Блоґ одного кібера

Історія хвороби контуженого інформаційним вибухом

Життя – це машини що збирають машини

with 7 comments

Спочатку хотів розповісти про людину. Але, людина – це складно. Як і загалом будь-який живий організм, будь-то прокаріот чи еукаріот. В кінці статті ви побачите наскільки складно. Багатоклітинні – просто ще один шар абстракції.

Про віруси

Просто – це віруси. Вірус – це код записаний у ДНК і білкова оболонка – капсид. Іноді ще ДНК-полімераза, чи РНК замість ДНК. А ще дехто має поверх капсиду ліпідний суперкапсид. І це все. Одна молекула з кодом, іноді ще одна молекула для запуску механізму реплікації, і трохи більше молекул оболонки.

Щоправда, деякі біологи вважають що віруси – не живі організми. І справді, самі по собі вони ознак життя не подають. Але, коли вірус випадково зустрічається з цитоплазматичною мембраною живої клітини, може виявитись так, що рецептор на мембрані (зроблений з білка) впізнає білок віруса (антиген – білок за яким розпізнається вірус). І вірус приклеюється.

Вірус пташиного грипу пристає до мембрани.

Вірус пташиного грипу пристає до мембрани.
National Institute of General Medical Sciences

Далі є два варіанти. В цікавішому (якщо це бактеріофаг Т2), ще один білок який вступає в реакцію з білком мембрани і скорочується. В результаті чого клітинну мембрану проколює трубочка, через яку в цитоплазму бактерії проникає вірусна ДНК.

Але більшість вірусів не такі складні і в іншому варіанті роботою займається сама мембрана. Вона тупа і не знає що там вірус. Вона “думає”: “О, білки! Ням ням, нямка!” (Хоча нащо їй чужі білки, якщо вона синтезує свої з амінокислот? Може вірус притворяється якимось транспортним білком. От підлий троян!), і починає ендоцитоз (вгинається). Далі капсид відкривається (клітина не читала “Ілліаду”) і чужий код потрапляє в цитоплазму (а часом і в ядро).

Реплікація

Зараз ми говоримо як про клітину, так і про вірус – процеси аналогічні. Якщо клітина заражена – вона працюватиме на вірус, інакше на себе.

Далі за справу береться РНК-полімераза. Це всього лиш молекула, яка виконує транскрипцію – генерує мРНК (матричну РНК) за кодом ДНК.

Також треба зробити копію ДНК, цим займається клітина, в процесі, що називається реплікацією. Він трохи складніший ніж все що я розказував раніше, тому просто вставлю відео:

Ретровіруси містять готову РНК, але щоб зробити її копію, треба синтезувати ДНК за допомогою зворотньої транскриптази (вони її з собою в капсиді носять), після чого зробити реплікацію ДНК і трансляцію копій назад в РНК. Для чого їм так морочитись і чому вони не носять ДНК, як нормальні істоти – невідомо. Найпопулярніший у наш час вид ретровірусів – вірус імунодефіциту. Багато різних варіантів інігібіторів зворотньої транскриптази розглядаються як варіанти противірусних препаратів. Зворотня транскриптаза в людському організмі ніби не потрібна, тому такі препарати, в ідеалі, не мали б мати побічних ефектів. Але, видно, впливають не тільки на зворотню транскриптазу, бо мають.

Трансляція

В відео, яке я дав вище, за одно пояснюють й те як синтезуються білки.

Найцікавіше, що рибосомам все одно за яким кодом складати білки. КОД УНІВЕРСАЛЬНИЙ!

Останнє можливо варто пояснити детальніше, бо це дуже цікаво. Код записується на спіралі ДНК за допомогою чотирьох різних азотистих основ: аденіну, тиміну, цитозину, гуаніну. Таким чином один біт в цій машині має чотири значення.

Біти групуються в байти. Нуклеотиди групуються в кодони. Один кодон містить три нуклеотиди. Таким чином, один кодон може приймати 4^3 = 64 значення. 61 з цих значень використовуються для вибору однієї з 20 амінокислот, які входять до складу білків. Є ще інші амінокислоти, але вони не записуються в коді і використовуються в організмі з іншими цілями. Що найцікавіше – переважна більшість живих істот використовує однакову відповідність між кодонами та амінокислотами, яку називають стандартним кодом. Деякі організми і мітохондрії (органели що мають свою ДНК) використовують нестандартний код.

Решта троє кодонів стандартного коду називаються стоп-кодонами, і сигналізують про кінець транскрипції.

