На мой взгляд, из всех естественных наук ближе всех к разгадке тайн рака на сегодняшний день подошла именно генетика и т.н. "новая генетика" с её концепцией "биоинформатики", которая базируется на представлениях классической онкогенетики, творчески развивая их в направлении понимания сложной и многоуровневой (многомерной) информационной структуры ДНК.
Говорить о "новой генетике" и тем более о "биоинформатике" без предварительного пояснения смысла этих терминов, конечно же, нельзя, поскольку это достаточно специфическая и сложная для понимания область знания. Именно поэтому для понимания базовых концепций "биоинформатики" следует для начала понять основы генетической концепции канцерогенеза.
Что представляет собой генетическая концепция канцерогенеза?
Говоря простыми словами, это концепция, которая утверждает, что в основе всех естественных структурных процессов, которые происходят в любом живом организме, лежат биохимические реакции, протекающие строго в соответствии с генетической информацией, которая сосредоточена в закодированном виде в хромосомах ядра клетки. Это, в самом общем виде, и есть центральная догма молекулярной биологии. Речь идёт о синтетических биохимических процессах, которые протекают на молекулярном уровне и связаны с информационным обменом через ДНК.
Говоря более простыми словами, ДНК человека - это совершенно уникальная информационная "база данных", содержащаяся в клеточном ядре, геном – "главная книга" всей человеческой жизни, все гены и кодируемые ими белки – это неповторимый "структурный портрет" каждого человека с детальной разбивкой на отдельные составляющие - "главы, разделы, части, параграфы и абзацы", соответствующие отдельным органам и системам организма.
Современная наука на сегодняшний день смогла только оценить общий объём этой "суперкниги", которая более чем в 800 раз превышает объём Библии (с Ветхим и Новым заветом) и определить основные её "главы" - сделать картографирование генома. Что же касается понимания её смысла, принципов взаимосвязи и взаимодействия генома - или отдельных её разделов, глав и параграфов, и главное – того уникального "языка", которым написана эта "книга жизни", то здесь ещё очень много вопросов и белых пятен.
Главная задача современной генетики применительно к онкологии – это не только расшифровать весь "раковый геном", но и всю структуру ДНК и главное - сам "язык", которым написана наша "книга жизни", как язык высшего биологического программирования информационной структуры ДНК.
Это нужно для того, чтобы понять биоинформационные основы рака, связанные с искажением первичной генетической информации. Это нужно для того, чтобы научиться корректно и сознательно взаимодействовать с нашей ДНК и по возможности научиться избирательно исправлять в ней "ошибки" и "искажения" смысла. Дело в том, что любое онкологическое заболевание можно без преувеличений назвать программной "ошибкой" в структуре ДНК, связанной с "потерей" или "искажением" первичной информации. Иными словами опухолевый рост – это отсутствие связи между теми или иными "разделами", "параграфами" и "страницами" нашей "книги" жизни, когда теряется логическая и структурная связь.
Наибольшая сложность "чтения" нашей "главной книги" жизни заключается в том, что если в обычном алфавите 32 буквы, то в алфавите ДНК больше 30 000 отдельных "букв" и символов (генов), причём, каждый ген, как "буква", в разной ситуации может вести себя по-разному. Применительно к онкологии уже установлено, что процесс канцерогенеза не связан только лишь со специфическими онкогенами (myc, p53, WT1 и т.д.), как думали раньше. Практически любой ген может стать "раковым" геном, если происходит определённое изменение его структуры или экспрессии, при которой он вовлекается в процесс канцерогенеза в качестве одного из элементов этого процесса.
Если раньше многие учёные предполагали, что человеческий геном в какой-то степени похож на "бусы", состоящие из отдельных генов ("бусинок"), которые работают по принципу некого линейного алфавита, то сегодня уже точно известно, что вся ДНК имеет сложнейшую и многоуровневую информационную структуру, которая как "зебра" разделена на два типа участков:
- на кодирующие (экзоны) и
- некодирующие участки или случайные последовательности (интроны). Как выяснилось, кодирующая часть ДНК составляет всего 2%. Остальные 98% - как выразились генетики "мусорная ДНК", но так ли это ???
Второе важное открытие, которое было сделано учёными в последнее время, заключается в том, что гены работают не так линейно, как предполагали ранее, а обладают некой самостоятельностью ("собственным правом выбора") при кодировании белка. Иными словами, генетический аппарат, осуществляющий сборку белка, может осуществлять выбор между несколькими вариантами компоновки. Так, каждый ген человека кодирует приблизительно три различных белка, а не один белок, как можно было предположить, основываясь на центральной догме молекулярной биологии. Именно поэтому не совсем ясно, кто и что управляет данной самостоятельностью генов и чем вообще определяется "право выбора" при компановке.
