Терабайты ДНК

«Сегодня, через десять лет после завершения Проекта по расшифровке генома человека, можно сказать: биология – намного сложнее, чем раньше представляли себе ученые», - так пишет Эрика Чек Хейден в выпуске Nature News за 31 марта и в выпуске журнала Nature за 1 апреля. Проект по расшифровке генома человека стал одним из самых больших научных достижений конца ХХ ст. Некоторые сравнивают его с Манхэттенским проектом (программа США по разработке ядерного оружия) или программой "Аполлон" (пилотируемые космические полеты НАСА). Ранее чтение последовательности из ДНК символов считалось скучной и кропотливой работой. Сегодня, расшифровка генома является чем-то естественным. Но вместе с появлением новых данных о геномах разнообразных организмов – от дрожжевых грибков до неандертальцев, стало очевидно: «По мере того, как секвенирование и другие прогрессивные технологии предоставляют нам новые данные, сложность биологии растет просто на глазах», - пишет Хейден.
Некоторые открытия были удивительно простыми. Генетики ожидали обнаружить в человеческом геноме 100 тыс. генов, а их оказалось примерно 21 тыс. Но, к своему удивлению, наряду с ними ученые обнаружили и другие вспомогательные молекулы – факторы транскрипции, маленькие РНК, белки-регуляторы, активно и взаимосвязано действующие по схеме, которая просто не укладывается в голове. Хейден сравнила их с множеством Мандельброта во фрактальной геометрии, что доказывает еще более глубокий уровень сложности биологических систем. «В самом начале мы думали, что пути передачи сигналов являются довольно простыми и прямыми, - говорит биолог из университета Торонто в Онтарио Тони Поусон. -Теперь мы понимаем, что передача информации в клетках происходит через целую информационную сеть, а не по простым, отдельным путям. Эта сеть – намного сложнее, чем мы думали». Хейден признает, что концепция «мусорной ДНК» разбита в пух и прах. Относительно же представления, согласно которому регуляция генов является прямым и линейным процессом, т. е. гены кодируют белки-регуляторы, контролирующие транскрипцию, она отметила: «Всего десять лет пост геномной эры в биологии уничтожили такое представление». «Новый взгляд биологии на мир не кодирующей ДНК, которую раньше называли «мусорной ДНК», очаровывает и сбивает с толку». Если эта ДНК мусорная, то почему человеческий организм расшифровывает от 74% до 93% этой ДНК? Изобилие маленьких РНК, образуемых этими не кодирующими участками и то, как они взаимодействуют друг с другом, стало для нас полной неожиданностью.
Понимание всего этого рассеивает некую изначальную наивность Проекта по расшифровке генома человека. Исследователи намеревались «раскрыть тайны всего: от эволюции до происхождения болезней». Ученые надеялись найти лекарство от рака и через генетический код проследить путь эволюции. Так было в 1990-х гг. Биолог-математик из университета Пенсильвании (Филадельфия) Джошуа Плоткин сказал: «Уже само существование этих необычайных белков-регуляторов говорит о том, каким невероятно наивным является наше понимание основных процессов, к примеру, каким образом запускается и останавливается работа клетки». Генетик Принстонского университета (Нью-Джерси) Леонид Кругляк говорит: «Наивно полагать, что для понимания любого процесса (будь то биология, прогноз погоды или что-нибудь другое) достаточно просто взять огромное количество данных, пропустить их через программу анализа данных и понять, что происходит в ходе этого процесса».
Издание Science Now назвало ДНК «идеальным жестким диском» для хранения информации. «Когда речь идет о хранении информации, жесткие диски не идут ни в какое сравнение с ДНК,- пишет Джон Боханнон. -в одном миллиграмме молекулы можно закодировать тексты полного собрания всех книг Библиотеки Конгресса, и при этом в ней окажется еще полно свободного места». В статье на ExtremeTech.com об этом сказано следующим образом: «Задумайтесь на минуточку: в одном грамме ДНК может храниться 700 терабайт данных. Это количество информации, которое могло бы занять 14 тысяч Blu-ray-дисков объемом памяти по 50 гигабайт, вмещается на крохотной частице ДНК, которая поместилась бы на кончик вашего мизинца. Для того чтобы сохранить такое количество информации на жестких дисках, которые являются самыми лучшими средствами для хранения информации на сегодняшний день, вам понадобилось бы 233 жестких диска объемом по 3 терабайта, а их общий вес составил бы 151 кг. Ученым Черчу и Косури удалось записать 700 килобайт данных в ДНК (это была самая последняя книга, автором которой был сам Черч), а затем удалось воссоздать 70 миллиардов копий этой информации, что, как они в шутку утверждают, сделало эту книгу бестселлером всех времен. В целом им удалось сохранить 44 петабайт информации».
Как им удалось это сделать? Согласно данной статье, проект «рассматривает ДНК как еще одно средство хранения информации. Данные не кодируются в виде магнитных регионов на пластинах жесткого диска; нити ДНК, хранящие 96 бит, синтезируются, причем каждая из оснований (TGAC) представляет собой двоичную величину (T и G = 1, A и C = 0)». И, конечно же, это означает следующее: «Ученые рассматривают ДНК как потенциальное средство хранения информации на протяжении длительного периода времени». И на это существуют веские причины:
Во-первых, в данной статье сказано, что ДНК обладает «невероятной плотностью (можно хранить один бит информации на каждом из оснований, а одно основание имеет размер всего в нескольких атомов)».
Во-вторых, ДНК имеет «скорее, объемную (как бутылка), нежели плоскую (как жесткий диск) структуру», и это еще раз подтверждает то, что ее можно более эффективно наполнить информацией.
И, наконец, ДНК «невероятно стабильна». Там, где самые современные средства хранения информации следует хранить в вакууме при минусовой температуре, «ДНК может существовать сотни тысяч лет в любой из коробок в вашем гараже». Это означает, что, в отличие от магнитных жестких дисков, которые имеют сравнительно недолгий срок эксплуатации, ДНК способна долгое время хранить в себе данные. «ДНК хранит данные более эффективно, чем любой созданный человеком носитель», - Кейси Ласкин
Ни одно из человеческих изобретений не способно даже приблизиться к таким техническим характеристикам. Кто бы мог подумать, что ДНК способна хранить данные более эффективно, чем любые созданные человеком носители? В одной удивительной статье, опубликованной на сайте ExtremeTech.com под названием «Гарвард взломал хранилище ДНК, разместив в ней 700 терабайт данных в одном грамме», сообщается, что ученые из Гарварда побили рекорд плотности хранения данных в ДНК - они с успехом «поместили 5,5 петабит (около 700 терабайт) данных в один грамм ДНК, побив предыдущий рекорд плотности хранения данных в тысячу раз». Чтобы дать читателю представление о том, сколько это информации, сайт Wikipedia сообщает, что портал Google ежедневно обрабатывает около 25 петабит информации. А значит, с помощью этого метода можно было бы записать всю информацию, обработанную порталом Google за день, в пяти граммах ДНК.
Совершенно ясно, что наше понимание остается очень поверхностным. «прекрасные и загадочные структуры биологической сложности показывают, насколько они далеки от разгадки». Известные люди заявили, что после проведения этого проекта им всё станет ясно, но в действительности Проект помог понять лишь то, что «Биология – сложная наука, и именно это и делает её прекрасной. Единственно разумное объяснение генетической биологии человека можно найти в Библии: «Ибо Ты устроил внутренности мои и соткал меня во чреве матери моей. Славлю Тебя, потому что я дивно устроен. Дивны дела Твои, и душа моя вполне сознает это. Не сокрыты были от Тебя кости мои, когда я созидаем был в тайне, образуем был во глубине утробы. Зародыш мой видели очи Твои; в Твоей книге записаны все дни, для меня назначенные, когда ни одного из них еще не было» (Пс.138:13-16). «Руки Твои сотворили меня и устроили меня; вразуми меня, и научусь заповедям Твоим» (Пс.118:73). «Ибо, что можно знать о Боге, явно для них, потому что Бог явил людям. Ибо невидимое Его, вечная сила Его и Божество, от создания мира через рассматривание творений видимы, так что они не имеют извинения» (Рим.1:20).
Глава национальных институтов здравоохранения ФРЕНСИС КОЛЛИНЗ пришел к вере в существование Бога Создателя. «Я всегда полагал, что вера основана сугубо на эмоциональных или иррациональных аргументах, поэтому был весьма удивлен, когда обнаружил, что вероятность существования Бога может стать наиболее правдоподобным объяснением всего существующего».
