Город Творцов

 

  Любой организм - это реализация программ, зашифрованных в геноме. Гены не просто кодируют белки, они могут взаимодействовать между собой.

В последнее время ученые активно занимаются не только расшифровкой генетических программ, но и написанием (а затем и внедрением в живые клетки) своих собственных.
 
Еще недавно о том, чтобы создавать клетки, выполняющие заложенные человеком программы, можно было только фантазировать, но на наших глазах это становится реальностью. Используя живую клетку как "болванку", ученые могут вкладывать в нее созданные ими алгоритмы (пока довольно простые). В будущем запрограммированные клетки могли бы лечить неполадки в нашем теле, производить нужные нам вещества (лекарства, топливо).

Чтобы "перепрограммировать" клетку недостаточно добавить тот или иной ген ("ген способности вырабатывать биотопливо"), нужно построить систему, в которую входят взаимодействующие друг с другом гены и их продукты - белки. Такие системы называются генными сетями.
 
Гены сплетаются в сеть

Ген - это участок ДНК, кодирующий один белок. Белки в клетке выполняют всю основную работу. В середине прошлого века ученые выяснили, что они также могут влиять на активность генов (под активностью гена понимается скорость синтеза с него белка: чем более он активен, тем больше с него синтезируется белка за единицу времени).

Для того чтобы белки могли управлять генами, в молекуле ДНК присутствуют особые регуляторные участки. Присоединение к ним белков приводит либо к увеличению, либо к уменьшению (вплоть до "выключения") активности некоторого гена. У одного гена может быть несколько регуляторных участков - своего рода рычагов управления, к которым могут присоединяться различные белки.

Зачем же нужно управлять активностью генов? Рассмотрим для начала относительно просто устроенные организмы - одноклеточных. Зачем организмам генные сети?
У всех живых организмов за "переваривание" пищи отвечают особые белки - ферменты. Пусть некоторая группа ферментов служит для переваривания какого-то питательного вещества, например, лактозы - любимого лакомства некоторых бактерий. Время жизни фермента (его ресурс) ограничен, а производство новых белков требует затрат энергии. Поэтому, если в течении длительного времени данного питательного вещества в среде нет, то белки для его переваривания выгодней не производить.

Именно так и поступают бактерии. У них есть один управляющий ген, который включает или выключает гены, кодирующие белки, необходимые для расщепления лактозы. Активность этого управляющего гена зависит от наличия лактозы в среде. Получается, нечто вроде подпрограммы, которая запускается лишь тогда, когда она нужна.

В самом начале своей жизни каждый из нас был всего одной клеткой. Она многократно делилась, и в итоге из ее копий было построено наше тело. Генотипы всех клеток нашего организма одинаковы, ведь молекула ДНК копируется при делении очень точно. Возникает вопрос: почему же тогда сами клетки разные?
 
 

Во время развития эмбриона мухи дрозофилы различные гены
активируются в разных частях тела, благодаря чему они отличаются друг от друга

Объясняется это тем, что только небольшая часть генов внутри клеток находится в активном состоянии. В разных клетках набор "включенных" генов различен, а значит, в них будут синтезироваться разные белки, они будут работать по различным программам, то есть отличаться внутренне и внешне. "Судьба" клеток (какой стать нервной клеткой, а какой - мышечной) решается во время развития зародыша.
 
Генные сети внутри нас

Искусственные часы были изобретены человечеством около 4-х тысяч лет назад. Но природа придумала часовой механизм намного раньше - за миллиарды лет до этого. Даже в примитивных бактериях существуют процессы, ежесуточно отмеряющие время (они называются циркадными).

Есть такие внутренние биологические часы и внутри людей. Они позволяют организму находиться в оптимальном для данного времени суток состоянии и управляют циклом сон-бодрствование.

