работа «Биологические компьютеры» (стр. 6 из 9)
ВЫВОДЫ Таким образом, авторы показали, что биокомпьютер, основанный на генных логических схемах, встроенных в человеческие клетки, дает достоверные результаты в ответ на возможные значения пяти молекулярных переменных.
Такие биокомпьютеры, анализирующие входные данные в виде наличия или отсутствия в среде определенных биологических молекул и в качестве сигналов на выходе синтезирующие другие, легко определяемые соединения (в данном случае – фуоресцирующие белки), могут «логически» контролировать биологические процессы в живом организме.
Применение биокомпьютеров в перспективе может быть самым широким – в фундаментальных науках, в фармакологии (для оценки влияния потенциальных лекарственных препаратов на человеческие клетки в культуре) и в медицине – для диагностики различных болезней.
Этот доклад представляет собой шаг по направлению к пониманию функционирования программируемого принимающего решения молекулярного автомата, дающего расчетную основу, которая оценивает логические выражения в стандартных формах. Эти формы, оцениваемые с помощью двухуровневых логических цепей, могут вызвать экспоненциальное увеличение размера для представления определенных логических функций, относящихся к многоуровневым цепям. Однако, уменьшение количества стадий расчета уменьшает общее время обработки цепи. Шум и деградация сигналов – важная тема для обоих типов цепей. Восстановление сигналов, то есть улучшение отношения ВКЛ\ВЫКЛ на промежуточных стадиях увеличивает масштабируемость и действие. Возможно также разделить процесс вычисления на иерархические группы и ввести единое восстановление. На данный момент работа цепей сравнима с логическими сетями, не использующими процесс восстановления.
ПЕРЕЧЕНЬ ИСТОЧНИКОВ1. http://www.nature.com/nbt/journal/v25/n7/full/nbt1307.html#B2 – статья «A universal RNAi-based logic evaluator that operates in mammalian cells»;
2.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B3%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0 – Основные термаины молекулярной биологии
3. http://americanhistory.si.edu/collections/comphist/montic/cray.htm#cr17 – воспоминания Мистера Крэя;
4. http://www.genoterra.ru/news/view/18/776 - приложение А;
5. http://www.cellbiol.ru/REVIEW/MolBiol/regulation/RNAi.shtml - приложение А;
Вспомогательные источники:
6. http://www.nature.com/index.html
7. http://www.biotechnolog.ru/
8. http://www.in1.com.ua/article/972/index.html
9. http://works.tarefer.ru/64/100521/index.html
10. http://www.galactic.org.ua/Prostranstv/gen_nov-1.htm
Приложение АФЕНОМЕН МАЛЫХ РНК. РНК ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
Первое показание RNAi было извлечено исследователями, когда они пытались создать более красочные цветы, вводя дополнительные образцы генов, ответсвенных за пигментацию. Задавшись целью получить сорт петуний, который обладал бы более яркими бордовыми лепестками, генетики ввели в ее клетки ген, отвечающий за синтез красного пигмента. К удивлению ученых, многие цветы, вместо того, чтобы усилить окраску, вовсе теряли пигмент и получались белыми. С этого и других похожих наблюдений, сделанных в начале 90-х годов, и началась история малых РНК.
 Рисунок А-1 - Петунии, над которыми проводились эксперементы |
В другом эксперименте биологи, изучавшие генетическую регуляцию у одного из самых популярных в последнее время модельных организмов - червя Caenorhabditis elegans ( Ценорабдитис элеганс , или сокращенно C. elegans ), пытались усилить работу определенных генов путем введения в клетки червя дополнительных копий таких генов (в виде ДНК). И снова, вместо усиления выраженности данного гена, ученые наблюдали противоположный эффект: его полное "замолкание". Длительное время
никто не мог объяснить происходившие феномены, рассматривая их как артефакты. И лишь спустя годы удалось установить, что во всех подобных случаях в клетках подопытных организмов появлялись большие количества так называемых "малых" РНК. К еще большему удивлению привело исследование структуры таких молекул. Оказалось, что эти РНК являются копией отдельных участков тех самых генов (ДНК), которые вводились в клетку, и активность которых подавлялась.Снова - загадка. С одной стороны, структура таких малых РНК однозначно говорит о том, что они были скопированы с введенной в клетку ДНК, что для клетки вполне нормально (если не считать подозрительно малую длину этих молекул). С другой стороны - вместо того, чтобы, как большинство "нормальных" информационных РНК, переносить информацию для синтеза белков и способствовать, таким образом, усилению выраженности гена (например, усиливая цвет петуний), эти РНК каким - то образом умудряются проделывать совершенно противоположную работу.