Стандартний код записаний в транспортній РНК (оті трикутнички на відео). Одна молекула тРНК може приєднати до себе лише певну амінокислоту. Крім цього ця молекула має поверхню яка називається антикодоном. Ми знаємо, що азотисті основи мають обрану для себе пару. Аденін тусується тільки з Тиміном, а Гуанін з Цитозином. Таким чином якщо ми хочемо записати що GGG кодує гліцин, нам треба створити молекулу тРНК, яка приєднує гліцин, і містить антикодон CCC. Схематично все виглядає так:

Peptide syn

Крім того, в ДНК є ще цікаві речі. Наприклад транскрипція не завжди починається з кінця. Іноді шукають маркер початку певного гену. Іноді деякі області треба пропускати (вони називаються інтронами і містять сміття) (ДНК потрібно дефрагментувати!). Процес дефрагментації називається сплайсингом і відбувається вже в мРНК. Є ще версія, за якою інтрони містять не сміття, а старий закоментований код.

Але найцікавіше те що тРНК теж треба синтезувати, і для цього теж повинен бути код. Тобто таблиця трансляції напевне записана десь в ДНК! Але як це відбувається я ще не з’ясував. Можливо це поки що ніхто і не досліджував.

Решта процесів

Таким чином клітина – це купка хімічних реакцій. Одні молекули взаємодіють з іншими і утворюють треті. Всі процеси важко описати. І ще важче запам’ятати. Тоді може використати те, що людина образну інформацію сприймає краще і намалювати схему? Але, не я перший до цього додумався і схему відомих взаємодій в клітині вже намалювали. Ось, помилуйтесь:

Ось вам UML, напишіть код. :)

Вершини – молекули, ребра – реакції. Клікабельно.
Автор: Keiichiro Ono

І вже неозброєним оком видно проблему погано спроектованої системи: сильну зв’язність. А вона в свою чергу створює проблему неортогональності. Якщо в клітині (чи в людині) щось негарадз, і ми хочемо ввести певну сполуку щоб повпливати на певні реакції, це означає що ми повпливаємо також на інші реакції, а ті на ще інші і так далі.

Та все ж, ми люди, ми вперті, колись ми розплутаємо це все на різні рівні абстракцій, і побудуємо теорію всього.

Маленька частина схеми.

Маленька частина схеми.

Для чого нам добудовувати цю схему?

知己知彼,百戰不殆。

Якщо ти знаєш як себе так і свого ворога, ти можеш перемогти у численних битвах без небезпеки поразки.

Сунь Цзи.

Людина має мільйони ворогів, які адаптуються до отрут швидше ніж людина встигає ці отрути винаходити. При цьому код цих ворогів коротший за цю публікацію. Наприклад найкоротший ДНК-вірус, HBV записується всього лише на 3020–3320 нуклеотидах. (Там напевне нема навіть місця щоб записати стандартний код для тРНК, але йому й не треба, він використовує людський).

При чому вони еволюціонують з такою швидкістю, що вчені іноді не знають як визначити до якого біологічного виду віднести мікроорганізм. У організмів, що опанували статеве розмноження все ясно: якщо вони разом можуть дати життєздатне потомство – вони одного виду. Для мікроорганізмів ввели таке визначення: “Вид – це сукупність мікроорганізмів, що мають близькі генотипи (ступінь гомології ДНК > 60%, близький сумарний вміст пар Г+Ц).”

Ліричний відступ. “Медична мікробіологія, вірусологія та імунологія” за ред. В.П. Широбокова – шикарна книжка. Я б її поставив на одну полицю з “Історією західної філософії” за рівнем та тривалістю задоволення від читання. Але, іноді складається враження, що я перед нею мав би вивчити ще генетику і біохімію. Хоча, яка там біохімія, якщо в мене з хімії трійка. 😦 Зокрема, що таке гомологія ДНК > 60%?

А ця швидка еволюція створює проблему того, що лікарства теж треба швидко створювати. Наприклад, туберкульоз вбиває людей мільйонами і вперто виробляє стійкість до кожного нового антибіотика. Тестування і виведення одного медпрепарату на ринок – в середньому $900 000 000.NYT Щоб зробити цю війну дешевшою, треба вдосконалювати як технології так і економіку.

Наука і відкритий код

Cytoscape – LGPL програма що допомагає в візуалізації зв’язків в клітинах. Найцікавіше, що розробка фінансується грантами з федерального бюджету США. І на сайті вони пишуть: “Будь-ласка, підтримуйте наш проект, якщо використовуєте нашу програму при підготовці своїх публікацій, будь-ласка, процитуйте одну з наступних наших публікацій, може нам ще один грант тоді дадуть?”. Це приємно, коли не треба платити по 30$ за одну статтю, аби її лише прочитати, і при цьому гроші все одно не йтимуть автору статті.

