21 сентября 2012

Современные биотехнологии и ЭВМ в сфере поиска и создания новых биологически активных веществ

В целом этот этап, начавшийся в середине XX в., продолжается поныне, и, по-видимому, включит в себя ближайшее будущее. Возможно, что он одновременно знаменует собой начало четвертого периода, в котором быстродействующие ЭВМ смогут коренным образом повлиять на существующие нормы рационального мышления, включая эвристическую деятельность.

В середине XX в. почти одновременно происходят три важнейших события, относящихся и к науке, и к практической деятельности человека: начинается освоение ядерной энергии, создаются быстродействующие электронно-вычислительные машины, расшифровывается строение основных биополимеров — нуклеиновых кислот и белков.

Мы не будем останавливаться на этих хорошо известных событиях, отметим только, что все три грандиозных достижения мысли, подготовленные всем предыдущим прогрессом физики, математики, химии и биологии, чрезвычайно быстро начали оказывать во многом определяющее влияние на дальнейшее развитие человечества.

Напомним только несколько знаменательных дат. 1953 г. — Ф. Крик и Д. Уотсон выдвигают и обосновывают концепцию двуспирального строения молекулы ДНК. Весьма показательно, что это одно из величайших открытий XX в. было сделано в союзе представителей двух наук — физики и биологии, к тому же учеными, не имевшими собственных экспериментальных результатов в изучении ДНК.

Их работа представляла собой типичное решение своеобразной головоломки, когда из известных элементов головоломки (в данном случае мономерных звеньев ДНК) нужно было составить объемную фигуру, соответствующую рисунку, каковым для Крика и Уотсона были данные рентгенограмм ДНК, полученные М. Уилкинсом и Р. Франк.

Структура ДНК, открытие которой знаменовало торжество синтетического рационального мышления, на основе принципа комплементарности (дополнительности звеньев ДНК по отношению друг к другу) позволила понять репликацию гена — молекулярное «размножение» генетического материала.

В структуре молекулы ДНК уже содержались ответы на вопросы о генетическом коде, биосинтезе белков и многие другие, которые в совокупности составили фундамент молекулярной биологии.

Один из основоположников современной молекулярной биологии — физик-теоретик и автор классических работ по генетике бактериофагов М. Дельбрюк писал Н. Бору в апреле 1953 г.: «Потрясающие вещи происходят в биологии. Мне кажется, Джим Уотсон сделал открытие, сравнимое с тем, что сделал Резерфорд в 1911 году» (цит. по: Франк-Каменецкий, 1983, с. 7). Напомним, что Резерфорд в 1911 г. показал, что почти вся масса атома сконцентрирована в ядре, т. е. фактически открыл ядро атома, это повлекло множество следствий, распространившихся не только на физику, но и на всю цивилизацию XX в.

Почти одновременно с открытием структуры ДНК — «атомного ядра» клетки, наступил «звездный час» гормонологии: Ф. Сенгер расшифровал аминокислотную последовательность в молекуле инсулина, а В. Дю Виньо синтезировал пептидные гормоны — окситоксин и вазопрессин.

Наконец, приходит «звездный час» и в белковую химию: в 1957 г. В. Кендрью и М. Перуц расшифровали трехмерную структуру гемоглобина и миоглобина. Началось интенсивное формирование молекулярной биологии, молекулярной генетики, органической химии биополимеров и других разделов науки, на почве которых движимые практическими запросами человека начали расти генная инженерия и современная биотехнология.


«Биологически активные вещества»,
Г.М.Баренбойм, А.Г.Маленков



Существует принципиальная возможность увеличения числа «счастливых» случаев: испытывать все известные химические соединения на все возможные виды фармакологической активности. Это фактически принцип тотального просеивания «все через все». Реализовать его на практике, по существу, очень сложно: классификация этих видов достаточно запутана, количество видов велико. Однако биологические испытания достаточно больших массивов химических соединений на достаточно большое, но ограниченное…

Экономическая эффективность скрининга

Экономическая эффективность скрининга возрастает, если растет число тестируемых активностей, если скрининг становится многоцелевым и, помимо фармакологии, ориентированным и на цели сельского хозяйства, микробиологической промышленности, охраны окружающей среды и т. п. Скрининг в принципе сходен с тем стихийным процессом отбора объектов из растительного и животного мира, который осуществлялся всем человечеством на протяжении тысячелетий. Этот параллелизм наглядно…

При скрининге обнаружение у веществ определенных свойств — по-прежнему случайное событие, но вероятность появления такого события как бы резко возрастает. Если случайно в данном массиве химических соединений оказалось соединение с определенным видом биологической (фармакологической) активности, оно будет обнаружено со степенью вероятности, зависящей от надежности теста, определяющего в системе этот вид активности. Если рассмотреть короткую историю…

Под термином биологически активные вещества мы подразумеваем как индивидуальные вещества с известной биологической активностью, так и их многокомпонентные смеси определенного или неизвестного состава. Поиск согласно принятым трактовкам этого термина предполагает наличие цели и многих возможностей ее достижения, между которыми необходимо сделать выбор оптимального пути. Этот выбор и последующее движение к цели происходит в виде некоторой…

Как нам представляется, основная причина фармакологического взрыва во второй половине и особенно в конце XX в. — развитие и интеграция медицины, биологии, химии, совершенствование методов физико-химического анализа. Немаловажное значение имело создание химико-фармацевтической индустрии с ее большими запросами к науке и возможностью материально обеспечить эти запросы. Сыграло свою роль и увеличение ценности человеческой жизни, растущее вместе…