5 октября 2012

Принцип эпиморфного соответствия

Биологический эпиморфизм — один из важных естественнонаучных принципов. Как было отмечено одним из классиков современной биологии — А. Сент-Дьерди (1960), жизнь, несмотря на большое разнообразие ее проявлений, построена на одном и том же ограниченном числе основных принципов, где и в каком бы виде мы ее ни встретили: между «королями» и «капустой» не существует реального различия.

Вся совокупность фактов, обеспечивающих справедливость этого утверждения, позволяет использовать биологические модели, чтобы прогнозировать вид биологической активности ХС для организмов более высокого уровня сложности, чем используемая модель.

Сразу же отметим, что речь в данном случае идет не о математических моделях, а о моделировании, при котором реальный «король» подменяется реальной «капустой» для изучения, например, действий ХС на основные свойства живой клетки как таковой. Очевидно, что постановка опытов на «королях» обошлась бы слишком дорого и вряд ли могла бы быть автоматизирована.

«Капуста» оказывается для этих целей более технологичным объектом. Количественные соотношения между моделью и моделируемым объектом в отличие от математического моделирования для подобных целей становятся несущественными.

Движение дельфина, например, в определенном смысле можно моделировать движением парамеции. Такое «качественное» моделирование, по терминологии математиков, называется реляционным. Свойства живой клетки, взятые нами как базовые, инвариантны в существенной степени для всех живых организмов. Такая инвариантность, однако, подразумевает, что основные жизненные свойства сложного организма не простая проекция аналогичных свойств более простого, а их усложнение, включающее большее число элементарных процессов.

Принцип подобного отражения элементарных свойств сравнительно простого живого организма в более высокоорганизованном с постепенным усложнением этих свойств и известен как принцип биологического эпиморфизма. Различные организмы эпиморфно проектируются друг на друга.

Реляционные отношения между организмами, связанными эпиморфными соответствиями, могут изображаться в виде одномерного топологического комплекса (ориентированный граф) или в виде топологического пространства, что впервые было детально рассмотрено в серии работ Рашевского (см. обзор, 1968).

Так, например, описана система для оценки мутагенной активности ХС, представленная такой последовательностью объектов: бактериофаги, бактерии, грибы, дрозофилы, млекопитающие (Hilderman et al., 1975). Вероятно, такая последовательность, где эпиморфно проектируется способность биологических объектов мутировать под действием ХС, образует ориентированный граф.

Уточним понятие эпиморфизма применительно к биологической активности ХС. Очевидно, например, что такое свойство ХС, как его способность влиять на энергетическую активность, для многих ХС имеет признаки эпиморфизма.

Цианистый калий, например, прерывает перенос электрона в дыхательной цепи почти у всех организмов, образующих иерархическую лестницу эволюции: от одноклеточного организма до человека.

Поэтому такая биологическая активность данного ХС полностью эпиморфна. В других случаях эпиморфная проекция искажается с каждой последующей ступенью усложнения организма по сравнению с моделью (частичный эпиморфизм).

Рассматривая перечень функций φni (С, t) от k=1 до k=27, можно видеть, что принцип отбора их таков, что все они обладают свойством полного или частичного эпиморфизма. Биологическая активность ХС, определяемая каждой из таких функций на клетках одного типа, может эпиморфно проектироваться на клетки других типов (эпиморфизм «по горизонтали») и на уровень ткани и целостного организма (эпиморфизм «по вертикали»).

По такому же принципу при необходимости в этот набор могут быть добавлены и некоторые другие функции.

Среди эпиморфных моделей можно выделить несколько основных типов, различающихся по структуре и принципу формирования.

  1. Точечная модель. Точечной эпиморфной моделью может служить молекулярный тест-объект (рецептор, фермент) или элементарный процесс молекулярного, тканевого, клеточного уровней организации.
  2. Цепочечная модель. Система тест-объектов и измеряемых характеристик выбирается на основании представлений о данном патогенетическом процессе. При этом все основные звенья этого процесса должны по возможности быть представлены в модели.
  3. Сетевая модель. Система тест-объектов и измеряемых характеристик выбирается по принципу возможного влияния на данный патологический или физиологический процесс. В качестве тест-объектов берутся фрагменты всех тех органных, клеточных и тканевых систем, влияние на которые может существенно менять процесс. По существу, в этих случаях идет поиск комплекса средств и формируются правила предположительного употребления этих средств.
  4. Расчетная количественная модель. Эта модель является сочетанием системы экспериментальных моделей, представляющей звенья моделируемого объекта in vitro и количественной математической модели, описывающей динамическое поведение этого объекта. Эта модель (как и сетевая) применяется главным образом для подбора веществ комплексного воздействия.


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



Несмотря на общность клеточного строения и основных биохимических процессов в мире живого, реальные цитологические, биохимические и молекулярные развития между представителями различных типов, классов, отрядов, семейств, родов и видов столь значительны, что избирательность действия химических соединений, как правило, очень велика. Существует множество примеров такого избирательного действия: так, молекулы фосфорорганических инсектицидов в организме насекомого превращаются в другое,…

Каковы же принципы создания и совершенствования переводов с языка ОВБА на названные языки? Напомним, что при выборе системы тест-объектов, характеристик и дополнительных методов предсказания биологической активности были использованы принцип представительности набора тест-объектов и характеристик и принцип эпиморфизма. Первый из этих принципов является общеметодологическим и не дает непосредственных возможностей создать тот или иной алгоритм перевода. Он…

Эвристический анализ является мощным способом разработки алгоритма и в отношении «старых» видов биологической активности, и в отношении новых, для которых еще не найдены хорошие вещества, но особенно он ценен, конечно, в отношении именно новых видов активности. Пока нет, например, веществ, обладающих хорошей противовирусной активностью. Можно ожидать ее от веществ, обладающих выраженной тропностью к двухтяжевым РНК,…

Очевидно, что исходная совокупность свойств, которые должны эпиморфно проектироваться среди все усложняющихся объектов, определяется заранее экспериментатором в зависимости от поставленной задачи. По этой совокупности далее и формируются графы моделей. По принципу отбора этих свойств формируемые графы могут быть разделены на три группы. Первая группа основана на эпиморфной проекции общебиологических свойств (рост, деление, дыхание, движение и…

Принцип эпиморфизма определяет выбор многих тест-объектов и их характеристик. Этот принцип позволяет во многих случаях прямо найти переводы с языка ОВБА на языки интегральных видов активности. Однако нахождение эпиморфных моделей организма ограничено часто нашими знаниями. Для большинства патологий клеточно-тканевые (да часто и вообще любые) модели пока неизвестны. Кроме того, очевидно, что иметь эпиморфные модели для…