Кроме того, генам свойственны такие удивительные парадоксы, как:
- дублирование,
- появление новых генов,
- генетический обмен с другими биологическими формами и др.
Более того, сегодня уже доказано, что каждый ген – это даже не "буква" и не "символ" в линейном понимании, а скорее, "системный файл", обладающий совершенно уникальными системными свойствами, и выполняющий несколько информационных задач одновременно.
С одной стороны ген – это "декодер" для целого ряда биохимических реакций и процессов, а с другой – он же "синхронизатор" сложнейшей последовательности тех или иных химических реакций.
В основе любой химической реакции в клетке лежит именно код, передаваемый через последовательность следования оснований. Сами основания - аденин, гуанин, цитозин и тимин - обычно обозначают буквами А, Г, Ц и Т. Так вот, у каждой реакции в организме свой уникальный код и своя уникальная последовательность этих оснований.
Если бы этих оснований ДНК или "ступенек лестницы" жизни было несколько сотен тысяч, то задача чтения "главной книги" выглядела гораздо проще, но их в структуре ДНК около 3 млрд. и на сегодняшний день учёные генетики из международной группы ENCODE расшифровали "только" 30 миллионов пар нуклеотидов или около 1% от их общего количества.
Говоря о сложной информационной структуре ДНК, сегодня уже широко используется такой термин как "биоинформатика". С одной стороны, этот термин, как бы показывает самую прямую связь структуры ДНК с биологической программой, а с другой - он имеет самое прямое отношение к исследованию самой структуры ДНК. Дело в том, что в силу колоссального размера и сложности информационной структуры ДНК, для изучения последовательности нуклеотидов (ДНК кода) используется метод Селерона (метод беспорядочной стрельбы).
Суть метода в том, что цепочку ДНК разбивают на фрагменты, которые декодируют по отдельности, а уже затем с помощью специальной компьютерной программы их составляют в исходную последовательность.
На мой взгляд, именно ассоциации из области информатики наилучшим образом подходят для описания общих принципов устройства и работы ДНК, как совершеннейшего биологического компьютера, декодера и носителя информации одновременно. Именно поэтому работу учёных-генетиков, по расшифровке "книги жизни" человека, лучше соотносить с работой "биопрограммистов", расшифровывающих структуру некой "биологической программы" и пытающихся понять сам "язык" высшего биологического программирования. Вот откуда берётся термин "биоинформатика".
По большому счёту сама ДНК, это очень надёжный информационный носитель - "жесткий диск" любого живого организма, содержащий уникальную программу всей его жизни и позволяющий передавать эту программу по наследству. Особенность информационной структуры ДНК в том, что как "биологическая программа", она удивительно "интерактивна" и способна не просто копироваться без изменений, но даже приспособлена для изменений или плановых искажений (явление полиморфизма). В генетике есть даже термин, называемый коэффициентом наследуемости - h2, который и представляет собой оценку доли наследственной составляющей популяционной изменчивости (от 0 до 100).
ДНК настолько совершенна сама по себе, что содержит целый ряд вспомогательных обслуживающих программ и функций, обеспечивающих целостность процесса передачи, кодирования и хранения биологической информации. Одной из этих функций, является "сглаживающая" функция, обеспечивающая экстраполяцию любых изменений в процессе изменчивости и приспособляемости (закон регрессии Гальтона, второй закон наследования свойств).
Данные свойства ДНК говорят учёным-генетикам о том, что эволюция и мать Природа создали просто гениальное творение и здорово!!! (не то слово) потрудились над этой совершенной и уникальной системой кодирования, хранения и передачи из поколения в поколение жизненно важной биологической информации.
Говоря об информационных механизмах канцерогенеза нам нельзя обойти вниманием уникальную функцию ДНК, связанную с изменчивостью. Данная функция обеспечивает приспособляемость жизни к меняющимся условиям окружающей среды и называется – полиморфизм.
Можно без преувеличений сказать, что именно изменчивость и приспособляемость видов являются главными двигателями эволюции, которые обеспечивают такое огромное разнообразие видов и форм живой материи на земле но…
…любой биологический процесс имеет и обратную сторону, связанную с неизбежными издержками любых информационных технологий.