Размеры ДНК и ее упаковка в клетке

Геном человека

Международные проект «Геном человека» был начат в 1988 г. Это один из самых трудоемких и дорогостоящих проектов в истории науки. Если в 1990 г. на него было потрачено около 60 млн. долларов в целом, то в 1998 г. одно только правительство США израсходовало 253 млн. долларов, а частные компании – и того больше. В проекте задействованы несколько тысяч ученых из более чем 20 стран. С 1989 г. в нем участвует и Россия, где по проекту работает около 100 групп. Все хромосомы человека поделены между странами-участницами, и России для исследования достались 3-, 13- и 19-я хромосомы.

Основная цель проекта – выяснить последовательность нуклеотидных оснований во всех молекулах ДНК человека и установить локализацию, т.е. полностью картировать все гены человека. Проект включает в качестве подпроектов изучение геномов собак, кошек, мышей, бабочек, червей и микроорганизмов. Ожидается, что затем исследователи определят все функции генов и разработают возможности использования полученных данных.

Что же представляет собой основной предмет проекта – геном человека?

Известно, что в ядре каждой соматической клетки (кроме ядра ДНК есть еще и в митохондриях) человека содержится 23 пары хромосом, каждая хромосома представлена одной молекулой ДНК. Суммарная длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке равна приблизительно 2 м, они содержат около 3,2 млрд. пар нуклеотидов. Общая длина ДНК во всех клетках человеческого тела (их примерно 5х1013) составляет 1011 км, что почти в тысячу раз больше расстояния от Земли до Солнца.

Как же помещаются в ядре такие длиннющие молекулы? Оказывается, в ядре существует механизм «насильственной» укладки ДНК в виде хроматина - уровни компактизации

Рис. 1. Уровни упаковки хроматина

Первый уровень предполагает организацию ДНК с гистоновыми белками – образование нуклеосом. Две молекулы специальных нуклеосомных белков образуют октамер в виде катушки, на которую наматывается нить ДНК. На одной нуклеосоме размещается около 200 пар оснований. Между нуклеосомами остается фрагмент ДНК размером до 60 пар оснований, называемый линкером. Этот уровень укладки позволяет уменьшить линейные размеры ДНК в 6–7 раз.

На следующем уровне нуклеосомы укладываются в фибриллу (соленоид). Каждый виток составляет 6-7 нуклеосом, при этом линейные размеры ДНК уменьшаются до 1 мм, т.е. в 25-30 раз.

Третий уровень компактизации – петельная укладка фибрилл – образование петельных доменов, которые под углом отходят от основной оси хромосомы. Их можно увидеть в световой микроскоп как интерфазные хромосомы типа «ламповых щеток». Поперечная исчерченность, характерная для митотических хромосом, отражает в какой-то степени порядок расположения генов в молекуле ДНК.

Размеры ДНК и ее упаковка в клетке

В ядре каждой соматической клетки человека содержится 23 пары хромосом, длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке равна около 2 м. Если принять, что организм взрослого человека состоит из приблизительно 5.10¹³ клеток, то общая длина молекул ДНК у человека составит 1.10¹¹ км, т.е. в тысячи раз превышает расстояние от Земли до Солнца. Естественно, что ДНК должна быть в значительной степени компактизована, чтобы поместиться в хромосомах ядра (рис.10). В эукариотических клетках ДНК находится в комплексе с белками. Этот комплекс называется хроматином. Белки в основном представлены гистонами, которые благодаря своему положительному заряду, образуют ионные связи с отрицательно заряженными фосфатными группами ДНК. Пары гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н3 образуют октамер, вокруг которого ДНК совершает 1,75 оборота. Этот комплекс называется нуклеосомой.

Нуклеосомы соединены линейными участками ДНК- линкерами, так что ДНК имеет вид нитки бус (до 11 нм в диаметре). Но такой упаковки еще не достаточно. Дальнейшая упаковка ДНК приводит к образованию нити толщиной в 30 нм. И далее 30-нм нити образуют длинные петли. Возможно, что петли, образуемые с участием негистоновых белков, формируют также складки и спирали.

(Наноме́тр

(нм, nm) — единица измерения длины в метрической системе, равная одной миллиардной части метра (то есть 10⁻⁹ метра). Устаревшее название — миллимикрон (10⁻³ микрона; обозначения: ммк, mμ). Нанометр часто ассоциируется с областью нанотехнологий и с длиной волны видимого света.)

