22 августа 2013

Селектинная активность и принципы поиска соответствующих химических соединений

Решение задачи нахождения химических средств и способов управления экосистемами явится основой для правильного, научно-обоснованного взаимодействия между при-родой и человеком как химическим и биологическим фактором планетарного масштаба.

Селектинной активностью мы назовем способность вещества избирательно влиять на численность некоторых организмов в экосистемах.

Селектины — это вещества, которые могут использоваться как химические инструменты для проведения искусственного отбора на заданные свойства организмов в искусственных или естественных экосистемах. Ясно, что многие вещества, по всей вероятности, обладают селектинной активностью хотя бы в некоторых экосистемах.

Но в каких именно и как их употреблять, нам, как правило, неизвестно. Если мы даже и знаем кое-что о селектинной активности ряда веществ (антибиотики, гербициды, некоторые ростостимуляторы, пестициды), то обычно трудно или невозможно сказать определенно, как будет влиять систематическое использование этих веществ на эволюцию экосистемы.

Здесь мы вплотную подходим к самой трудной и актуальной проблеме защиты природы — охране от химических веществ, используемых с целью повышения выхода полезной продукции сельского, лесного или рыбного хозяйства, и веществ, используемых в медицине для лечения инфекционных болезней. Необходимо научиться прогнозировать, как будет влиять вещество, обладающее некой полезной селектинной активностью, на эволюцию природных экосистем и биогеоценозов.

АСК должна помочь в ее решении; для этого требуются значительные исследовательские работы. Каковы же основные направления работ по селектинной активности с целью разработки алгоритмов их поиска?

  1. Разнообразие организмов на физиологическом и более высоких уровнях развития слишком велико, чтобы можно было ввести в автоматизированную систему тест-объекты тканевого и клеточного уровня организации и определить с их помощью селектинную активность с детальностью выше очень крупных таксонов. Для более подробной характеристики селектинной активности (классы, отряды) необходимо использовать наборы молекулярных тест-объектов (ферментные системы, мембраны, рецепторы и т. д.). Единообразие живой материи на молекулярном уровне существенно выше, поэтому, используя тест-объекты этого уровня, можно надеяться более детально охарактеризовать селектинную активность. Отдельные систематические таксоны (типы, отряды, классы) будут представлены при таком подходе в виде неких комбинаций признаков — характеристик молекулярного уровня. При этом вовсе не обязательно испытывать действие ХС на тест-объекты, взятые из соответствующих организмов; достаточно просто знать, какой комбинации свойств на молекулярном уровне (метаболическом) соответствует тот или иной биологический таксон. Эти сведения можно извлечь из данных сравнительной биохимии и отчасти сравнительной физиологии. Поэтому для реализации возможностей автоматизированной системы в этом направлении необходимо прежде всего систематизировать данные сравнительной биохимии, а затем, задавшись определенной целью (например, находить вещества, избирательно ингибирующие популяционный рост какого-либо класса растений в определенной экосистеме), ввести в систему тест-объекты молекулярного уровня, характерные для данного таксона. Таким образом, можно получить достаточно подробную характеристику селектинной активности большого массива ХС, селектинную активность определенного вида для определенных экосистем. Это должно привести к нахождению новых ХС — эффективных экологических «инструментов». По-видимому, между этапом нахождения потенциального экологического «инструмента» и его применением в широких масштабах должно быть испытание действия вещества на природные или специально созданные экосистемы небольших размеров — полигоны. Испытания на экологических полигонах должны стать функциональным аналогом клинических испытаний будущего лекарства.
  2. Несколько по-иному стоит вопрос, если вещество (например, удобрение, гербицид, пестицид) предназначено для широкого использования в различных экосистемах. Этот вариант требует гораздо большего объема испытательного эксперимента, поскольку необходимо определять селектинную активность в отношении большого числа разнообразных организмов. По-видимому, тест-объекты молекулярного уровня организации в наибольшей степени соответствуют и этой задаче, но возможны и комбинированные варианты, когда наряду с молекулярными тест-объектами используются и клеточные.
  3. АСК может использоваться для анализа действия ХС на микрополигоны определенного типа. Экосистемы почвенных организмов, экосистемы илов и т. д. могут иметь весьма небольшие размеры. Таким образом, АСК может содержать в своем составе определенное число экологических полигонов. Все направление, связанное с селектинной активностью, должно опираться на развитие работ по количественной экологии, включающей описательное «полевое» направление и математическое моделирование.
  4. Важным направлением селектинной тематики является создание арсенала веществ, которые можно использовать в научных и практических селекционных работах, в качестве инструментов, направляющих отбор нужных форм полезных организмов (микробов, дрожжей, растений, вирусов). Вещества потенциально селектинные можно находить при массовом испытании в системе классификации или посредством целевых эвристических гипотез. В обоих случаях селектины, прежде чем выйти в практику, должны пройти углубленные испытания с широким использованием системы.


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



Моделирование состояний — задача, которую для большинства случаев еще предстоит решать. Только АСК ХС обладает достаточной производительностью, чтобы установить характер и степень адекватности состояний модели in vitro и состояний in vivo в отношении большого массива ХС. Поэтому мы вынуждены ограничиться пока лишь кратким упоминанием основных способов создания моделей состояний. Первый способ состоит в том, что…

2- й пример. Пусть энергетика клетки является той системой, которую требуется представить параметрически. Набор состояний порожден в ходе морфогенетических процессов (нормальных и патологических) на основе, например, ткани печени. Самой экономной (а именно к наиболее экономному, но полному представлению всегда и следует стремиться) системой параметров будет в этом случае, вероятно, следующая: отношение активности суммарной гексокиназы к…

Рассмотрим на примерах, как можно определить систему представительных характеристик и параметров для спектра состояний и моделировать эти состояния: 1-й пример. Пусть межклеточный контакт является той биофизической системой, которую надо описать параметрически. Пусть объектами являются эпителиальные ткани лабораторных животных (или человека) во всем их разнообразии, порождаемом морфогенетическими, физиологическими и генетико-популяционными процессами. В качестве основной характеристики межклеточного…

Активность этого фермента существенно детерминируется генетически. В распределении популяции людей по активности этого фермента существуют два максимума, соответствующие низкой и высокой активности фермента; это можно рассматривать как отражение «генетически определенных состояний». Определив у ХС способность образовывать комплексы с медью, можно предсказать опасность того, что при длительном употреблении этот препарат может вызвать лекарственную волчанку у лиц…

Учет всех подобных особенностей реакций организма на ХС с определенным видом активности в зависимости от состояния, даже в форме вероятностного предсказания, имеет очень большое практическое значение. Такое предсказание может сделать гораздо более содержательными и одновременно дешевыми последующие испытания на животных, более безопасными клинические испытания и дальнейшее клиническое использование. Вместе с тем очевидно, что в общем…