Биологи осваивают сингулярности

Новости / Биологи осваивают сингулярности

Повышение скорости фиксации атомно-молекулярных трансформаций позволит быстрее создавать новые лекарства.

Астрофизический термин «сингулярность» означает «схлопывание» (collaps) выгоревшей звезды, после чего ее остатки дают нейтронную звезду или черную дыру. В квантовой физике в конечном итоге пришли к одиночным (single) атомам, протон-нейтронам и электронам, а затем и к одиночным фотонам. Работать и экспериментировать с ними непросто, но зато не надо иметь дело со «статистиками». Так, например, точности хода первых цезиевых часов не хватало для создания систем Глонаса и GPS именно из-за статистических эффектов.

Стремление к «сингулярности» отмечено не только в астрофизике. Не так давно началась геномная эра, клонирование генов и их перенос в клетки кишечной палочки, что легло в основу создания биотехнологии. Затем появились машины для секвенирования (дешифровки) последовательностей нуклеотидов в цепи молекулы ДНК. Изменение одной «буквы» генетического кода в ней может иметь серьезные медицинские последствия.

Сегодня речь идет о чтении одиночных цепей ДНК, для чего их пропускают сквозь поры. Новый оригинальный подход к чтению одиночных ДНК предложили в токийском Университете сельского хозяйства и технологии. Суть подхода в использовании биопоры, представляющей собой белок гемолизин с проходящим в нем каналом. Его использование предупреждает, как пишут японцы, загрязнение анализируемой ДНК, что повышает точность анализа ДНК.

В Стэнфорде объявили о скором начале работы линейного ускорителя-акселератора электронов (SLAC), отклонение пучка которых дает рентгеновское излучение. Повышение скорости разгона электронов до околосветовой (релятивистской) позволит получать до миллиона рентгеновских импульсов в секунду, что намного больше нынешних 120. Это, в свою очередь, позволит детально разглядеть квантовые пертурбации молекул и резко повысить разрешение. Повышение скорости фиксации атомно-молекулярных преобразований-трансформаций позволит быстрее и увереннее создавать новые лекарства направленного таргетного действия, а также удешевит процесс.

По другую сторону Атлантики сотрудники британского синхротрона также предложили использовать генерируемые им рентгеновские лучи в сочетании с дифракцией электронов. Последняя определяется как фрагментация, рассеяние частиц. Это свойственно всякому волновому процессу. Свое детище англичане назвали HeXI (High-energy electron X-tallography Instrument), подразумевая использование электронов с энергией уровня мега-электрон-Вольт (MeV). Подразумевается, что ученые с точностью, которая будет намного выше, чем у нынешних электронных микроскопов, будут исследовать структуру функциональных белков, изменение структуры которых пагубно сказывается на состоянии и функциях клеток.

Структуры повышенной прецизионности помогут и развитию искусственного интеллекта (ИИ). Применением ИИ для дизайна новых белковых последовательностей занимаются в Гарварде. Но мало установить порядок расположения аминокислот в белковой цепи, она еще должна принять 3D-структуру, чтобы стать функциональной. Сейчас для «перевода» линейной цепи в трехмерную форму используются различные алгоритмы. Проблема, однако, в том, что биомолекулы все время меняют свою форму. Часто бывает трудно сказать, какая же из малых молекул или антител окажется максимально эффективной. Для этого и нужно знание экспериментальной вариабельности молекул, чтобы лекарственный «удар» был максимально точным и не вызывал побочных эффектов.