Рис. 10. Уровни упаковки хроматина
Теперь попытаемся связать описанную структуру с хромосомой. В наиболее конденсированном состоянии ДНК находится в митотических хромосомах, готовых к транспортировке в каждую из дочерних клеток. При этом наиболее упакованная область приходится на центромеру, на внешней поверхности которой расположены белки кинетохора. Именно к кинетохору во время разделения дочерних хромосом присоединяются микротрубочки веретена деления. В теломерных концах хромосом также наблюдается большая конденсация ДНК. В интерфазных хромосомах ДНК менее упакована, однако эта упаковка неодинакова по всей ее длине. Наиболее конденсированы участки ДНК, свободные от генов - гетерохроматин, наименее – участки, содержащие гены – эухроматин. Гетерохроматин транскрипционно неактивен, эухроматин, наоборот, является активным.

Совокупность ДНК в клетке называется геномом. Исследования показали, что нет четкой зависимости между величиной генома (длиной ДНК) и эволюционным статусом вида. Конечно, у бактерий и вирусов ДНК меньше, чем у многоклеточных. Но у человека ДНК в геноме столько же, как и у гороха или кукурузы, но в 5 раз меньше, чем у репчатого лука и в 20 раз меньше, чем у сосны. Лягушки, жабы и тритоны по содержанию ДНК относятся к чемпионам. Исследования в рамках программы “Геном человека” показали, что в геноме человека содержится 38 тысяч генов, структур, кодирующих белки или РНК. Это составляет едва ли 3% ДНК. Функция остальной ДНК пока остается не ясной. Создается впечатление, что гены – это небольшие островки в море неактивных информационных последовательностей ДНК. Кроме генов, в ДНК находятся многие некодирующие повторяющиеся последовательности. К примеру, 10% всего генома человека занимает семейство так называемого Alu-повтора длиной в 300 пар нуклеотидов, составляющего до полумиллиона копий. В области центромеры хромосомы находятся сателлитные повторы ДНК, состоящие из коротких последовательностей, повторяемых тандемно так, что длина каждого фрагмента достигает 10 000 пар оснований ДНК. Есть и другие повторяющиеся последовательности, разбросанные по ДНК.

Последовательности в ДНК не всегда жестко фиксированы. Иногда некоторые фрагменты ее могут перемещаться из одного места в другое. Они называются транспозонами.

 

 

В ядре каждой клетки находится - ДНК – Световая Спираль, где расположены 64 кадоновые ячейки с заполнением 20 видов Аминокислот, обладающие программами биологического метаболизма и энергоинформационного обмена. Ячейки с заполнением аденина, гуанина, цитозина и тимина чередуются между собой, а также имеют особые парные нити – Хромосомы с набором генетической и волновой информации. С помощью Виталингвы, Способа Записи, в каждом ядре клетки зафиксированы эталонные Первичные Коды ДНК - торсионные характеристики, которые изначально передаются с Высших Сфер.
В клеточных хромосомах за программу развития живого организма отвечают гены, но их не более 15%, остальная часть хромосомы заполнена закодированными символами в виде необычных текстов, похожих на Шумерскую клинопись. Учёные долго не смогли понять назначение этих начертаний и назвали эти некодирующие регионы ДНК – «мусорной частью». Наука квантовая генетика открыла секрет этой тайны. Цепочка текста развёрнута в многомерности и читается во всех направлениях. Текст нестационарен, он движется в виде световых решёток, как будто хромосомы дышат, колеблются, и в результате появляются всё новые тексты. Коды излучают информацию, для каждого человека существует только своя ИНДИВИДУАЛЬНАЯ ПРОГРАММА развития и опыта. Основная, «мусорная часть» ДНК несёт нереализованный эволюционный потенциал и называется Креативной ДНК.
Торсионная Информация в ядрах клеток может обновляться и менять волновые функции под действием внешних ситуаций, психологического и физического состояния личности. Голографическая структура ДНК осуществляет исполнение Космического Принципа: каждая Макрочастица и Микрочастица содержит полную информацию обо всём Мироздании, кроме этого в ДНК содержатся сведения о Космических Расах, участвующих в клонировании белково-нуклеинового комплекса человека и предоставивших свои генные материалы – гоминидам земли много тысячелетий назад. Через ДНК человека можно прочитать историю цивилизации, кроме этого когерентные волны ДНК постоянно излучают энергию в Информационные Поля земли.