Основные часы находятся в одной из областей головного мозга - супрахиазматическом ядре. Генные сети, функционирующие в нейронах, меняют их состояние. Нервные клетки передают сигналы дальше, вызывая в нас желание спать ночью и бодрствовать днем, а также подстраивают работу внутренних органов. От сетчатки глаза в супрахиазматическое ядро идет пучок нервных волокон, что позволяет "подводить" часы под режим смены дня и ночи (поэтому мы можем постепенно втягиваться в правильный ритм после дальних перелетов в другие часовые пояса).
В начале XXI века ученые смогли разобраться, как именно работают такие часы. Было найдено более 50 "часовых" генов, на взаимодействии которых и построен этот механизм.
 

Схема основных взаимодействий генов и белков внутренних часов

В этой сети существует две сигнальные цепочки, показанные оранжевыми и голубыми линиями. Они активируются друг другом поочередно, что можно сравнить с колебаниями маятника. Дополнительные элементы нужны для большей стабильности механизма в целом (вопреки случайностям молекулярных взаимодействий) и для "подводки" часов.
У большинства людей весь описанный цикл проходит за 24-25 часов, но при некоторых мутациях он может сильно отклоняться, что приводит к появлению "настоящих", ярко выраженных сов и жаворонков.
 
Расшифровка генных сетей

Выше - лишь несколько функций, выполняемых благодаря взаимодействию генов. На самом деле их гораздо больше. Это наиболее древний (из сохранившихся) метод управления в живых системах. Он отвечает за основные клеточные механизмы (рост, деление, переваривание или запасание питательных веществ). Генные сети можно сравнить с ассемблером - одним из наиболее низкоуровневых языков программирования для компьютеров.

Чтобы расшифровать генную сеть, нужно найти взаимодействующие гены и выяснить характер (торможение или активация) и силу их связи. На основе полученной информации можно строить компьютерные вычислительные модели, которые просчитывают эти взаимодействия. Этим занимаются молекулярные биологи и биоинформатики. У расшифровки генных сетей есть два главных практических применения: медицинское и технологическое.

Ряд заболеваний (особенно "возрастных") происходит из-за разлада механизмов взаимодействия генов. Генные сети активно используют вирусы, когда проникают в клетку хозяина. Для поиска средств борьбы с этими напастями фармакологические компании проводят огромное число опытов с вероятными претендентами на роль эффективного лекарства. Обладая моделью происходящих внутри клетки процессов, подобные опыты можно проводить не на лабораторных животных, а при помощи компьютерного моделирования, что и дешевле и быстрее. Подобные модели позволяют искать как потенциальные мишени для лекарств, так и лекарственные вещества, воздействующие на них. Это обеспечивает интерес (выражающийся в финансировании) медицинских компаний к расшифровке генных сетей.

Другим возможными практическим применением генных сетей является "программирование" живых клеток на выполнение нужных нам функций. Это может быть синтез лекарственных веществ (антибиотики и не только), биотоплива, кормов для животных и не только.
 
Синтетическая биология

В последнее десятилетие зародилась и становится все более популярной синтетическая биология. На протяжении веков биологи изучали организмы, созданные природой в ходе эволюции. Идея синтетической биологии в том, чтобы самим проектировать живые системы с нужными свойствами. Это нужно не только для практических задач, но и для фундаментального познания природы. Ведь единственный способ действительно понять что-то - научиться делать, конструировать.

В синтетической биологии существуют два основных направления. Первое - создание простейших живых систем "с нуля". Второе - внедрение в живую клетку искусственных геномов или их участков. Разница примерно такая же, как между созданием компьютера и написанием для него программы. Первое - еще не удается, а вот второе - вполне.

Первым успехом по внедрению искусственной генной сети стало создание Майклом Еловицом (Michael Elowitz) и Станисласом Лайблером (Stanislas Leibler) "Репрессилятора" (Repressilator), который заставлял бактерий "мигать" наподобие новогодней гирлянды. Схема его простая: три гена, последовательно тормозящие друг друга, и еще один, который вырабатывает светящийся белок.
 
