Статья о секвентировании ДНК:
Здравствуйте!
Прошу уважаемых: Данилу, Игоря Артюхова, и других (разбирающихся в
данном вопросе) прокомментировать эту статью.
1. Введение.
Я полагаю, что нашел достаточно простой и изящный способ клонирования человека,
а также способ неограниченно долгого
продления его жизни. Разумеется, я не сошел с ума и понимаю, что, во-первых,
я могу ошибаться, а во-вторых, даже если
я прав, реализация предложенных мной способов займет долгие десятилетия. Но моя
гипотеза в любом случае имеет право на
то, чтобы с ней ознакомилось как можно большее множество людей. В конце-концов,
не ошибается только тот, кто ничего не
делает.
Статья построена так, чтобы она могла быть понятна даже людям без специального
математического и биологического
образования. С другой стороны, она предельно формализована.
2. ДНК - наше все.
Я поставил перед собой задачу выяснить, на каком носителе расположена вся информация
о клетке. Методом исключения я
пришел к тому, что она расположена в первичной структуре двухцепочечной ДНК (первичная
структура ДНК -
последовательность ее азотистых оснований - аденина, гуанина, цитозина и тимина).
Постулат - носитель информации о клетке должен быть способен одновременно к саморепарации
(способности себя
ремонтировать) и саморепликации (способности себя воспроизводить).
2.1 Небольшое отступление.
Приведенная ниже информация, скорее всего, не представляет особого интереса для
широкой публики. Желающие могут ее
просто пропустить, лишь отметив основную идею: двухцепочечная ДНК - самый устойчивый
носитель информации, который
смогла изобрести природа.
Здесь не делается никаких открытий. Эти факты хорошо известны.
Мы не будем говорить об углеводах, жирах и т.д., поскольку они одинаковы для
всех живых существ, следовательно не
могут являться носителями специфической для данной особи (тем более, для данной
личности) информации.
Белки неспособны к саморепликации. Это хорошо известный факт, поэтому нет смысла
останавливаться на нем подробно.
Неспособность белков к саморепликации означает, что информация, заложенная в
их структуре недолговечна и умирает
вместе с белками.
Остановимся немного подробнее на РНК.
Одноцепочечная РНК.
Есть такое явление "апуринизация и апиримидизация" - потеря нуклеиновой кислотой
(в нашем случае - РНК) азотистых
оснований. Гуанины, аденины, цитозины и урацилы "отрываются" от РНК и теряются.
Это происходит в результате обычного
броуновского движения. В одноцепочесной РНК такие потери необратимы, нет способа
восстановить потерянные основания.
Вывод - одноцепочечная РНК неспособна к саморепарации (ремонту повреждений).
Двухцепочечная РНК.
Кроме апуринизации и апиримидизации существует и спонтанное дезаминирование.
Грубо говоря, от азотистого основания
(аденина, гуанина и цитозина) "отщепляется" NH2. Урацил не может дезаминироваться,
поскольку у него нет NH2.
В результате дезаминирования аденина, гуанина и цитозина получаются их "огрызки",
соответственно, гипоксантин,
ксантин и урацил.
Принципиальный момент - "огрызок" цитозина (урацил) - типичное для РНК основание.
Если взять в РНК урацил, невозможно
определить, это "нормальный" урацил или дезаминированый цитозин. Следовательно,
репарация (ремонт) таких повреждений в
РНК невозможна. Ниже будет показано, как изящно эта проблема решается в двухцепочечной
ДНК.
Кроме того, у РНК углеводная компонета - рибоза, в отличии от дезоксорибозы в
ДНК. Дополнительная OH в углеводной
компоненте делает двойную спираль РНК (A-форма) менее компактной по сравнению
с двойной спиралью ДНК (B-форма), что
также снижает ее помехоустойчивость.
Одноцепочечная ДНК - ее неустойчивость рассматривается по аналогии с неустойчивостью
одноцепочечной РНК.
Двухцепочечная ДНК идеальный носитель. Она совмещает все все преимущества, которые
только возможны.
а. Максимально компактная двойная спираль, нет внутренней пустоты.
б. Возможность исправления апуринизации и апиримидизации. Потерянные
азотистые основания репарируются (ремонтируются) за счет комплементарности с
неповрежденной цепью.
в. Устойчивость к дезаминированию. Опять же, в результате дезаминирования аденина,
гуанина и цитозина получаются их
"огрызки", соответственно, гипоксантин, ксантин и урацил. Тимин не может дезаминироваться,
поскольку (как и у урацила)
у него нет NH2.
Поскольку гипоксантин, ксантин и урацил нетипичны для ДНК, они "вырезаются",
а брешь достраивается по принципу
комплементарности с неповрежденной цепью.
Есть такое явление - метилирование ДНК. Грубо говоря, к обычному цитозину прикрепляется
CH3, превращая его в
5-метилцитозин (5-MeС). Метилирование происходит, если в цитозин находится перед
гуанином, т.е. 5'-CpG-3' ->
5'-5МеСpG-3'.
Прометилированность способна реплицироваться:
Родительсая цепь ДНК.