В генных континентах ДНК прописаны параметры пространственно-временных континуумов, это позволит эластично менять человеку телесную форму при сменах вибрационных частот световых волн, в момент Перехода в Высшие Измерения бытия. Генная мощность у разных людей различна, это определяется не только наследственными факторами, но и Эволюционным Кодом данной Каузальной Матрицы – Души, пришедшей на воплощение. Энергоёмкие генные кластеры ДНК, отвечающие за сверхспособности – ясновидение, яснослышание и яснознание у одних личностей проявлены, а у других так и остаются в латентном состоянии. У современного человека блокировано до 82% церебрально-кластерных ячеек мозга, и только благодаря духовному развитию и познанию можно усилить плазменную сферу сознания и включить активацию эволюционных возможностей организма и ускорить духовную трансмутацию.
Гены – это материальный носитель специальных биологических и витальных программ, обеспечивающих разные функции клеток и развитие Души, Главная Программа Космической Эволюции - накопление плазмы Ощищенного Духа.
У Духовного человека ДНК может быть проявлено в виде 12-ти Световых Спиралей, в тонкоматериальном состоянии на уровне многомерности, у обычного только две регистрируемые спирали на физическом плане, остальные 10 Спиралей ДНК по пять пар, находятся в латентном состоянии.
У современного человека это обусловлено дезинтеграцией коммуникационных связей с Высшей Реальностью и отсутствием Единства с остальными Мирами.

Современное Человечество стала иметь мутированные двухспиральные цепи ДНК, поэтому личность, развивая эгоистические тенденции, ещё более усложняет процессы своего развития и препятствует световому кодированию ДНК в трёхмерной реальности.

Человек не имеет резонанса - с Ноосферой – Информационным полем земли, поэтому придерживается материалистического мировоззрения и развивает холодный интеллект, изучая аспекты только видимой реальности. Имеет только потребности и желания для своего тела, игнорируя Вечный Зов своей Души – НАЙТИ И ОБРЕСТИ СЕБЯ В ВЕЧНОСТИ.

 

В 1953 году Френсис Крик и Джеймс Уотсон открыли структуру двойной спирали ДНК.

Геном (от слов ген + хромосома) называется совокупность всей наследственной информации организма (всех генов и меженных последовательностей нуклеотидов). Размер генома человека составляет 3 миллиарда пар оснований. Каждая из 23 пар хромосом содержит отдельную линейную двунитевую молекулу ДНК. Размер ДНК в самой большой хромосоме 1 (хромосомы нумеруют по размеру) - 250 миллионов пар нуклеотидов, а в самой маленькой - 47 миллионов.
В каждой клетке человека около 30-40 тысяч пар генов, но точное их число пока не известно. В генах записана информация о структуре молекул РНК: матричной (кодирующей белки), рибосомной, транспортной и некоторых других видов так называемой некодирующей РНК.
У бактерии, гены занимают около 80-90% всей ДНК. У человека на гены приходится, по-видимому, не более 5% нуклеотидных последовательностей, интересно, что ДНК человека почти идентично ДНК мышей, поэтому мышам часто приходиться принимать участие в опытах.

 

ДНК представляет собой двойную нить, скрученную в спираль. Каждая нить состоит из «кирпичиков» — из последовательно соединенных нуклеотидов. Каждый нуклеотид ДНК содержит одно из четырёх азотистых оснований — гуанин (G), аденин (A) (пурины), тимин (T) и цитозин (C) (пиримидины), связанное с дезоксирибозой, к последней, в свою очередь, присоединена фосфатная группа. Между собой соседние нуклеотиды соединены в цепи фосфодиэфирной связью, образованной 3’-гидроксильной (3’-ОН) и 5’-фосфатной группами (5’-РО3). Это свойство обуславливает наличие полярности в ДНК, т. е. противоположной направленности, а именно 5’- и 3’-концов: 5’-концу одной нити соответствует 3’-конец второй нити.

 

Первичная структура ДНК — это линейная последовательность нуклеотидов ДНК в цепи. Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК записывают в виде буквенной формулы ДНК: например — AGTCATGCCAG, запись ведется с 5’- на 3’-конец цепи ДНК.

 

Вторичная структура ДНК образуется за счет взаимодействий нуклеотидов (в большей степени азотистых оснований) между собой, водородных связей. Классический пример вторичной структуры ДНК — двойная спираль ДНК. Двойная спираль ДНК — самая распространенная в природе форма ДНК, состоящая из двух полинуклеотидных цепей ДНК. Построение каждой новой цепи ДНК осуществляется по принципу комплементарности, т. е. каждому азотистому основанию одной цепи ДНК соответствует строго определенное основание другой цепи: в комплемнтарной паре напротив A стоит T, а напротив G располагается C и т.д.

Синтез ДНК. Репликация

Синтез ДНК.

РепликацияУникальным свойством ДНК является ее способность удваиваться (реплицироваться). В природе репликация ДНК происходит следующим образом: с помощью специальных ферментов (гираз), которые служат катализатором (веществами, ускоряющими реакцию), в клетке происходит расплетение спирали в том ее участке, где должна происходить репликация (удвоение ДНК). Далее водородные связи, которые связывают нити, разрываются и нити расходятся.

 

В построении новой цепи активным «строителем» выступает специальный фермент — ДНК-полимераза. Для удвоения ДНК необходим также стратовый блок или «фундамент», в качестве которого выступает небольшой двухцепочечный фрагмент ДНК. Этот стартовый блок, а точнее - комплементарный участок цепи родительской ДНК — взаимодействует с праймером — одноцепочечным фрагментом из 20—30 нуклеотидов. Происходит репликация или клонирование ДНК одновременно на обеих нитях. Из одной молекулы ДНК образуются две молекулы ДНК, в которых одна нить от материнской молекулы ДНК, а вторая, дочерняя, вновь синтезированная.

Таким образом, процесс репликации ДНК (удваивания) включает в себя три основных этапа:

* Расплетение спирали ДНК и расхождение нитей
* Присоединение праймеров
* Образование новой цепи ДНК дочерней нити

В основе анализа методом ПЦР лежит принцип репликации ДНК — синтеза ДНК, который современным ученым удалось воссоздать искусственно: в лаборатории врачи вызывают удвоение ДНК, но только не всей цепи ДНК, а ее небольшого фрагмента.

Молекула ДНК человека — носитель генетической информации, которая записана в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. В результате описанной выше репликации ДНК происходит передача генов ДНК от поколения к поколению.

Изменение последовательности нуклеотидов в ДНК (мутации) может приводить к генетическим нарушениям в организме.

Летом 2000 года появились сообщения о том, что полностью определена последовательность нуклеотидов всего генома человека. Это важный этап самого крупномасштабного биологического проекта, в котором участвуют тысячи ученых из десятков стран, подошел к важному этапу. Однако предстоит еще большая работа по описанию (аннотации) генома - выявлению всех генов, установлению их функций, характеристики состояний генов (аллелей), выявлению болезнетворных мутаций. Для такого описания необходима на порядок более высокая точность определения последовательности. В настоящее время точность определения последовательности составляет 1 ошибку на 1000 пар нуклеотидов. Необходимая точность - не более 1 ошибки на 10 000 - по расчетам, будет достигнута в 2003 г.

Важным является созданием объёмной модели человеческого генома трудились учёные нескольких университетов США. Их работа позволит лучше изучить функции двойной спирали и то, как она приобретает свою необыкновенно сжатую форму внутри ядра клетки.
Всем известно, что ДНК представляет собой двойную спираль. Но как эта почти двухметровая цепь умещается в ядре, диаметр которого составляет сотые доли миллиметра? Даже учёные в этом разобрались не до конца. Выяснением этого вопроса мы и занялись", — рассказывает Эрез Либерман-Айден (Erez Lieberman-Aiden) из Гарварда и в какой-то мере им это удалось.

Эйфория первых десятилетий по поводу открытия структуры двойной спирали ДНК и расшифровки генетического кода как-то незаметно улетучилась. Оказалось, что генетический код, на который возлагалось так много надежд, дал только одно скромное достижение, объяснив, как синтезируются белки. Но гены, отвечающие за производство белков — это одно, а гены, определяющие пространственно-временную структуру биосистем — это совсем другое. И это другое, главное, вновь ускользнуло от исследователей. В это же время странной отдельной реальностью стали такие феномены генетического аппарата, которые надо было либо принимать и объяснять, либо относить к «паранормальным» и в зависимости от багажа научной совести трактовать как «лженаучные» или пытаться хоть что-то понять.

После открытия структуры ДНК и детального рассмотрения участия этой молекулы в генетических процессах, основная проблема феномена Жизни — механизмов ее воспроизведения — остались в своей сути не раскрытой. Разрыв между микроструктурой генетического кода и макроструктурой биосистем оказался не закрытым, по прежнему не понятно, каким образом в хромосомах кодируется пространственно — временная структура высших биосистем. И даже открытие гомеобоксов ДНК, кардинально влияющих на формообразовательные акты эмбриогенеза, лишь более ярко высветили то, о чем в свое время предупреждал А.Г. Гурвич, считая, что нагрузка на гены слишком высока, и поэтому необходимо ввести понятие биологического поля, «...свойства которого... формально заимствованы... из физических представлений». Таким элементарным полем будет являться «...поле эквивалента хромозомы». И далее: «...хроматин сохраняет свою «активность», т.е. является носителем активного поля, только в неравновесном состоянии». Здесь видно предвидение не только электромагнитного (светового) поля, генерируемого хромосомами, что было корректно доказано много позднее, но и предвосхищено понятие неравновесного состояния хромосом как предшественники идеи лазерной накачки ДНК in vivo, также экспериментально продемонстрированной десятилетия спустя (F.A. Popp, 1989, Bioelectromagnetic information). Одновременно с А.Г. Гурвичем другой наш научный предшественник — А.А. Любищев, понимая бесперспективность видения потенциального организма только в генах, как чисто вещественных структурах, писал: «...гены не являются ни живыми существами, ни кусками хромозомы, ни молекулами автокаталитических ферментов, ни радикалами, ни физической структурой, ни силой, вызываемой материальным носителем; мы должны признать ген, как нематериальную субстанцию,...но потенциальную»; «...взаимоотношение наследственности и хромозом подобно отношению материи и памяти... Гены в генотипе образуют не мозаику, а гармоническое единство, подобное хору...; хромосомы... признаются маневренным построением». «Гены — это оркестр, хор». Здесь мы также видим мощное предвидение грядущего осознания феноменов Живой материи, таких как многомерное понимание генетической памяти, связанные с теорией физического вакуума (Г.И. Шипов, Теория физического вакуума, 1993) и работами по аксионно-кластерно-звуковым и солитонным фантомам ДНК и их дистантной трансляцией. Здесь предвидение эпигенеза с использованием знаковых структур типа нотной записи и подчинением геномов фундаментальным законам красоты (музыкально- свето- акустическая компонента работы хромосомного континуума). Маневренность построений хромосом сейчас видится нами в явлении мобильности диспергированных генов и в результатах работы по нелинейной динамике ДНК. Однако, такую работу было бы трудно делать, если бы в последние двадцать лет академиком В.П. Казначеевым и его школой не была подготовлена соответствующая общетеоретическая и экспериментальная база для развития идей А.Г. Гурвича и А.А. Любищева. Это научное направление сформировалось как результат многолетних фундаментальных исследований по так называемому зеркальному цитопатическому эффекту, выражающемуся в том, что живые клетки, разделенные кварцевым стеклом, обмениваются стратегической регуляторной информацией. После этих работ существование волнового знакового канала между клетками биосистем не вызывает уже никакого сомнения. Ю.В. Дзян Каньджень фактически повторил классические эксперименты школы В.П. Казначеева, но уже на уровне макроорганизмов, используя при этом аппаратуру, считывающую и транслирующую генобиознаковую биополевую информацию от биосистемы — донора к биосистеме — акцептору.

 

П.П, Гаряев дал теоретико-биологическую основу, отображающие тонкие механизмы дистантных волновых информационных контактов такого рода в пространстве — времени биосистемы, а также за ее пределами. Необходимо было также развить указанные эксперименты, их методологию. Были поставлены следующие цели:

1) Показать возможность дуалистической трактовки работы геномов эукариот на уровнях вещества и поля в рамках физико-математических моделей, соединяющих формализм явления солитонобразования в ДНК на примере явления возврата Ферми-Паста-Улама и голографической памяти хромосомного континуума как биокомпьютера.

2) Показать возможность обычных и «аномальных» режимов работы генома эукариот с использованием фантомно-волновых образно-знаковых матриц, а также эндогенной и экзогенной семиотико-лингвистической компоненты.

3) Найти экспериментальные доказательства правильности предлагаемой теории волновых образных и образно-лингвистических матриц генома.

