Юный техник, 2010 № 03

В геноме микроба, как он ни мал, содержится примерно 2,5 млн. единиц информации — столько же, сколько содержится во всех четырех томах «Войны и мира» Льва Николаевича Толстого. В геноме каждого человека уже 6 млрд. единиц — 3 млрд. получены от мамы, еще три — от папы. Такое количество информации содержит вся библиотека Льва Толстого в Ясной Поляне.

Понятное дело, чтобы прочесть эту «библиотеку», обычному человеку понадобятся многие годы. Компьютер позволяет произвести расшифровку генома намного быстрее.

Для исследований ученые под руководством академика К.Г. Скрябина выбрали геном мужчины, поскольку в отличие от женского в нем имеется набор хромосом XY, в то время как женщины обладают набором XX. Стало быть, можно получить несколько больший объем информации.

Если на расшифровку первого генома ушло около 10 лет и 3 млрд. долларов, то сейчас такая расшифровка занимает порядка 100 дней и стоит 2 млн. долларов. В дальнейшем цена расшифровки упадет до 1000 долларов и будет занимать не более одного рабочего дня. Генетический анализ еще долго будет стоить дороже биохимического анализа крови, но позволит получить о человеке значительно больше информации. Зачем это нужно?

«Война и мир» это далеко не одно и то же, что «Война и мор». Изменение всего одной буквы в названии меняет смысл всего произведения. Так и изменение той или иной «буквы» в генетическом коде значительно меняет смысл генетической информации, и задача генетической медицины в чем-то похожа на работу учителя русского языка, правящего ошибки в диктантах своих учеников.

Только работа эта будет уже оцениваться не отметкой в тетрадке или в дневнике, а здоровьем или даже жизнью человека. Медицина получит возможность выращивать из отдельных клеток новые органы для данного человека взамен утраченных, не заботясь больше о преодолении иммунологических барьеров. Ведь выращенный орган будет столько же родным данному человеку, поскольку он выращен из его же клеток.

Можно будет предсказать течение жизни данного человека на много лет вперед и излечить его от врожденной болезни раньше, чем она начнется. Более того, можно будет совершенствовать человека примерно так же, как ныне мы совершенствуем те же компьютеры.

Владимир БЕЛОВ

ЕЩЕ ОДИН СУПЕРКОМПЬЮТЕР

Ученые МГУ планируют ускорить расшифровку генома конкретного человека с помощью нового суперкомпьютера, который станет самой мощной вычислительной системой в СНГ. Об этом сообщил ректор МГУ академик В.А. Садовничий.

Новый суперкомпьютер, получивший название «Ломоносов», заработает на полную мощность уже к весне 2010 года, сообщил ректор. Он сможет производить 500 терафлоп операций в секунду. То есть, говоря иначе, его мощность почти в 10 раз выше, чем у ныне работающего в МГУ суперкомпьютера «Чебышев».

ПРЕМИИ

Рентген «молекулярных машин»

Рибосомы, напомним, это крошечные частицы — органеллы, которые в клетках живых организмов выполняют важнейшую операцию — синтезируют белки из плавающих в клеточной жидкости аминокислот. А без белков, как известно, немыслим ни один процесс, происходящий в живом организме. Причем синтез каждой разновидности белка происходит по определенной, заранее заданной схеме.

Этот процесс называется трансляцией и происходит следующим образом. Через специальный канал в рибосоме протягивается линейная молекула малой рибонуклеиновой кислоты, или мРНК, с которой рибосома считывает информацию о составе будущего белка. А сама мРНК получает информацию с «главной» наследственной молекулы ДНК, где та закодирована генами.

В общем, именно рибосома превращает генетическую информацию, закодированную в ДНК, в конкретный набор свойств данного организма — определяет, скажем, будет ли человек правшой или левшой…

Рибосомы были замечены и описаны учеными в начале 50-х годов XX века. Их функцию в организме впервые определили Клод, Паладе и Де Дюв, которые в 1974 году получили за это Нобелевскую премию. Очень близки к открытию этих важнейших органелл, объяснению их функций были и наши отечественные ученые, однако в те времена все исследования в молекулярной генетике в нашей стране были остановлены. И лишь позднее наши соотечественники — прежде всего академики Андрей Белозерский и Александр Спирин — сумели внести свой вклад в решение проблемы.

В. Рамакришнан.

А. Йонат.

Т. Стамц.

А она состояла вот в чем. В 1964 году Джеймс Уотсон — тот самый, кто вместе с Френсисом Криком получил Нобелевскую премию за открытие спиральной структуры ДНК — сказал как-то по поводу рибосомы: «К несчастью, мы не сможем точно описать на химическом уровне, как действует эта молекула, пока мы не узнаем ее структуру».

Лишь спустя почти 40 лет после его высказывания, в 2001 году, структура рибосомы была наконец разгадана. Сделали это общими усилиями исследователи нескольких стран, в том числе и российские, прежде всего благодаря использованию рентгеноструктурного анализа.

Все вы имеете какое-то представление о медицинском рентгене — процедуре, с помощью которой врачи просвечивают наш организм и узнают, как работают внутренние органы, нет ли где переломов костей. А теперь попробуйте представить, что рентген нужно сделать не всему организму или каким-то его органам, но всего лишь отдельным частям клетки, которую даже не во всякий микроскоп можно рассмотреть. Какая же аппаратура нужна для этого?

Дело усложняется еще и тем, что рентгеновское излучение невозможно, словно световые лучи, фокусировать, поворачивать и т. д. с помощью обычных стеклянных линз и призм. Поэтому для управления ходом рентгеновских лучей используют их дифракцию, преломление на особых кристаллах.

Впервые такую возможность еще в 1912 году показал в своих экспериментах коллектив немецких физиков под руководством професора М. Лауэ. Годом позднее английский физик У. Брэгг и его коллега Г.Вульф выяснили, что дифракцию можно в данном случае рассматривать как отражение рентгеновского луча от одной из граней кристалла. А стало быть, поворачивая кристалл, делая его многогранным, можно в определенной степени управлять и ходом рентгеновского луча.

Однако все это легко сказать и очень трудно сделать. Ведь работать приходится, по существу, вслепую, поскольку рентгеновские лучи невидимы: даже еще при этом ухитряться вести «снайперскую стрельбу» по столь крошечным целям, какими являются рибосомы клетки!..

Пришлось конструировать особые рентгеновские аппараты, дифрактометры и гониометры, учиться выращивать моно- и поликристаллы с заранее заданными свойствами, отрабатывать методы их поворота и перемещения во время исследований… Наконец, надо было научиться и понимать, что именно изображено на полученных рентгенограммах; ведь «читать» даже обычные медицинские рентгеновские снимки умеют далеко не все специалисты…

Вот и получилось, что на все про все ушло около 100 лет. Лишь в начале нынешнего, XXI века удалось начать наконец планомерное изучение рибосом.