Кто-то должен их корректировать. Назвали это чудо-устройство – флиппер системы счисления.

Он спускается по нити ДНК в поисках испорченной пары оснований нуклеиновых кислот. Когда флиппер их находит, он присоединяется к структуре ДНК, резко разгибает ее, отводит ненужную молекулу, удостоверившись, что она испорчена, вставляет нужную и восстанавливает первичную структуру ДНК. Сложно в это поверить, об этом, по словам мистера Крэя писалось в неких правительственных отчетах, так что это должно быть правдой.

И как такая маленькая молекула может выполнять столь сложные задачи? Ведь у нее нет ни рук, ни ног, ни огромного мозга. Как говорилось ранее, она, должно быть, управляется жизненной силой.

1.11 Отсутствие доказательства существования жизненной силы

Почему нельзя прочитать о ней в учебнике? Можно открыть учебник физики и прочитать про все силы природы, сильные и слабые, электричества и гравитации, но ничего про жизненную силу. Зато взяв учебник биологии можно заметить, что автор с первого же раздела предполагает существование жизненной силы. В чем причина такой разницы?

Причиной того, что мы не знаем, как она действует, является то, что все бояться писать свои догадки об этом. Так как же все-таки жизненная сила действует на молекулярном уровне? Хотелось бы знать ответ на этот вопрос, но, к сожалению, ученые не слишком приблизились к нему.

1.12 Нет ли подводных камней в фундаментальных основах?

Хотелось бы поделиться мыслью мистера Крэя, которая посетила его во время дискуссии в Люцерне, Швейцария с одним физиком, который всю свою жизнь занимался определением элементарных частиц. Тот спросил, не странно ли то, что через каждые 10-15 лет нам приходится переписывать учебники физики, так как за это время ученые находят целое множество новых частиц, которые с каждым разом становятся всё меньше и меньше. Потом он пристально посмотрел в глаза мистеру Крэю и сказал очень интересную вещь. «На самом деле эти частицы не существуют»,-сказал он - «Бог создаёт их для того, чтобы занять физиков».

Надеюсь, Бог делает то же самое и для компьютерных инженеров.

2 КОНСТРУИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЬЮТЕРОВ

Итак, мы поняли, что аналогия существует. Так что ж она нам может преподнести? Уже давно можно определить проявления генов и их активность, а также точно указать местонахождение белков в клетке. Но пока эти задания исполняются в искуственных условиях в лаборатории, представьте себе все выгоды от их использования на живых организмах, например на животных. Нанотехнические устройства могут инжектироватся в пациента, который станет монитором в определенных условиях и будет точно соответствовать поставленным целям.

В “Nature Biotechnology” 25, 795 - 801 (2007)

(Published online: 21 May 2007)

Была опубликована статья, которая приближает мечту к реальности. Материалы этой статьи будут использованы в рамках данного курсового проекта далее. Данная статья выложена в приложении В в оригинальном виде.

Будет рассматриваться конструкция биологического цикла, что использует рибонуклеиновую кислоту (РНК) для влияния на булево-логическое утверждение. Цикл работает, используя две молекулярные цепочки, которые кодируют один и тот же белок, но они содержат в себе нерозкодированные участки рибонуклеиновой кислоты, разной последовательности.

Разные эндогенные сигналы будут контролировать проявление различных РНК

Эндогенный сигнал – сигнал внутреннего происхождения, действующий внутри чего-либо, объяснимый внутренними причинами.

Таким образом сигналы будут влиять на одну из двух молекулярных цепочек, проявляя ее; например, сигнал А и В будут нацеливатся на одну

РНК цепочку, а сигналы Х и Y на другую, таким образом работая в логической последовательности (А и В) или (Х и Y). Остальные цепочки могут быть нацелены на работу А и не В и так далее. Результатом цепочки, что не принимает сигнал и будет легкоопределимый белок-корреспондент.

Если по Русски, это значит, что можно организовать генную сеть, которая, в зависимости от кодируемого этой схемой логического выражения, в ответ на наличие или отсутствие на входе – в клеточной среде – сигналов (к примеру, молекул) синтезировала бы в качестве выходного сигнала какой-нибудь легко определяемый белок, например, флуоресцентный (т.е. такой, который имеет свойство менять свой цвет).
Биологические устройтсва могут имплантироватся или даже быть вмонтированы параллельно с собственными клетками реципиента для работы в качестве био сенсоров, которые извещают о болезнях. Молекулярные логические циклы наиболее соответствуют данной функции маркера болезней. Также может быть задействована запрограмировваная мертвая клетка в случае канцерогенных клеток (излечение от CANCER – РАК, ЗЛОКАЧЕСТВЕННАЯ ОПУХОЛЬ) или синтеза наркотиков в особых тканях.