Результатом исследований должно было явиться новое понимание работы генома высших биосистем, синтезирующее идеи материального и волнового уровней его функций, что могло бы дать более развитые мировоззренческие представления о феномене Жизни как космо-планетарном явлении. Необходимо было пойти в направлении создания методологии мягкого регуляторного вхождения в неизвестные ранее семиотико-семантические материально-волновые пласты генома высших биосистем с целью лечения, создания гибридов, продления жизни, формирования организма человека как гармоничной и устойчивой к неблагоприятным факторам структуры. Другая стратегическая цель в создании искусственных ДНК-логических устройств (биокомпьютеров) с использованием волновых (голографических и солитонных) принципов памяти, сравнимой по механизмам и возможностям с генетической. В связи с этим был начат теоретический анализ некоторых трудно интерпретируемых феноменов жизненных форм. К числу таких необычных и непонятных явлений относятся т.н. фантомные эффекты генетического материала, которые экспериментально исследованы нами и которые можно рассматривать как один из видов эпигенетической полевой памяти биосистем на молекулярном уровне. Эта память генома, реализующаяся одновременно как ассоциативно-голографическая и как память последействия ДНК, дает иные версии работы хромосом, дополняющие уже известные механизмы, и переводит проблему биологического морфогенеза в иные гносеологические планы. Эта проблема рассмотрена в теоретико-биологическом и физико-математическом аспектах. Постулировано существование гено-семиотического сектора работы хромосомного континуума, в котором происходит дуалистическое расщепление смысловых рядов ДНК на уровни вещества (реплики РНК и белков, знаковые топологии хромосом) и поля (знаковые акустика и электромагнитные излучения генома). Исходя из этого, кодирующую иерахию хромосомного аппарата эукариот можно представить следующим образом.

ВЕЩЕСТВО: хромосомная ДНК как одномерная кодирующая структура — триплетный генетический код; «речевые» фракталы полинуклеотидных последовательностей, более длинных чем триплеты кодонов и кодирующих на «словесно»-образном уровне. Хромосомная ДНК как многомерная структура знаковых (кодирующих также на образном уровне) топологических форм жидкого кристалла, частным случаем которых выступают голографические решетки полиядерного когерентного континуума генома.

ПОЛЕ: (а также квази-сознание): «идеальные» или «смысловые» (образные) ряды рече-подобных фрактальных полинуклеотидных последовательностей хромосомной ДНК, субъектом генерации и «понимания» которых выступает геном как биокомпьютер; Образные электромагнитные и (или) акустические структуры, «считываемые» с полиядерного голографического континуума генома и задающие пространственно-временные параметры биосистемы.

С этой целью предложены физико-математические модели, формализующие идеи волнового функционирования генома высших биосистем, для описания голографической памяти хромосомного аппарата и процесса солитонообразования в рамках явления возврата Ферми-Паста-Улама. Выводится формальная модель голографического механизма фантомного листового эффекта как реализации неизвестных ранее механизмов эпигенетической памяти генома высших биосистем.