 

Ген GFP вырабатывает светящийся белок, а остальные входят в "часовой механизм"
 

Компьютерное моделирование показывало, что подобная схема должна привести к периодическим колебаниям в активности генов. Это же показали и живые бактерии, которым были внедрены (при помощи плазмид, небольших участков ДНК, которые самостоятельно встраиваются в геном бактерий) нужные гены. Что любопытно, несмотря на то, что генная сеть "Репрессилятора" была для каждой бактерии одинакова, вели они себя немного по разному: активность генов у них менялась с разным периодом, а у некоторых и вовсе не наблюдалось колебаний. Это объясняет, зачем для создания естественных "внутренних часов" (которые работают, к счастью, гораздо надежнее "Репрессилятора") эволюции потребовалось не три гена, а несколько десятков: дополнительные контуры отрицательных и положительных связей повышают надежность системы.

В январе прошлого года в Nature была опубликована статья, в которой авторы (Джефф Хэсти (Jeff Hasty) и его коллеги описали создание и внедрение генной сети, обеспечивающей не только колебание уровня флюоресцентного белка, но и обмен сигналами между отдельными клетками, позволявший выполнять синхронизацию свечения между ними.


Модель взаимодействия трех генов и результат ее работы.


Вначале они разработали вычислительную модель подобной сети и проверили ее работоспособность на компьютере. Затем, при помощи вирусов, они встроили живым бактериям нужные гены, позаимствованные из двух видов других бактерий (наподобие того, как собирался монстр Франкенштейна) и наблюдали за поведением клеток. Бактерии вели себя очень схожим с предсказанным образом, постепенно переходя в синхронный режим колебаний.
 

Создаются уже и применимые на практике разработки. Так биолог Дрю Энди (Drew Endy) из MIT занимается созданием биодетектора скрытых мин. В бактерии внедряется несколько взаимодействующих генов, которые кодируют белки-рецепторы (активизирующиеся тротилом) и сказанные с ними флюоресцентные белки. Затем микроорганизмы распыляются на местности. Там, где есть тротил в почве (а он неизбежно просачивается из мины наружу), бактерии синтезируют флуоресцентный белок, после чего в темное время суток мины можно обнаружить по свечению, которое испускается микробами.
 
Пусть меня научат
 
В России биоинформатикой занимаются в лабораториях Михаила Гельфанда (Институт проблем передачи информации) и Вадима Говоруна (Институт биоорганической химии). Находят там свое место люди различных специальностей: и биологи, и физики, и математики, и программисты.
 
Манолов Александр,
Институт Высшей Нервной Деятельности и Нейрофизиологии РАН,
аспирант / CNews

 

 

Приглашение в Париж

Париж – заветная мечта поэта!

Ночной порой, в лучах дневного света,

Всегда ты жив. Надежды воскрешаешь,

Но любящих тебя то в рай, то в ад ввергаешь!

 

Таинственный Париж, ты всем глазам открыт!

Хоть зимней Сены так печален вид,

Но весело поёт под окнами шарманщик,

Париж, Париж, О, ты – большой обманщик!

 

Безумно весел ты в июльский День Свободы.

Танцуют и поют, забывши про невзгоды

На узких улочках, широких площадях,

На всех мостах парижских, даже там,

Где плиты помнят ножку Эсмеральды в тени под Нотр Дам.

Париж спокоен в свой осенний вечер,

И утомившись, солнце отдыхает,

И словно сказочный светильник все сияет,

Париж благодаря за день вчерашний,

Вся кружевная, Эйфелева башня.

Чтобы Париж познать, в нем нужно затеряться.

Бродить бездумно, возвращаться...

И будут пробуждать воспоминанья

Старинных монументов очертанья.

 

То вас поманит стрелка Сен-Шапели,

То византийский купол Сакрё-Кёр…

Налюбоваться вы едва успели –

И новый открывается простор!

 

В плену воображенья забывайтесь,

Отправьтесь в путь, мечтам своим отдайтесь.

Откройте ту историю, в которой

Любви и смерти неразрывна нить:

Гарцуют возле Лувра мушкетеры,

Готовые гвардейцев посрамить,

Средь башен Нотр Дам под рокот медный

Мелькнет горбун химерою живой…

И снова ножка Эсмеральды бедной

Взлетает над соборной мостовой…

 

А в старом монпарнасском  переулке

Художник гениальный перед вами

С голодными глазами Модильяни,

Как будто вышел на прогулку, но опять

Несет очередной шедевр продать.

 

О  птица нашего воображенья!

Вспорхни из клетки в неизвестный путь!

Его укажет только вдохновенье.

Броди, мечтай, о времени забудь!

 

Не встретишь парижан: все – граждане Вселенной

Из дальних стран, Берлина, Рима, Вены

Съезжаются, чтоб чудный мир познать

И воздухом свободы подышать.

 

Для зрелища в Париже нет законов,

Увидит всяк, что хочет, например,

И саркофаг Наполеона,

И бешеный канкан Фоли-Бержер.

 

Париж! Ты независим и свободен

И никому ты не принадлежишь!

Ты выбираешь сам, и кто тебе угоден,

Тому откроешь все, о сказочный Париж!

 

 

Вы только захотите, в тот же час

Париж в свои объятья примет вас!

 

 

Мундриевская Инна Борисовна

Энергетические привязки

 

Энергетические привязки.
Бывали ли у вас ситуации в жизни, когда расставшись с человеком , вы на протяжении нескольких лет вспоминали его?
Попытка выбросить его из головы и своих мыслей оканчивались одинаково,
вы всё равно думали об этом человеке. Виной всему прочная энергетическая привязка, которая образовалась между вами.
В процессе любого общения, между людьми образуется энергетическая
связь. Общаясь мы создаём энергетические каналы, с помощью которых
происходит взаимообмен энергиями.

Привязка – это тоже канал, но построенный некорректно.
Этот канал построен на зависимости человека от кого то или чего-то
(например зависимость от эгрегора церкви). Нарушается правильное течение
энергии, человек, имеющий привязку, становится энергетически несвободным.

Подробнее...

Вся гениальность – в простоте

 


Вся гениальность – в простоте

Все исходит из АВАЯ (юд-кей-вав-кей) – общей, единственно существующей системы, и все берет свое начало из корня – кончика буквы "юд" (куцо шель юд).

Это Кетер, "сущее из сущего" (еш ми еш). Есть там свет, и есть желание (кли), "нечто из ничего" (еш ми аин), которые распространяются вместе.

Свет воздействует на желание, и оно принимает различные формы, то есть желание наслаждаться все время меняет свои свойства в подобии свету.

Зоар объясняет, как все свойства выходят из света, создавшего желание наслаждаться, "нечто из ничего", и как свет работает над этим желанием.

Это поистине симфония развития - воздействие света на желание, недостаток наполнения, который изменяется под влиянием света, принимая различные формы и свойства, включая в себя свойства света, свои предыдущие формы, влияющие на последующие состояния даже через несколько ступеней.

Зоар объясняет нам, как всего из двух сил – желания отдавать и желания наслаждаться – выходит все многообразие творения. И все это напрямую связано с нами, ведь в нашем мире тоже нет ничего, кроме двух сил – черное и белое, единица и ноль, добро и зло.

Неважно, о каких уровнях мы говорим – все мироздание, все наше впечатление, все наши чувственные образы и картины восприятия реальности – все это состоит из двух сил.

Две эти силы каббалисты сумели очень красиво объяснить в форме букв. Впоследствии, когда мы смотрим на эти формы, они оживают, наполняются духом жизни.

Ты начинаешь распознавать внутри буквы, как эти свойства, Творец и творение, связаны между собой, как они взаимно переплетаются и проникают друг в друга, в каком направлении, каким образом, в чем они сливаются вместе, а в чем еще нет, какие есть ограничения.

У нас нет слов, чтобы выразить эти отношения. Но буква, символ дает тебе модель. И тогда, воспринимая эту модель, ты включаешь в себя всю совокупность чувств, отношений и всего существующего внутри буквы.

А в букве есть все. Она только кажется якобы простой формой, но эта простота включает в себя тысячи предыдущих форм, которые она принимала в своем нисхождении сверху вниз.

В каббале все исходит из насущной необходимости. Из самой природы, устройства человека и его восприятия, каббалисты увидели, что нет иной возможности выразить связь между Творцом и творением, как только с помощью таких символов, букв.