Начиная с 1995 года, исследователи предприняли попытки повторить этот эффект экспериментально. Для этого они искусственно синтезировали небольшие участки РНК, являющиеся почти точной копией участка определенного гена, и вводили их различным организмам.
Первое подтверждение феномена "замолкания" генов было получено все у того же C. elegans. Немного позже это свойство коротких РНК выявили у мух и, наконец, в 2001 году - при введении в клетки мыши и человека. В том же 2001 году Science включил исследования малых РНК в число наиболее важных.
Почему же малые РНК способны выполнять столь необычные функции?
Решение парадокса малых РНК началось с детального изучения их структуры, биологических характеристик и путей их превращения (метаболизма) в клетках различных организмов.
Длительное время биологи просто не обращали особого внимания на короткие отрезки клеточной рибонуклеиновой кислоты (РНК), полагая, что их роль в клетке не слишком значительна. Гораздо больший интерес привлекали другие типы РНК, а именно информационные и рибосомальные. Оба этих класса - очень длинные молекулы, содержащие до 100 000 нуклеотидов. Первые (информационные, которые часто называют также матричными РНК, или мРНК) переносят генетическую информацию с хромосом (ДНК) в специальные органеллы- "агрегаты" для синтеза белков - рибосомы. Второй класс – рибосомальная РНК - является одновременно и строительным материалом, и важнейшей рабочей частью рибосом.Понятно, что с первого взгляда малые РНК, состоящие всего из нескольких десятков нуклеотидов, могли показаться просто мусором, остатками от своих "больших братьев". И даже несмотря на то, что роль отдельных малых молекул РНК в процессах превращения информационных РНК (сплайсинге), а также при упаковке нитей нуклеиновых кислот, была доказана ранее, истинным "хитом" в биологии малые РНК стали только лишь с открытием своей способности подавлять экспрессию (выраженость) генов у животных.
В нормально работающей клетке каждый ген выполняет собственную, строго определенную функцию, например, отвечает за выработку белка, мРНК, или за взаимодействие с другими регуляторными белками. При этом говорят о нормальной экспрессии (от лат. expressus - выразительный, явный) гена в клетке. Если же количество продукта данного гена (например, белка) снижается, то говорят о снижении экспрессии данного гена. Эффект "гашения" экспрессии определенных генов малыми РНК получил название РНК-интерференции, а молекулы, вызывающие его, назвали siRNA (small interfering RiboNucleic Acids) - малые интерферирующие рибонуклеиновые кислоты;
С открытием siRNA - интерференции стало ясно, что этот феномен может иметь огромное практическое значение.
Вы спросите как это понимать? Поясним на примере медицины: Существует по крайней мере три способа влияния RNAi на медецинские исследования. Исследователи уже имеют возможность выборочно блокировать активность любого гена, путем создавания генам препятствий – генетических заградительных полос или конструированием мутаций. В червях это очень просто сделать путем изменения информации о снабжении пищей. Черви обычно питаются бактериями и ее достаточно, что заблокировать нужный ген. Эта благоприятная возможность помогла ученым блокировать проявление каждого одинарного гена в геномном ряду червей и таким образом исследовать их влияние на червей.Вне исследовательских работ RNAi и родственных методик испрользуются в борьбе с болезнями, особенно с раком, который зависит от отклонившихся проявлений некоторых генов. Некоторые терапии уже достигли результатов на стадии ограниченного тестирования на человеке.