Через функционирование солитонов ДНК, например, бризеров, внутренняя колебательная структура которых является мультиплексной статико-динамической голограммой, отображающей данный пространственно-временной статус развивающегося или регенерирующего организма. Формализм данной версии, развивающей изложенный чисто голографический вариант биоморфогенеза, вытекает из задачи Ферми-Паста-Улама, которая возникла в результате компьютерного исследования динамики колебаний в цепочках нелинейно связанных осцилляторов. Оказалось, что против всякого ожидания энергия первоначального возмущения крайних осцилляторов в таких цепочках не термолизовалась, а, распределившись по высшим гармоникам, затем вновь собиралась в спектр первоначального возмущения. При увеличении числа осцилляторов в цепочке картина возврата энергии неизменно сохранялась. Эта проблема получила название возврат Ферма-Паста-Улама (ФПУ) по именам Э. Ферми, Д. Паста и З. Улама, которые первыми исследовали эту задачу. В дальнейшем возврат ФПУ был экспериментально обнаружен в длинных электрических линиях с нелинейными элементами, в плазме, а также в динамике волн на глубокой воде. Замечательным свойством возврата ФПУ оказалось наличие «памяти» в его спектре к начальным условиям его активных мод. Эта задача может быть рассмотрена в несколько ином аспекте. Для этого несколько меняется модель динамики волн электронной плотности в молекуле ДНК. Рассмотрены оба одиночных полинуклеотида двойной спирали ДНК в виде двух цепочек связанных осцилляторов, имеющих одинаковую частоту w, равную частоте биений между периодическими колебаниями электронной плотности в структуре комплементарных пар нуклеотидов. Такие цепочки осцилляторов могут быть описаны уравнением Клейна-Гордона. Предлагаемая модель указывает на возможность существования вокруг молекулы ДНК в составе хромосом континуума сферических солитонов (бризеров), которые могут интегрально отображать знаковую (кодовую) структуру хромосомного континуума и двигаться за пределы ДНК и клеточных ядер или совершать колебательные движения относительно положения равновесия. Бризерный континуум, смещаясь в жидкокристаллическом пространстве хромосомного континуума групп клеток и тканей, может записывать в своей внутренней колебательной структуре статико-динамические голографические решетки совокупного генетического материала. В свою очередь, такие решетки могут быть считаны экзогенными по отношению к биосистеме и (или) эндогенными акустическими и (или) электромагнитными полями, результатом чего будет формирование волновых фронтов, играющих роль регуляторных, в частности разметочных, полевых структур, необходимых для самоорганизации биосистемы в собственных пространстве-времени. Мы полагаем, что в целом геном многоклеточных биосистем работает как солитонно-голографический компьютер, вырабатывающий систему волновых образных структур, т.е. статико-динамичных моделей биосистемы, которая одновременно и относительно стационарна, и динамична. В плане первичного теоретического анализа предложенной гипотезы нами получены результаты математического моделирования солитонов (бризеров, кинков) на ДНК в рамках модели Инглендера-Салерно-Маслова с развитием ее в отношении типов возбуждений уединенных волн и влияния последовательностей ДНК на модуляции солитонов.

Что такое фантомная память ДНК (фпДНК, фДНК)? После удаления образца ДНК из кюветного отделения спектрометра "Malvern" лазерный луч продолжает рассеиваться на «пустом» месте кюветного отделения примерно так, как это имело бы место, если бы продолжалось зондирование прежнего образца ДНК, но с существенно меньшим сигналом и специфической формой АКФ в виде трапеций с модулированными верхушками. Этот эффект фантома ДНК (фДНК) после однократного часового экспонирования препаратом ДНК продолжается около месяца или более и затем постепенно исчезает или уходит за пределы разрешающей способности аппаратуры, но может быть снова воспроизведен. Аналогичные явления наблюдали и другие исследователи (Allison et al, 1990, Maromolecules, v.23, 1110-1118) и назвали его "MED-effect" (Mimicing Effect of Dust), т.е Эффект, Имитирующий Пыль. Он также обнаружен методом корреляционной лазерной спектроскопии и также на препаратах ДНК, точнее, на рестриктных фрагментах ДНК строго определенной длины. В этих экспериментах, также как и в наших, ДНК вела себя «аномальным» образом: зондирующие фотоны дифрагировали не только на молекулах ДНК но и на «посторонних» пылеподобных частицах, которых в растворе заведомо не было, что специально обеспечивалось перед введением в растворитель препаратов ДНК. Этот никак не прокомментированный эффект сильно затруднил авторам попытки объяснить динамическое поведение ДНК с позиций казалось бы хорошо разработанной теории полимеров в водных растворах. Представляется, что в данном случае светорассеяние происходило не только на реальных фрагментах ДНК, но и на фантомах ДНК, оставляемых броунирующими молекулами этого суперинформационного биополимера. В отличие от наших эксперименов, данные фантомы ДНК регистрировали в водном растворе, в то время как мы зафиксировали этот феномен в воздушной фазе кюветного отделения спектрометра.

Существует и другая ипостась знаковых процессов в генетическом аппарате высших биосистем, связанных с его квази-речевыми характеристиками, а также с генетической атрибутикой словообразований в естественных человеческих языках. Оказывается развитие языков и человеческой речи подчиняется законам формальной генетики. По сути, «тексты» ДНК (квази-речь) и письменность людей, их разговоры (истинная речь) выполняют одни и те управленческие, регуляторные функции, но в разных фрактально разнесенных масштабах. ДНК работает на уровне генома организма, человеческая речь используется в масштабах общественного организма. Этому способствовало успешное применение теории фракталей к последовательностям ДНК и структуре человеческих текстов. Выяснилось, что ДНК и человеческая речь обладают идентичной стратегической фрактальной структурой. Вероятно, это каким-то образом коррелирует с фрактальной структурой солитонного акустического и электромагнитного ФПУ-поля, генерируемого хромосомным аппаратом высших биосистем.

