Живое железо

Илья Разумов

Спецвыпуск: Хакер, номер #055, стр. 055-072-1

(irazumov@inbox.ru)

Биокомпьютеры сегодня и завтра

Биоинформатика сегодня одна из самых популярных наук. В мире проводится множество исследований, ставятся различные эксперименты… О том, что такое ДНК-вычисления, биочипы и при чем тут инфузория-туфелька, узнаешь из этой статьи.

Все дело в "туфельке"

Несмотря на огромную популярность и значительное число работ и экспериментов в области биоинформатики, это очень даже молодая наука. Возникла она в конце 80-х годов прошлого века на стыке таких фундаментальных дисциплин, как математика, биология и информатика. Из математики был позаимствован по большей части математический аппарат теории вероятности и статистики, биология подарила биоинформатике генетику, а на нашу любимую информатику серьезно повлияла физика полимеров. Зарождение биоинформатики как науки было спровоцировано разработкой в конце 70-х годов так называемых методов секвенирования ДНК. Я понимаю, что это ужасное слово, после которого и статью-то читать не хочется, но все на самом деле гораздо проще. Как ты знаешь, ДНК - не что иное, как дезоксирибонуклеиновая кислота, которая состоит из четырех нуклеотидов - аденина, гуанина, цитозина и тимина. Кстати, знаешь ли ты, что не так давно ученые решили добавить пятый нуклеотид в ДНК, который они назвали очень незатейливо - 3-фторбензол (3-fluorobenzene, 3-FB). Это гидрофобный нуклеотид, который способен образовывать пару сам с собой. Впрочем, вернемся к нашей теме. Так вот, секвенирование этой самой кислоты - это определение нуклеотидной последовательности молекулы ДНК. А на совсем простом языке - расшифровка генома человека.

Вскоре ученые поняли, что каждая последовательно представляет особый интерес. В 1982 году были созданы два крупных банка нуклеотидных последовательностей - европейский EMBL и американский GenBank. Спустя 13 лет в 1995 году был секвенирован первый бактериальный геном, а двумя годами позже - дрожжевой. Через некоторое время исследователи из Центра природных вычислений при Лейденском университете (Голландия) предположили, что, освоив некоторые приемы генетических манипуляций, заимствованные у простейших одноклеточных организмов, ресничных инфузорий, человечество сможет воспользоваться гигантским вычислительным потенциалом, скрытым в молекулах ДНК.

Примечательно, что по оценкам исследователей инфузории живут на Земле уже не менее двух миллиардов лет, то есть их не сжило со света даже большинство катаклизмов, когда-либо мучавших Землю. Подобную "живучесть" ученные склонны оправдывать очень и очень эффективными механизмами манипуляции собственной ДНК. Именно это, по мнению биоинформатиков, позволяет ресничным приспосабливаться абсолютно к любым условиям существования. Клетка инфузории имеет два ядра - большое и маленькое. Так вот организмы, которые мы считаем "простейшими", оказались на практике мудрейшими! В большом ядре ресничные хранят все копии индивидуальных генов, а маленькое содержит в себе всего одну-единственную длинную нить ДНК, состоящую из всех генов одновременно. Именно эта нить и используется при репродукции. Ты спросишь, а при чем тут биокомпьютеры?? Вот тут самое интересное: при "производстве себе подобных" инфузории используют маленькое ядро для построения большого ядра своего потомка. Возникает интереснейший вопрос: "А как ДНК маленького ядра сегментируется на более маленькие составляющие, затем происходит перераспределение этих сегментов, а в результате в большом ядре нового микроорганизма оказываются нити с копиями всех генов?"