5'-5МеСpG-3'
3'-Gp5MeC-5'
Дочерние цепи ДНК.
5'-5МеСpG-3'
3'-Gp5MeC-5'
5'-5МеСpG-3'
3'-Gp5MeC-5'
Но не способна репарироваться:
Потеря CH3 превращает 5-метилцитозин в обычный цитозин, а потеря NH2 - в обычный
тимин. Поскольку как цитозин, так и
тимин типичны для ДНК, их удаления не происходит и ошибка остается неисправленной.
2.2 Кроме ДНК в клетке ничего нет.
Странно, почему никто не обращает внимания на такую простую вещь (только непрометилированная
двухцепочечная ДНК
способна и саморепарироваться и самореплицироваться). Отсюда следует поразительный
вывод: на самом деле, с точки
зрения информационного наполнения, в клетке нет ничего, кроме ДНК, с ее первичной
структурой. Зная первичную структуру
всех молекул ДНК клетки (ядерных и митохондриальных), все остальное (прометилированность,
РНК, белки (включая их
1-ную, 2-ную, 3-ную и 4-ную структуры), способ взаимодействия между собой ДНК,
РНК и белков) можно достроить.
Другой вопрос, у нас пока нет таких технологий. Но еще раз повторю свою основную
мысль: если целиком расшифровать
(просеквенировать) все молекулы ДНК клетки (включая и интроны, все подряд), клетку
в принципе можно воспроизвести.
2.3 Следствия из того, что в клетке кроме ДНК, ничего нет.
Определение 1: геном клетки - совокупность всех двухцепочечных молекул ДНК клетки.
С учетом:
1.1. Распределенности по органоидам клетки (ядру и митохондриям).
1.2. Формы (кольцевые и линейные).
1.3. Для кольцевых молекул ДНК - отношения "продетости".
1.4. Их первичной структуры.
Без учета прометилированности.
Следствие 1: Все без исключения свойства клетки определяются ее геномом.
Следствие 2: Изменение морфогенетического статуса клетки неизбежно должно фиксироваться
на уровне ее генома.
Определение 2: две клетки назовем геномно тождественными, если они
1. ядерно тождественны
определение: две клетки назовем ядерно тождественными, если
1.1 у них одинаковое количество ядерных молекул ДНК
и 1.2 существует такой способ упорядочивания множества молекул ДНК в ядре
каждой клетки, что для любой i-й
молекулы ДНК ядра одной клетки, соответствующая i-я молекула ДНК ядра другой,
тождественна ей по первичной структуре;
и 2. митохондриально тождественны;
определение: две клетки назовем митохондриально тождественными, если
2.1 у них одинаковое число митохондрий
и 2.2 существует такой способ упорядочивания множества митохондрий в каждой
клетке, что для любой i-й
митохондрии одной клетки, соответствующая i-я митохондрия другой, ей тождественна;
определение: две митохондрии назовем тождественными, если
2.2.1 они тождественны по линейным молекулам ДНК
определение: две митохондрии тождественны по линейным молекулам ДНК, если
2.2.1.1 у них одинаковое количество линейных молекул ДНК
и 2.2.1.2 существует такой способ упорядочивания множества линейных молекул
ДНК в каждой митохондрии, что для
любой i-й линейной молекулы ДНК одной митохондрии, соответствующая i-я линейная
молекула ДНК в другой митохондрии,
тождественна ей по первичной структуре;
и 2.2.2 они тождественны по кольцевым молекулам ДНК (молекула ДНК может
быть либо линейной, либо кольцевой -
других вариантов нет);
определение: две митохондрии тождественны по кольцевым молекулам ДНК, если
2.2.2.1 у них одинаковое количество кольцевых молекул ДНК
и 2.2.2.2 существует такой способ упорядочивания множества кольцевых молекул
ДНК в каждой митохондрии, что для
любой i-й кольцевой молекулы ДНК одной митохондрии, соответствующая i-я кольцевая
молекула ДНК в другой митохондрии,
тождественна ей по первичной структуре,
и 2.2.2.3 выполняется условие тождественности матриц топологической связанности
кольцевых молекул ДНК;
рассмотрим две митохондрии, удовлетворяющие условиям 2.2.2.1 и 2.2.2.2.
Упорядочим каким-нибудь одинаковым
способом множества их кольцевых молекул ДНК. Рассмотрим множество всевозможных
пар (i, j) кольцевых молекул ДНК одной
митохондрии и соостветствующее ему множество пар (i, j) кольцевых молекул ДНК
в другой;
тогда, условие тождественности матриц топологической связанности кольцевых
молекул ДНК выполняется, если для
любой пары (i, j) одной митохондрии и соответствующей ей пары (i, j) другой,
отношение "продетости" одинаково (см.
катенаны митохондрий) (две кольцевые молекулы ДНК могут быть либо "продетыми",
либо нет - других вариантов нет).
Определение 3: Зигота организма - оплодотворенная яйцеклетка, из которой он произошел.
Определение 4: Клон организма А - организм B, произошедший из клетки, геномно
тождественной зиготе организма A.
Следствие 3: Монозиготные (однояйцевые) близнецы - не клоны.
Следствие 4: Овца Долли - не клон.
Следствие 5: Все клетки взрослого организма не геномно тождественны его зиготе,
поскольку они дифференцированы (даже
стволовые).
Следствие 6: Из одной отдельно взятой клетки в принципе нельзя получить клон.
Следствие 7: Единственный способ клонирования - секвенирование геномов клеток
взрослого организма, их сравнительный
математический анализ, с последующей реставрацией генома зиготы. Другими словами,
надо реставрировать геном зиготы по
ее несовершенным копиям в клетках потомках.
Определение 5: Геном личности - совокупность геномов всех клеток организма (включая
нейроны головного мозга). Геном
личности однозначно определяет личность человека.
Например, в геноме каждого нейрона зафиксирована информация о том, с какими соседями
он связан. Совокупность геномов
всех нейронов полностью определяет нейросеть головного мозга (с памятью, сознанием
и личным опытом).
Важное замечание: геном личности (не путать с геномом зиготы) формируется в процессе
воспитания человека. Прослушивая
музыку, изучая иностранные языки и т. д., мы меняем геномы нейронов своего головного
мозга. Измененный геном каждого
нейрона фиксирует дополнительные связи с соседними нейронами, появляющиеся в
процессе развития личности. Это и есть
обучение.
В организме человека нет ни одной пары геномно тождественных клеток!
Если будет найден способ просеквенировать геном личности, это будет означать
перевод ее в электронную форму.
Примечание: геномная тождественность зигот (для клонов) не означает геномной
тождественности их личностей.
Если мы хотим сделать бессмертной только оболочку, достаточно представить в электронной
форме геном зиготы человека,
если и личность - необходимо секвенировать геном личности (геномы всех клеток
организма).
3. Заключение.
Разумеется, представленная здесь информация не имеет никакого практического значения.
Современные технологии не
позволяют просеквенировать даже геном одной клетки, не то, что геном личности.
Но, надеюсь, она даст повод для
размышления.
Hello, Igor!
You wrote to "rest.interesting.bessmertie (1957759)" <artyuh***@b*****.ru> on
Thu, 19 Feb 2004 17:50:09 +0300:
Дальнейший текст даёт основания считать, что его автор
с одной стороны, имеет хорошее представление о _химии_
биологических макромолекул, с другой - совершенно не в
курсе современных представлений о _биологии_ процессов
в клетке, биоинформатики, функциональной геномики.
Несколько примеров:
Сейчас совершенно определённо известно, что это не так.
"Рабочая" информация о текущем состоянии клетки, о её
типе (клетка должна же это о себе знать!) имеет эпигеномный
характер. Доказано, что эпигеномная информация наследуется
в процессе клеточного деления и её передача имеет большое
значение.
Именно эпигеномная информация определяет, какие именно
из генов клетки в настоящий момент активны (обычно около
5%), а какие - нет.
ДНК является основным носителем именно _долгосрочной_
информации, передаваемой от поколения к поколению. Однако,
даже в этом случае не единственным. Так, у инфузорий
Paramecium aurelia наследование типов спаривания носит именно
эпигеномный характер. Можно сказать, что ДНК - носитель
информации о _виде_, а не об индивидууме.
Для хранения _текущей_ информации о состоянии клетки
репарация, вообще говоря, не обязательна - тем более, в
случае избыточности, которая характерна именно для
эпигеномной информации.
Соглашаемся и пропускаем.
[Sorry, skipped]
А вот это сказано ну оочень сильно ...
Не следует.
Надо ещё знать, как минимум, какие гены в данной клетке
активны, а какие - нет. Есть ещё всякие тонкости с микро-
РНК, но в эти детали вдаваться сейчас не будем.
Как клетку организма данного вида - но не зная ни её
типа, ни состояния.
Не уверен, что автор вправе давать _свои_ определения
устоявшимся терминам - таким, как "клон".
В _общепринятом_ смысле - клон.
[Sorry, skipped]
Точно известно, что значительная часть информации в
головном мозгу (и, следовательно, часть личности) имеет
характер состояния нейронов, конфигурации нейронных
сетей, состояния синапсов и т. д - т. е., не хранится в ДНК.
Никаких фактов, позволяющих это утверждать не известно.
Возможно, _экспрессия_ тех или иных генов и меняется -
но сам геном (насколько это сейчас известно, конечно)
остаётся неизменным. Более того, не известно никаких
механизмов, которые позволяли бы геном каким-то
образом _направленно_ изменять.
Только за счёт случайных мутаций.
[Sorry, skipped]
_Моё_ заключение: автор является, видимо, талантливым
юношей (подростком?), несколько переоценивающим
имеющиеся у него знания. Ему следовало бы получить
систематическое образование в той области, которой он
собирается заниматься (например, биологии) и ознакомиться
с достижениями последних лет (которые огромны). Полагаю,
что он будет вполне в силах этого добиться, и тогда сможет
внести в науку вполне реальный вклад.
И. А.