Par bioloģiju

Sen solītais par projekta zinātnisko pamatojumu.

Cilvēka genoms

Droši vien ikviens ir dzirdējis, pavisam nesen, pirms pāris gadiem ir noslēdzies grandiozs projekts - cilvēka genoma atšifrēšana. Noteikta ir visa cilvēka DNS secība, atklāti visi gēni. DNS, jeb dezeoksiribonukleīnskābe, ir dubulta spirāle no pavedieniem, kurus veido bāžu secība. Bāzes – 4 nukleotīdi, citozīns, guanīns, timīns un adenīns (zimējumā burti C, G, T un A) – veido kodu, kas šifrē olbaltumvielu secību. 3 nukleotīdi – kodons = viena aminoskābe. DNS atrodas katrā no cilvēka šūnas kodoliem, sakomplektēta 23 hromosomās. Tātad, ap 2003. gadu noteikta ir 2,9 miljardi bāžu pāru secība, 30 000-40 000 cilvēka gēnu.

Kas ir gēns

Gēns ir DNS posms, kurā ir kodēta informācija par vienu proteīna (= olbaltumvielas) sintēzi.

Ja mēs sakām, ka kādam ir "brūno acu gēns", tas nozīmēs, ka uz attiecīgais DNS posms ir atbildīgs par melanīna (melnā pigmenta) sintēzi. Ļoti rupjš piemērs. Varbūt nav tik vienkārši - iespējams, vēl vairākās pakapēs, DNS posms atbildīgs par fermenta sinēzi, kas, savukārt būs atbildīgs par melanīna vai tā daudzuma sintēzi. Var būt ķēdīte ar līdzatbildīgiem procesiem 3, 4 pakāpēc. Visbiežāk ir tā, ka par vienu pazīmi atbildīgi vairāki gēni (attiecīgi vairāku olbaltumvielu sintēze un 'sastrādāšanās').

Cilvēka genoma projekta saistība ar folding-at-home

Cilvēka (un citu organismu) genoma sekvences (DNS secība) ir tikai pirmais solis, lai saprastu, kas lācītim vēderā, kā tas viss darbojas. Lai saprastu, ko katrs no desmitiem tūkstošu proteīnu dara būtu lietderīgi zināt to struktūru, bet eksperimentāli tas ir dārgi un laikietilpīgi (cik laikietilpīgi tas ir ekperimantāli un kādas paveras iespējas visu komputerizējot jau esam izlasījuši pirmajā info par folding projektu)

Tātad, izmantojot esošās zināšanas molekulārajā fizikā, ķīmīja un bioloģijā, ņemot palīgā programmēšanu, ir radīta programma, kas arī simulē olbaltumvielu sintēzi uz saviem datoriem.

(Upd.) Jaunā folding-at-home progamma izmanto arī kvantitatīvās ķīmijas metodi, tātad nodarbojas ar matemātiskiem aprēķiniem.

Un atkal par olbaltumvielu savākšanos.

Olbaltumvielas (jeb proteīni) tiek sintezētas uz DNS matricām, mRNS, kas būtu kā tāda DNS kopija, nospiedums. Pie RNS piestiprinās ribosomas - speciāli instrumenti, kas vērpj proteīnus, nolasot kodu. Viens kodons  - viena aminoskābe, nākamais kodons - nākamā aminoskābe. Viens gēns - viens proteīns.

Aminoskābju kopā ir 20. Līdzīgas tās ir ar savu pamastruktūru, 8 atomi visām ir vienādi, bet katrai aminoskābei ir kāda viena vai vairākas sānu ķēdītes. Šīs atvasinātās molekulu ķēdītes ir vai nu hidrofobas ("baidās no ūdens") vai hodrofilas ("mīl ūdeni"), dažas atvases ir lādētas negatīvi, dažas - pozitīvi, viss kopā nosaka olbeltumvielas galējo struktūru. Šīs atvases arī ir atbildīgas par olbaltumvielu galējo, darba konfigurāciju. Proteīni savērpjas un savācas atbilstoši visiem pozitīviem, negatīviem lādiņiem, kā arī ņemot vērā vides šķīduma sastāvam.

Gatavās olbaltumvielas ir dažādas formas - sfēras, "barankas",  kamoliņi, nenoteiktas struktūras, jebkādas! Daži olbaltumvielas-fermenti ar materiālu - vielu, kas jāsasķeļ, jāsintezē, jānoārda vai jāsalabo, strādā kā atslēga ar atslēgas caurumu, vai knaibles, vai lodāmurs, viestiešākājā nozīmē un to darbība atkarīga tieši no konfigurācijas. Olbaltumvielas-antivielas arī atpazīst ļoti konkrētas svešās vielas - tām pievienojoties fiziski klāt.

__________________________________

Agrāk uztdotie jautājumi:

1) Kāda ir šī modelēšanas projekta vieta bioloģijas zinātnes kopainas kontekstā?

Ļoti nopietna. Cilvēki publicē savus rakstus visrespektablākos un nopietnākos savas nozares žurnālos. Apjautājos arī saviem vēl praktizējošiem pazīstamiem biologiem. Jā, dzirdējuši. Arī nopietni atdala šo projektu no otra dzirdētā, SETI@home.

2) Kādus pragmatiskus rezultātus šis projekts teorētiski sola? Un ko pavisam noteikti nesola?

Par teorētiksiem rezultātiem, var atkārtot izlasīto projekta mājaslapās par Alcheimera slimības, govs trakumsērgas slimības cēloņu atkājumiem, vai mākslīgu, līdzīgu natīvai struktūrai, olbaltumvielu sintēzi.

Var arī pafantazēt: folding at home projekts pēc TIK un TIK gadiem sastāda mega datu bāzi ar visiem zināmiem cilvēka proteīnu struktūrām un to finkciju aprakstiem. Un tad šo materiālu var izmantot un izmanto, lai ārstētu jebkuru funkcionālu saslimšanu, arī izmanto gēnu terapijā un farmaceitikā, lai ražotu "aizvietotājus"...

Es izlasīju projekta rakstu "abstacts" viņu mājas lapā. Tie ir tik šauri specifiski, ka nav nozīmes tos skaidrot ne-speciālistam. Un reti, kad tiek dots uzreiz zinātniski-populārs izskaidrojums, ko tad ar jauno atklājumu var iesākt un kur pielietot.

Ko nesola projekts? Nevaru atbildēt. Laikam naivi cerēt, ka cilvēce jebkad izcīnīs uzvaru pār vīrusiem un infekcijas saslimšanām. Bet labāk neatbildēt uz tādu jautājumu.