В 1993 году генетик Френсис Коллинз был назначен руководителем проекта на 3 миллиарда долларов по расшифровке генома человека. Проект был завершен в 2004 секвенированием трех миллиардов пар нуклеотидов. В результате была получена генетическая карта, которая, как ожидается, поможет в лечении генетических болезней. Упомянутый проект также открыл перед Коллинзом величественную картину порядка и поразительной гармонии в молекуле ДНК, которая является Божьим “программным обеспечением” для всего живущего. Проект по расшифровке генома человека считался тогда в научном мире верхом престижа. «На самом фундаментальном уровне является величайшим чудом сам факт существования вселенной, существование невероятно сложных конструкций и законов, следующих точным математическим формулам. Размышляя над всем этим, непредвзятый наблюдатель просто обязан признать, что за всем этим должно существовать некое “должно”, причина. Однако это “должно” я квалифицирую как чудесную, глубочайшую истину, находящуюся вне сферы научного объяснения».
Свои мысли на этот счет Коллинз изложил в книге “Язык Бога” (2006 год), главный постулат которой – биология, астрофизика и психология предлагают реальные аргументы в пользу существования Бога: «Наука и вера могут обогащать друг друга и дополнять при условии правильного понимания их сфер и взаимного уважительного отношения, – считает Коллинз. – Ведь существует ряд важнейших вопросов, на которые наука неспособна в действительности дать ответов – например: «Почему существует нечто вместо ничего?» «Зачем мы здесь?» Я обнаружил, что к ответам на эти вопросы лучше всего идти путем веры». Особым образом вера подчеркивает важность “морального закона” в нас, способность различать добро и зло. Все люди осуждают притеснение, убийство, предательство, ложь, и наоборот, одобряют доброе отношение к пожилым, к детям, к слабым и беспомощным. «Я уже 28 лет как верующий, и Моральный Закон до сих является для меня наиболее мощным аргументом существования Бога», – пишет Коллинз в своей книге.
Получив степень по квантовой механике Йельского университета, Коллинз решил сменить карьеру и занялся медициной. Как врач-ординатор, он нередко видел, как верующие люди страдали от неизлечимых болезней – и не обвиняли Бога. Казалось, вера придавала им силы, улучшая во многих случаях симптомы болезни. «У них были ужасные болезни, из лап которых практически невозможно вырваться, но они вместо того чтобы гневаться на Бога, еще больше, возлагали на Него свое упование как на великий источник утешения. У меня даже складывалось впечатление, что их положение не казалось им таким жутким, как мне. Наблюдать такое было интересно, и одновременно это сбивало с толку, вызывало даже некоторую тревогу, и я принял решение опровергнуть всякую в мире веру», – признается Коллинз.
Затем Коллинз обратился к известной книге Клайва Льюиса “Просто Христианство”. Когда он читал этот апологетический труд, его предрассудки касательно веры в Бога были сильно потрясены. Это не было приятное чтение – скорее, весьма болезненное, тяжелое. «Для меня стала совершенным открытием та идея, что к вере можно прийти разумно (когда тебе указывают на неоспоримые факты), что вера в Бога – наиболее правдоподобное объяснение всего существующего», – свидетельствует Коллинз. После нескольких месяцев тяжелой борьбы насчет веры в Бога Коллинз, наконец, “сдался”, и покорился вере. Ему было тогда 27 лет. Однажды во время похода по Каскадным Горам он, восхищенный красотой Божьего творения, сказал Богу “да”. Вначале, однако, ему непросто было говорить другим о своей вере. «Как и большинство ученых, я боялся, что из-за принятия каких-либо религиозных убеждений меня станут воспринимать как некоего чудака, «чуть-чуть свихнутого». Также это немного не вписывалось в жесткую формулу “дай мне факты”, которой, как считается, должны следовать все ученые». Но сейчас Коллинз так смело говорит о своей вере, что стал объектом нападок со стороны воинствующих атеистов.
Коллинс вступил в должность директора НИЗ в 2009 году. Сейчас ему 65 лет. В 2005 году он вместе со своим коллегой в сфере генетики Крейгом Вентером получил звание Лучшего Лидера – от “U.S. News & World Report” и Центра Общественного Лидерства при Гарвардском университете. «Я помню этот момент, когда стал верующим. Два года во мне шла внутренняя борьба, но постепенно я пришел к выводу, что вера в Бога является самым лучшим объяснением всего существующего. После многих месяцев такой борьбы я почувствовал, что больше не могу сопротивляться вере. В тот день я стал верующим».

About the author: Иванилов Сергей

Leave a Reply

Your email address will not be published.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.