Але фінансування науки, дорогі ліки, сволочні наукові журнали, відкритий доступ і пірати від науки – це історія про зовсім іншу війну. І Аарон Шварц – не останній з тих хто стоять на стороні добра. Ось відео, що непогано пояснює суть останнього абзацу. І вітаю вас, ви дочитали!

Advertisements

Written by bunyk

Лютий 15, 2013 at 03:03

Оприлюднено в Конспекти

Tagged with

Відповідей: 7

Subscribe to comments with RSS.

  1. Дочитала 🙂
    Загалом дякую за відкриті мені тематики в котрих я є мало обізнаною, завжди цікаво дізнатись щось нове.
    Особливо сподобалось прирівнювання до технологічної сфери. Оскільки вже в цій сфері тямлю чуть-чуть більше це стало в помочі до розуміння закладеного змісту.
    Колись одна дуже розумна людина, що досконало знає анатомію і функціонування людського організму сказала мені, що людина – то машина, з ідеальним механізмом, де кожен процес має своє значення і як тільки в організмі трапляється неполадка – механізм тут же про це повідомляє характерним чином. Я з таким твердженням цілком згідна. Халепа лиш в тому, що ми більше дбаємо за нашу побутову техніку і більше реагуємо на неполадки автомобіля, аніж власного тіла.

    vrubli

    Лютий 15, 2013 at 17:19

    • Ну, наше тіло повинно реагувати на поладки автоматично і зазвичай це робить. Це система з мільйонами негативних зворотніх зв’язків, які тільки тим займаються що кожної миті повертають тіло до гомеостазу який порушує все навколо, навіть світло.

      Але, людське тіло було створено не для того щоб їсти снікерси запиваючи їх пепсі і просиджувати штани в офісах… Людина змінює світ швидше ніж змінюється сама і це створює їй проблеми. Мікроби таких проблем не мають бо еволюціонують швидше ніж друкуються книжки з мікробіології 🙂 . А я поки що не бачу інших способів розв’язати оці людські проблеми окрім кращої вікіпедії, краще організованих досліджень і кращої біотехнології.

      bunyk

      Лютий 16, 2013 at 11:02

  2. Стаття хороша, висновок здивував.
    Віруси на нашій планеті значно важливіші за людей. Якщо б вимерли всі люди (або навіть усі ссавці), то нічого особливо не змінилося би. Якби не стало або ж не було вірусів, то хто зна як би відбувалася еволюція всього живого і чи взагалі відбувалася би взагалі. Те, що вони роблять, і їх спосіб існування має велике значення.
    Ви написали про те, що нам слід вивчати віруси щоб знати ворога в лице і вміти з ним ефективно боротися. Я ж думаю що їх вивчення допоможе людству краще зрозуміти сенс життя загалом і своє місце в ньому.

    Vlad_Darkel'

    Лютий 19, 2013 at 23:13

    • Ви ще моїй імунній системі скажіть що віруси допоможуть їй краще зрозуміти сенс життя, нехай вона з ними там поніжніше. Я взагалі не проти щоб вони допомагали комусь в горизонтальному переносі генів і т.п., як і їх використання в генній інженерії. Ну і не проти застосування бактеріофагів. Але нехай код в моїх клітинах не чіпають, він мені подобається. Навколо ж ходить стільки інших ссавців. 🙂

      І що там за надважлива роль у вірусів? Може те що я читав я десь пропустив? Я лише в курсі що життя не можливе без прокаріот, бо без них неможливо організувати азотний цикл. І точно знаю що життя вірусів неможливе без клітинних організмів. Але щоб навпаки – сумніваюсь.

      bunyk

      Лютий 20, 2013 at 10:35

      • Віруси зіграли важливу роль в еволюції всього живого завдяки тому ж перенесенню генів. Саме цю їх роль я і мав на увазі.

        Vlad_Darkel'

        Лютий 22, 2013 at 21:18

  3. Ще можна до цієї тематики включити РНК-вмісні віруси!

    Христина

    Березень 7, 2013 at 20:59

    • Та я щось там згадував про ретровіруси, хоча тепер думаю: “А чому лише про них?” 🙂

      bunyk

      Березень 7, 2013 at 22:28


Залишити відповідь

Заповніть поля нижче або авторизуйтесь клікнувши по іконці

Лого WordPress.com

Ви коментуєте, використовуючи свій обліковий запис WordPress.com. Log Out / Змінити )

Twitter picture

Ви коментуєте, використовуючи свій обліковий запис Twitter. Log Out / Змінити )

Facebook photo

Ви коментуєте, використовуючи свій обліковий запис Facebook. Log Out / Змінити )

Google+ photo

Ви коментуєте, використовуючи свій обліковий запис Google+. Log Out / Змінити )

З’єднання з %s

%d блогерам подобається це: