Генетическая память, молекулярные биопроцессоры и их выходное управляющее звено

Калашников Юрий Яковлевич

Аннотация

Генетическая память, молекулярные биопроцессорные аппараты транскрипции и трансляции и их выходное управляющее звено – белки и ферменты являются центральными устройствами, на базе которых построена управляющая система клетки. Белковые макромолекулы, представляющие собой молекулярные биологические автоматы, образуют различные циклические информационные потоки и сети, контролирующие различные химические и молекулярные функции живой клетки (организма). Программирование этих потоков и сетей обеспечивается экспрессией десятков и сотен различных генов, объединенных между собой скоординированными управляющими и регуляторными воздействиями. Поэтому, если учесть, что различные ферментативные системы, порой состоящие из десятков и сотен ферментов (молекулярных автоматов), участвуют в организации множества различных последовательностей идущих друг за другом химических реакций, которые в совокупности составляют клеточный метаболизм, то можно констатировать, что управление химическими процессами и биологическими функциями живой клетки осуществляется молекулярными информационными потоками и сетями “автоматизированного” управления.

Информационный подход проникает во все сферы человеческой деятельности. Не исключением является и наука о живой материи. Это естественно, так как концепция генетического кода предполагает и наличие в любой живой клетке целостной системы передачи и обработки генетической информации. Сравнительно недавно в технических устройствах для программной обработки информации стали применяться микропроцессоры. Известно, что процессор в технической системе осуществляет процессы автоматического выполнения последовательности команд в соответствии с принципами программного управления. На основе микропроцессоров строятся различные устройства, способные перерабатывать любую информацию. Это чудо техники прошлого века, способное к программному управлению, внесло большой вклад в развитие современных информационных систем и технологий, компьютеров, управляющих устройств и т. д. Тем не менее, обратим внимание на то обстоятельство, что первые процессоры, встроенные в клетку, были применены живой природой ещё миллиарды лет тому назад! В первую очередь, – это молекулярные биопроцесcорные системы репликации, транскрипции и трансляции генетической информации. Живая клетка должна постоянно пользоваться той информацией, которая хранится в её генетической памяти. Поэтому каждая клетка имеет все необходимые программные и аппаратные средства для “автоматизированной” переработки генетической информации. Обработанная и загруженная в различные биологические молекулы информация нужна как для взаимодействия биомолекул друг с другом, так и для их функционального поведения. Наука и техника всегда перенимали и копировали опыт великих достижений живой природы. Поэтому в настоящее время более детально и пристально изучаются и исследуются “творческие” пути, причины и механизмы живого состояния. Достаточно сказать, что ведутся разработки по микроминиатюризации различного рода технических средств для переработки информации. Изучаются принципы и методы обработки и использования генетической информации живыми клетками. Делаются попытки построения логико-вычислительных и интеллектуальных систем на принципах, присущих живым организмам. Думается, что особое внимание науке следует уделить и универсальной во всех отношениях молекулярной элементной базе, применяемой в живых системах. Тем более что эту базу уже не нужно разрабатывать, её можно получать в любых количествах, а по своим непревзойденным свойствам и качествам она не имеет себе аналогов и успешно используется живой природой в течение миллиардов лет! [1]. К примеру, плотность компонентов искусственных информационных систем, построенных на этой базе, могла бы возрасти еще на несколько порядков больше, чем она существует в современных полупроводниковых интегральных схемах. Исследователи, по-видимому, ещё не полностью оценили эти удивительные многофункциональные элементы, с их уникальными достоинствами и технологическими возможностями, которые широко используются в живых клетках и организмах. Ясно, что живая природа – это бездонный кладезь новых идей, принципов и механизмов. Она обладает надежно сконструированными и эффективно действующими (различного рода и назначения) молекулярными аппаратными устройствами, автоматами, манипуляторами, биопроцессорными системами и т. д. Поэтому апробированная миллионолетиями молекулярная технология химических, энергетических и информационных процессов должна стать достоянием сегодняшнего дня. Она должна стать стартовой площадкой для новых искусственных молекулярных технологий, которые могли бы применяться в различных областях науки и техники. Это, по всей вероятности, и есть то главное направление, по которому можно добиться наибольшей эффективности и производительности в новых химических, энергетических и информационных технологиях 21 века. Поэтому впредь, прежде чем “изобретать велосипед”, в первую очередь, следует исследовать опыт живой природы и научиться строить на основе уникальной элементной базы высокоэффективные биоподобные искусственные устройства и системы по переработке биоорганического вещества, обработке информации или генерированию химической, электрической или других видов энергии. Для этой цели можно использовать и имеющиеся в живой природе молекулярные устройства, аппараты и системы. Разгаданные с таким великим трудом многочисленные тайны живой формы мат