Всего известно 5000 наследственных заболеваний, из них 2000 - тяжелых инвалидизирующих расстройств. Значительные успехи достигнуты в изучении молекулярных причин наследственных заболеваний. Наследственные заболевания связаны с изменением числа хромосом или с мутациями. Большинство таких мутаций на протяжении десятков тысяч лет передаются из поколения в поколение, сохраняясь в популяции. Так, в случае заболевания фенилкетонурии частота появления больных (гомозигот по рецессивному аллелю) составляет 1:15000 рождений, а частота гетерозиготного носительства болезнетворного аллеля - 1:62. Именно поэтому генетический груз в популяции не уменьшается при таких евгенических мерах, как уничтожение больных (как это происходило в античной Спарте) или их стерилизации (как в США, где в первой половине ХХ века более 60 тыс. человек было принудительно подвергнуто этой процедуре).
Для выявления болезнетворных мутаций исследуют семьи, в которых то или иное заболевание встречается в нескольких поколениях. Для почти 500 заболеваний найдены связанные с ними генами и выявлены мутации, приводящие к болезни.
Но иногда болезнетворные мутации возникают заново в клетках зародышевого пути. Например, один из видов карликовости - ахондроплазия - встречается с частотой 1:100 000. В 80% случаев ахондроплазия вызывается вновь возникшей доминантной мутацией (замене гуанина на цитозин), приводящей к замене аминокислоты глицина на аргинин в рецепторе гормона роста. При этом ни у кого из родственников больного нет этого заболевания. Эмбрионы, гомозиготные по данной мутации, погибают.
Другой механизм появления у детей заболевания, которого не было у их родителей - накопление из поколения в поколение повторяющихся фрагментов ДНК внутри некоторых генов. К таким заболеваниям относится синдром ломкой Х-хромосомы. Это заболевание проявляется уже в детстве и сопровождается нарушениями роста, задержкой умственного развития, уходом ребенка от социальных контактов (аутизмом). В одном из генов Х-хромосомы у больных обнаружено увеличенное число повторов тринуклеотида ЦГГ. В норме число повторов не превышает 50, тогда как у больных оно больше 90. Число повторов увеличивается при репликации хромосом.
Большинство вредных мутаций проявляется на ранних этапах развития - в детстве или даже во внутриутробном периоде. Однако некоторые "поломки" генов могут не проявляться до глубокой старости. Ученые нашли гены, мутации в которых связаны с различными формами старческого слабоумия - болезнями Альцгеймера, Паркинсона, Гентингтона. Наиболее часто встречающаяся болезнь Альцгеймера начинается в 60-80 лет с утраты памяти на недавние события и способности выполнять привычные действия (одеваться, причесываться). Постепенно больной перестает узнавать своих близких, забывает даже свое имя и через несколько лет умирает, находясь к этому времени в совершенно беспомощном состоянии. Изучение найденных генов помогает понять причины изменений работы мозга на молекулярном уровне и найти пути лечения этой болезни. Одним из средств профилактики нарушения работы мозга в старости является высокая интеллектуальная активность на протяжении всей жизни человека.

Не только наследственные, но и предрасположенность к инфекционным заболеваниям имеет генетическую основу. Разные люди в разной степени восприимчивы к различным инфекциям.
"Чума" ХХ века - СПИД - пока неизлечимое заболевание. Но некоторые люди (в Европе около 1-2 %) невосприимчивы к вызывающему СПИД вирусу иммунодефицита человека (ВИЧ) из-за мутации в гене хемокинового рецептора. Хемокиновый рецептор расположен на поверхности клеток и служит "посадочной площадкой" для вируса СПИДа. В отсутствии этого белка вирус, попав в организм, не способен проникнуть внутрь клетки и не приводит к заболеванию. Описаны и другие мутации, приводящие к повышенной устойчивости к ВИЧ.
Другой пример - эпидемия "коровьего бешенства" (губчатая болезнь мозга), распространившаяся в Англии в связи с изменением технологии приготовления костной муки, используемой в качестве кормовой добавки для скота (была снижена температура обра

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: