Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 25-26 от 11 июля 2006 года (645 и 646 номер)

Короче говоря, позиции Linpack по-прежнему прочны, а потому организаторы нынешнего Top500 уверенно прогнозируют, что до конца 2009 года петафлопсных систем на горизонте не ожидается. Звучит хоть и странно, но понятно — ибо реальные компьютеры вроде MDGrape существуют в параллельном, по сути дела, мире. Где решаются, заметим, те же самые задачи (архитектура BlueGene изначально ориентировалась на моделирование сворачивания белков).

Автор: Сергей Борисов

Интереснейшие данные французских ученых о возможной роли РНК в формировании парамутаций (см. «КТ» #643) сулят открытие неведомого ранее механизма сохранения макромолекулярной информации в клетке. Да, что и говорить, времена, когда в науке царствовала унылая «центральная догма молекулярной биологии» («информация передается строго по оси ДНК—РНК—белок»), остались далеко в 60-х годах прошлого века. Жизнь в царстве макромолекул оказалась куда более утонченной.

РНК может быть единственным носителем генетической информации в вирусах и переписываться на ДНК. Ген представляет собой запись осмысленных фрагментов кода, перемежающихся абракадаброй. РНК может сама себя разрезать на части и склеивать. Гены перемещаются с места на место… Даже пресловутый «случайный мутагенез» оказался не так прост — в геноме есть более и есть менее подверженные ему участки, а сам процесс ускоряется под влиянием стресса, как будто сигнализирующего, что адаптация организма к среде нарушена и пора приниматься за эволюционные реформы. ДНК оставила пьедестал, на котором начала было бронзоветь как величественный и неподвижный носитель сокровенной эволюционной мудрости. Она живет сиюсекундной, бурной жизнью, интенсивно взаимодействует с другими молекулами и порою подвергается кардинальным преобразованиям — вот новые тому примеры.

Хрестоматийное положение о том, что больше 99% разновидностей генов в организме человека не наследуются от папы и мамы, а образуются заново, недавно нашло впечатляющую аналогию у более простого организма. Напомним, что Сусуму Тонегава (Susumu Tonegava) еще в 1987 году получил Нобелевскую премию за схему перетасовки простых генетических заготовок, из которых уже после рождения возникают миллионы свежих генов для белков иммунитета. Нести весь этот груз в геноме и передавать из поколения в поколение было бы чересчур громоздким предприятием. Меж тем разнообразие белков иммунитета (антител и клеточных рецепторов лимфоцитов) жизненно важно — среди них всегда должны найтись такие, которые, как ключ к замку, подойдут к любому чужеродному антигену. Аналогичную задачу подбора решает вирус бактерий (бактериофаг), атакующий микроорганизмы рода Bordetella (к их числу относится возбудитель коклюша B. pertussis).

Орудием поражения служит лектин — белок, способный распознавать и связывать определенные структуры на поверхности микроорганизмов. Бактерии постоянно мутируют, и, чтобы угадать наверняка, фаг идет по пути генерации большого числа разных вариантов лектинов. Как показала руководимая профессором Парто Гош (Partho Ghosh) команда исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего, разнообразие генерируется на этапе копирования последовательности ДНК в матрицу РНК. В геноме вируса есть двенадцать особых участков, которые могут по-разному считываться в ходе копирования, а значит, вести к синтезу разных аминокислот. Итоговое число вариаций структуры белка, по данным ученых, превышает десять триллионов, и все на основе одного-единственного гена. Обратим внимание, что и при формировании иммунитета, и в примере с фагом смысл положения о передаче информации в направлении ДНК — белок размывается совершенно. От ДНК в этих случаях вообще не требуется какой-либо специфической, упорядоченной структуры — напротив, чем хаотичнее будет последовательность нуклеотидов, тем больше гарантий успеха в создании конечного разнообразия белков.

Что интригует по-настоящему, так это возможная роль генных перетасовок в возникновении сознания. Соратник Тонегавы по исследованию иммунитета (и тоже нобелевский лауреат) Джеральд Эдельман (Gerald Edelman) выдвинул теорию, в соответствии с которой работа мозга напоминает иммунную реакцию и аналогично строится по принципу «ключ-замок». Только в качестве этой пары объектов выступают, с одной стороны, созданные мозгом образы, а с другой — определенным образом организованные группы нейронов. В ходе обучения каждая группа клеток настраивается на обработку только определенных образов — к замочку подбирается специальный ключик. Предполагается, что мышление — это процесс взаимодействия таких уникально настроенных клеточных ансамблей, а сознание — циркуляция, повторный вход нервных импульсов в сетях клеточных групп. Понятно, что работа такого механизма сильно облегчалась бы, если б нейроны могли активно формировать какие-либо отличия друг от друга в ходе их «затачивания» под разные образы.