Обложка исследования
С начала 2020 года на мир обрушилась вспышка коронавируса нового типа - Sars-CoV-2. Уже к марту была объявлена пандемия в мире, а в странах введены режимы ограниченного перемещения населения.
На момент написания отчётов, в мире было зарегистрировано более 1 миллиона заразившихся разной степени тяжести: 1 019 000 подтвержденных случаев по информации из сервиса Google: https://www.google.com/search?newwindow=1&client=safari&rls=en&sxsrf=ALeKk02f6ChAuofCIfWaRykeg9s3yS2DPA:1585907730215&q=%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%81&spell=1&sa=X&ved=2ahUKEwier5_X_svoAhXR8aYKHbIiAwoQBSgAegQIFxAq&biw=1218&bih=767
Большое количество заболевших и растущее количество умирающих говорит о неэффективности способов борьбы с вирусом. Также проблемы в разработке вакцины говорит о неспособности быстрого ответа на вызовы. Проблема эволюции вирусов является основополагающей на сегодняшний день, так как это тихий враг, который появляется из ниоткуда и каждый год уносящий сотни и тысячи жизней.
Настоящая исследовательская работа направлена на предоставление информации, полученной с помощью алгоритмов ДНК (Генного)-компьютера (патент № 2712418 https://findpatent.ru/patent/271/2712418.html) в области логики работы генов и белковых структур Sars-CoV-2. Исследователи уверены, что эта информация поможет как в разработке индивидуальных подходов в лечении, так и в разработке универсальной вакцины. Также мы убеждены, что информация, полученная в ходе исследования, поможет бороться с последствиями вирусов гриппа, которые часто дают осложнения на различные органы. Также в исследовании высказывается гипотеза обмена информационными ресурсами между вирусами.
Целью работы является анализ генома вируса Sars-CoV-2 с использованием вычислительных алгоритмов ДНК-компьютера и сбор всесторонней информации о вирусе под новым углом.
Задачами для достижения цели являются: определить геномную последовательность, установить белки, выявить атакующие элементы, определить мишени для атаки, установить, на какие органы будет распространено влияние и последствия болезни, вызванной Sars-CoV-2; построить генную сеть и сеть атаки вируса; выдвинуть гипотезу обмена информацией между вирусами в попытке выяснения перемещения информационных ресурсов между вирусами, не находящихся рядом.
Исследование проводилось при использовании алгоритмов ДНК-компьютера. Был выгружен геном вируса и проведены первичные исследовательские работы: определены белки и органы поражения. После чего были составлены связи, построена генная сеть, сеть атакуемых органов (Приложение 4) и выявлены участки генома человека, подвергающиеся нападению вируса. Была определена логика и принципы предположительной конформации. Была предпринята попытка разработать схему онтогенеза вируса в организме человека и онтогенез организма человека, после болезни коранавирусом нового типа.
Справка
Как известно, вирус SARS-CoV-2 был обнаружен в летучих мышах. Филогенетические исследования выделенных штаммов показали, что геномные последовательности вирусов, найденных в летучих мышах, на 99 процентов идентичны тем, что выделены у пациентов с COVID-19.
В настоящее время основным источником инфекции является инфицированный человек, в том числе находящийся в конце инкубационного, продромальном периоде (начало выделения вируса из клеток-мишеней) и во время клинических проявлений.
Механизм передачи – аспирационный. Пути передачи: воздушно-капельный (выделение вируса при кашле, чихании, разговоре) при контакте на близком расстоянии. Вирус SARS-CoV-2 характеризуется низкой устойчивостью в окружающей среде. Погибает под воздействием УФО, дезинфекционных средств, при нагревании до 40 ˚С в течение 1 часа, до 56˚С за 30 мин. На поверхности предметов при 18-25 ˚С сохраняет жизнеспособность от 2 до 48 час [1].
Инкубационный период при COVID-19: от 2 до 14 сут., в среднем 5 суток. Для сравнения, инкубационный период для сезонного гриппа составляет около 2 дней.
Различают легкие, средние и тяжелые формы COVID-19.
У большинства пациентов с тяжелым течением COVID-19 на первой неделе заболевания развивается пневмония. Сепсис и инфекционно-токсический шок наблюдаются при прогрессировании инфекции [2].
Структура
Согласно учебному пособию [2], коронавирусная инфекция – это острое вирусное заболевание с преимущественным поражением верхних дыхательных путей, вызываемое РНК-геномным вирусом рода Betacoronavirus семейства Coronaviridae.
Международный комитет по таксономии вирусов 11 февраля 2020 г. присвоил официальное название возбудителю инфекции – SARS-CoV-2.
Коронавирусы (лат.Coronaviridae) – семейство, включающее на январь 2020 года 40 видов РНК-содержащих сложно организованных вирусов, имеющих суперкапсид. Объединены в два подсемейства, которые поражают человека и животных. Название связано со строением вируса: из суперкапсида выдаются большие шиповидные отросткив виде булавы, которые напоминают корону.
Вирион размером 80-220 нм. Нуклеопапсид представляет собой гибкую спираль, состоящую из геномной плюс-нити РНК и большого количества молекул нуклеопротеина N. Имеет самый большой геном среди РНК-геномных вирусов. Имеет суперкапсид, в который встроены гликопротеиновые тримерные шипы (гликопротеин S), мембранный протеин М, малый оболочечный протеин E, гемагглютининэстераза (НЕ), рис.1.
Назначение «короны» у коронавирусов связано со специфическим механизмом проникновения через мембрану клетки путём имитации молекул, на которые реагируют трансмембранные рецепторы клеток (рис. 2).
Вирус адсорбируется на клетке-мишени (1) при помощи гликопротеина S и проникает в клетку при слиянии оболочки вируса и цитоплазматической мембраны клетки или посредством рецепторного эндоцитоза (2). Геномная РНК связывается с рибосомами и служит иРНК при синтезе РНК-зависимой РНК-полимеразы (3), которая затем считывает геномную РНК, синтезируя минус-нить полной длины (4). При транскрипции минус-нити синтезируется новая геномная плюс-нить РНК (5) и набор из 5-7 субгеномных иРНК (6). При трансляции каждой субгеномной иРНК синтезируется один белок (7). N-белок связывается в цитоплазме клетки с геномной РНК, в результате чего синтезируется спиральный нуклеокапсид (8). Гликопротеины S и М, или Е1, Е2, переносятся (9, 10) в эндоплазматическую сеть и аппарат Гольджи. Нуклеокапсид почкуется через мембраны внутрь эндоплазматической сети, содержащей вирусные гликопротеины S и М. Вирионы транспортируются к мембране клетки-хозяина (10) и выходят из клетки путём эндоцитоза (11).
В настоящее время известно о циркуляции среди населения четырёх коронавирусов (HCoV-229E, -OC43, -NL63, -HKU1), которые круглогодично присутствуют в структуре ОРВИ, и, как правило, вызывают поражение верхних дыхательных путей лёгкой и средней степени тяжести.
По результатам серологического и филогенетического анализа коронавирусы разделяются на три рода: Alphacoronavirus, Betacoronavirus, и Gammacoronavirus. Естественными хозяевами большинства из известных в настоящее время коронавирусов являются млекопитающие [3].
Генетическая последовательность SARS-CoV-2 сходна с последовательностью SARS-CoV по меньшей мере на 79%.
Основными клетками-мишенями для коронавирусов являются клетки альвеолярного эпителия, в цитоплазме которых происходит репликация вируса. После сборки вирионов они переходят в цитоплазматические вакуоли, которые мигрируют к мембране клетки и путем экзоцитоза выходят во внеклеточное пространство. Экспрессии антигенов вируса на поверхность клетки до выхода вирионов из клетки не происходит, поэтому антителообразование и синтез интерферонов стимулируются относительно поздно. Образование синцития под воздействием вируса обусловливает возможность последнего быстро распространяться в ткани.
Действие вируса вызывает повышение проницаемости клеточных мембран и усиленный транспорт жидкости, богатой альбумином, в интерстициальную ткань лёгкого и просвет альвеол. При этом разрушается сурфактант, что ведёт к коллапсу альвеол, в результате резкого нарушения газообмена развивается острый респираторный дистресс-синдром.
Патогенез новой коронавирусной инфекции изучен недостаточно. Данные о длительности и напряженности иммунитета в отношении SARS-CoV-2 в настоящее время отсутствуют. Иммунитет при инфекциях, вызванных другими представителями семейства коронавирусов, не стойкий и возможно повторное заражение [3].
Оперативная организация
Не смотря на то, что сама структура и организация вируса достаточно понятна, вызывает много вопросов его оперативная организация. Другими словами, что вирус атакует, чем атакует и каковы последствия. Благодаря алгоритмам ДНК-компьютера, удалось установить несколько белковых комплексов и множество микроРНК, которые атакуют экспрессию генов. Внимание привлекает и обилие стоп-кодонов, которые, по всей видимости, являются главным блокировщиком родных жизненных процессов клетки и всего организма в целом. Как известно, нкРНК, к которым относится микроРНК, имеет значение для иммунного ответа клетки и развития болезней [4].
Если в условиях онтогенеза и обычного развития организма существует два типа групп малых РНК-регуляторов:
1. РНК, которые для осуществления функций должны связаться с
белками;
2. РНК, которые комплементарно связываются с другими РК и
составляют большинство регуляторных молекул РНК.
Известен и еще более интригующий механизм непосредственного взаимодействия малых РНК с белками. В любой клетке широко распространены белки, связывающиеся с «традиционными» нуклеиновыми кислотами. Гистоноподобные белки организма помогают корректно упаковать нить ДНК, а специфичные белки-репрессоры имеют сродство к операторной области генов. Показано, что эти репрессоры могут ингибироваться малыми РНК, имитирующими «родные» для этих белков участки посадки на ДНК. Так, на малой РНК CsrB (для бактерий) есть 18 сайтов-«обманок» служащих тому, чтобы белок-репрессор CsrA не смог добраться до своей истинной мишени — гликогенового оперона. Среди белков-репрессоров, «заблудившихся» из-за таких малых РНК, встречаются регуляторы глобальных метаболических путей, что позволяет многократно усиливать ингибирующий сигнал малой РНК. К примеру, так делает малая РНК 6S, «имитирующая» белковый фактор σ70. Конфигурационным «обманом» занимая центры связывания РНК-полимеразы с сигма-фактором, она запрещает экспрессию генов «домашнего хозяйства» [5].
Отдельного внимания заслуживает pH заболевших, который понижается до 6,07. Слабокислая среда запускает разрушения в организме и изменение его «работы» в пользу перестройки в условиях кислой среды [7].
Согласно гипотезе [7.1], РНК создают в кислой среде нестандартные пары оснований. В этом случае, РНК вируса может встраиваться в любую часть РНК орнганизма, образуя единый комплекс.
Действия вируса оказывают влияние на сердечно-сосудистую систему через включение механизмов белков теплового шока (Hsp60, Hsp70, Hsp90, Hsp84, Hsp27, Hsp20), а также через воздействие на гипофиз. Также вирус атакует иммунную систему через воздействие на тимус, эпифиз и лимфатическую систему (в том числе и селезёнку). Таким образом, осуществляется регуляция pH, вызывающее разрушение.
Другими словами, вирус организует универсальный атакующий комплекс на «гены домашнего хозяйства».
Вирус затрагивает и гомеозисные гены, оставляя в них свои частицы для дальнейшей эволюции и сообщения (об этом отдельная часть). Об этом говорят ослабление организма после заболевания вирусом гриппа и родственными вирусами. Это также служит базисом развития агрессивных форм вирусов нового типа.
Ниже будет описан процесс и алгоритмические измерения внутренней работы вируса и его внешней атаки. Окружающая среда вируса
В настоящей работе акцент делается на окружение вируса. Та среда, в которой он находится, определяет не только его активность, но и программы вмешательства. Опираясь на работы учёных из ИФХЭ РАН им. А.Н. Фрумкина, НИТУ МИСиС, МФТИ и ряда других исследовательских центров [7.2], мы рассматриваем pH как фундаментальный оператор смены программы вируса и работы белков. Когда происходит атака вируса, он запускает иммунитет, который в свою очередь, создаёт условия для изменения pH. Организм запускает различные буферные системы, результат работы которых вирус, по нашему мнению, использует для организации собственной среды. Так, повышение температуры приводит к понижению pH слюны, кожи и мочи [7]. В свою очередь, этот процесс запускает буферную систему, которая пытается нормализовать pH - это ускоренное или более высокое дыхание и уже вторичные буферные системы (почки). Изменяемая среда, которая регулируется не только организмом, но и лечением, и принимаемой пищей, «пишет» программу вируса и программу заболевания организма, как это описано в эксперименте с определением дзета-потенциала (см. стр. 25). Конечно, эксперимент проводился с целью определения возможности извлечения передаваемого сообщения - словосочетания. Но из вируса можно извлечь и сложные инструкции ЭВМ типа R (см. стр. 11). Это и сам эксперимент показывают, что вирус работает по определённой логике. И она управляется не логическими вентилями, как это принято в ЭВМ, а с помощью pH.
Также исследование [7.1] указывает на аналогичное поведение других опасных вирусов: ВИЧ, лихорадки Эбола, гепатита, герпеса.
Sars-CoV-2 глазами машины
В вирусе выявлено порядка 699 мобильных элемента. С их помощью вирус оказывает манипуляции на уровне РНК, выводя из строя внутренние системы человека. В Приложении 1 представлены таблицы с машинными кодами вируса Sars-CoV-2 при pH = 7,4 и pH = 6,07. Сравнивая эти две таблицы, становится понятна разница в логике работы вируса при разных уровнях кислотности окружающей среды. Дальнейшая декомпозиция подскажет нам логику операционных команд вируса, а генная сеть укажет на полный функциональный код вируса. Стоит отметить, что коды не статичны. PH постоянно меняется, изменяя режим отдаваемых команд. Также можно извлечь программу или набор инструкций, например, для архитектуры ЭВМ MIPS, или любой иной. Это позволит проще понять оперативные логику, организацию и эффективность вируса и генной организации организма и вируса. Так, например из Приложения 1 машинный код 10010111100111111101101 имеет 23 бита. Для полноценной инструкции ему нужно превратиться в 32 битный набор. Исходя из специфики, дополним следующими символами: 000000000 (при кодах ЭВМ, заполняют нулями. Но тут немного иначе, так как нули - это вполне конкретное состояние, относительно окружающей среды. Поэтому мы здесь дополняем условием нейтральной среды, в которой окажется аминокислота, если белок нужно будет достраивать биологически). Мы имеем 10010111100111111101101000000000. Если рассматривать архитектуру MIPS, то настоящий код будет относится к инструкции типа R: 00000000010110111111100111101001, где опкод 000000 (0), а функция 101001 - это функция sltu - f $d, $s, $t, выполняющая операцию сравнения. Или другой пример: 0000000000000111010111110101111. Это тоже инструкция типа R, можно отнести к операции cache. Конечно, тут нет транзисторов и логические переходы, конструкции программ будут выглядеть иначе. Но отдельные части машинных кодов и программ можно извлекать для интерпретации операционной логики.
Итак, мы видим, что вирус можно представить в виде логического набора сигналов, который определяет ту или иную операцию. Это позволит нам лучше понять его логику поведения. Конечно, те операции, которые совершает вирус в организме не имеют ничего общего с тем, что выводит на монитор с помощью этих инструкций ЭВМ. Но так можно построить ассоциативную логику, разработать словарь.
Теперь мы исследуем атаку вируса на организм. Она протекает по принципу изменения регуляции HOX генов (предположительно), изменяя принципы их работы. Это приводит к изменению в работе иммунитета и производства новых клеток. Вирус атакует адресно, но с помощью свой генной (или правильней сказать - информационной (мРНК, микроРНК сетью), вмешиваясь в регуляцию генной экспрессии, что вызывает контролируемое вирусом производство новых вирусных клеток и белков, и, как следствие, разрушение существующих родных клеток. Логика его вмешательства проста: внедрение своих элементов в регуляторе или близкие к ним части, например, вызывая смещение сайта узнавания. Далее он «ждёт» изменения температуры. При повышении температуры, элементы «втягиваются» в последовательность и в этот момент либо смещает сайт узнавания и далее уже будет производится синтез белка по другой матрице, либо встраивается своей информационной матрицей и организм синтезирует вирусный белок или белок, который нужен вирусу. Изменение в структуре регулятора генной экспрессии наносит организму серьёзный вред. Вирус воздействует на организм, используя реакции иммунитета в качестве собственных триггеров активации (например, повышение температуры). Он это делает для того, чтобы перенести pH равновесие в более кислую среду, в которой вирус работает и начинает инфицирование [8]. Вместе эти процессы могут вызвать повреждение органов и даже смерть организма. В Приложении 2 указаны машинные коды мобильных элементов вируса, а в Приложении 3 - генная (информационная) сеть.
Опираясь на полученные данные об информационных группировках РНК и их сетей, можно констатировать плотную атакующую сеть. На примере атаки на HOX гены, мы можем продемонстрировать, как меняется кодировка генов.
При смене pH большинство генов генерируют совершенно иную инструкцию (биологически под инструкцией стоит понимать как процесс транскрипции и трансляции именно по той программе, которая закодирован в гене). Регуляторная часть узнается по последовательности GGGCGGGGT. Как было указано выше, кодирующих синтез белка вирусных последовательностей не так много. Остальные части вируса представляют вредоносные элементы, нарушающие генную экспрессию: либо встраиваются раньше/позже запрограммированного элемента регуляции экспрессии, дополняют недостающий элемент необходимым, выступая в качестве сайта узнавания или регулирования [9]. Для этого вирус использует систему реакции организма в виде повышения температуры. После повышения, он может встроиться в последовательность мРНК и изменить код. Участок кода, отвечающий за регуляцию гена обозначен зелёным.
Как мы можем заметить, машинные инструкции поменялись. Значительно сократился регулятор и были существенно изменены инструкции. В этой работе написание программных кодов на биологическом и генном языках не приводится.
Гипотеза обмена информацией между вирусами
Вирусы постоянно эволюционируют. Если человек разрабатывает лекарство, в следующем году придет новый вирус, на который это лекарство может не действовать, а его форма будет ещё более агрессивной. Каким образом осуществляется передача информации о состоянии объекта нападения, его иммунитете, если вирус побеждён? Как вообще происходит обмен информацией между видами и типами любых организмов, которые определяют фарватер эволюции? Если смотреть на эволюцию человека, прогресс его окружающего мира, то понятно, что всему основа - это эффективная коммуникация. Если человек осуществляет коммуникацию через органы чувств, то что можно сказать о микроорганизмах или вирусах, которые находятся на разных континентах? Ведь эпицентр может быть один, а изменения вируса учитывают особенности со всех континентов.
В 2019 году мне удалось провести серию опытов по передачи данных на базе генов и белков без прямой передачи данных, а лишь через передачу условий среды (pH).
Таким образом, на расстояние около 1 000 км была де-факто не передана информация, а выращена…или получена точно такая же без погрешностей.
Описание хода эксперимента
Справка
Измерение дзета-потенциала используется для определения стабильности растворов и коллоидов. Значение дзета-потенциала равное 30 мВ (положительное или отрицательное) можно рассматривать как характерное значение, для условного разделения низко-заряженных поверхностей и высоко-заряженных поверхностей. Чем больше электрокинетический потенциал, тем устойчивее коллоид.
Метод измерений основан на исследовании динамического рассеяния света в режиме измерения скорости потока (в режиме лазерного допплеровского анемометра). Данный метод является абсолютным и не нуждается в предварительной калибровке. Возможно проведение исследований концентрированных и непрозрачных систем. Прибор позволяет исследовать зависимости дзета-потенциала от уровня pH в растворе.
Источником излучения служит термостабилизированный диодный лазер с длиной волны 659 нм (мощностью 25 мВт). Необходимый для исследования объем образца – 2 мл (используются стандартные стеклянные кюветы). В кювету с раствором погружается универсальный адаптер из фторопласта с стекло-углеродными или золотыми электродами [10].
Методика измерений
В дисперсных системах на поверхности частиц (на границе раздела частица-дисперсионная среда) возникает двойной электрический слой (ДЭС), состоящий из потенциалопределяющих ионов и слоя противоионов, расположенных в дисперсионной среде.
Слой противоионов состоит из двух слоев:
• Адсорбционный слой (плотный слой), примыкающий непосредственно к межфазной поверхности. Данный слой формируется в результате электростатического взаимодействия с потенциалопределяющими ионами и специфической адсорбции.
- Диффузный слой, в котором находятся противоионы. Эти противоионы притягиваются к частице за счет электростатических сил. Толщина диффузного слоя зависит от свойств системы и может достигать больших значений.
При движении частицы двойной электрический слой разрывается. Место разрыва при перемещении твердой и жидкой фаз друг относительно друга называется плоскостью скольжения. Плоскость скольжения лежит на границе между диффузными и адсорбционными слоями, либо в диффузном слое вблизи этой границы. Потенциал на плоскости скольжения называют электрокинетическим или дзета-потенциалом (ζ-потенциал). Другими словами, дзета-потенциал - это разность потенциалов дисперсионной среды и неподвижного слоя жидкости, окружающего частицу.
Для молекул и частиц, которые достаточно малы, высокий ζ-потенциал будет означать стабильность, т.е. раствор или дисперсия будет устойчивы по отношению к агрегации. Когда ζ-потенциал низкий, притяжение превышает отталкивание, и устойчивость дисперсии будет нарушаться. Так, коллоиды с высоким ζ-потенциалом являются электрически стабилизированными, в то время, как коллоиды с низким ζ-потенциалом склонны коагулировать или флокулировать.
Для измерения дзета-потенциала используется метод электрофоретического рассеяния света. Этот метод основан на методе динамического рассеяния света в конфигурации лазерного доплеровского анемометра (ЛДА), который используется для измерения скоростей потоков жидкости и газа. Для измерения заряда частиц в исследуемый образец помещается пара электродов, на которые подается постоянное напряжение. Частицы в образце будут двигаться к электроду противоположного заряда с определенной скоростью. Скорость движения частиц измеряется с помощью лазерного доплеровского анемометра. В режиме измерения скорости в спектре рассеянного света появляется компонента, смещенная относительно несущей частоты на величину допплеровской частоты, которая пропорциональна скорости движущихся частиц.
Скорость движения частиц в поле, рассчитанная из фазовой функции, позволяет определить электрофоретическую подвижность частиц:
μE=ν/E
v - скорость движения заряженных частиц в электрическом поле с напряженностью E.
Электрофоретическая подвижность частиц пересчитывается в дзета-потенциал с использованием теории Смолуховского и применением поправок для различной толщины двойного электрического слоя.
ζ=(3ημE)/2ε,
где ζ – дзета-потенциал, ε – диэлектрическая проницаемость, η – вязкость.
Эксперимент делился на две части. В ходе проведения первой части эксперимента был измерен дзета-потенциал группы отдельно размещенных аминокислот (Таблица 1). Каждый шаг изменения ph должен порождать таким образом заряды, чтобы генерировался машинный код: если кислая среда, то 0, если основная среда, то 1. вычитаем из pl ph. Если pl-ph = промежутку от 0 до 0,7, то результат 10. Если pl-ph = промежутку от 0 до-0,7, то результат 01. Если pl-ph=от 0,71 до 2, то результат будет 0, если pl-ph = от 2,01 до 4, то результат 00, если pl-ph = от 4,01 и выше, то результат 000. В нейтральной среде генерируется сигнал либо 10 (если динамика изменения среды движется к кислотной) и 01 (если динамика среды движется к щелочной). В итоге при каждом изменении мы должны подтвердить, то получаем инструкцию сообщений (1 изменение производит 1 машинное слово; 1 машинное слово = 32 бита = 32 аминокислоты). Если же нет, то должны выявить, сколько шагов и измерений создадут машинную инструкцию в виде выражения или слова «gene network». Пока на английском, так как готова таблица кодов ASCII только на английском. Пример ниже: gene network при ph = 6,027. Для изменения кислотности растворов применялась HCL (соляная кислота) и KOH (щёлочь). Для измерения значений водородного показателя среды применялся pH-метр MettlerToledo-MP220, который позволяет измерить с точностью до 0,01 единиц.
pH-метр калибровался с помощью трех технических буферных растворов: 4,01; 7,00 и 9,21 единиц.
Для проверки достоверности полученных результатов, использовались: анализатор размеров частиц и дзета-потенциала.
Измерения дзета-потенциала растворов белков проводились на установке "Анализатор размеров частиц и дзета-потенциала ", представленной на (рис. 3).
Лазер является источником света для освещения частиц в образце. Для измерения дзета-потенциала падающий луч делится на два луча. Опорный луч необходим для модуляции в эффекте Доплера. Лазерный луч проходит через центр ячейки с образцом, и рассеянный сигнал регистрируется под углом 17˚. Когда на ячейку подается напряжение, движение частиц в измеряемом объеме приводит к флуктуациям интенсивности света с частотой пропорциональной скорости частиц. Детектор передает информацию на цифровой сигнальный процессор. Эта информация затем передается на компьютер, где с помощью программы Zetasizer Nano производится создание частотного спектра, из которого рассчитывается электрофоретическая подвижность и дзета-потенциал. Интенсивность рассеянного света должна быть в пределах определенного диапазона, чтобы детектор мог успешно её измерить. Чтобы избежать перегрузки детектора, используется аттенюатор для снижения интенсивности лазерного излучения и, следовательно, снижения интенсивности рассеянного света.
Электрофоретическая подвижность измеряется электрофоретическим методом и с помощью измерения скорости частиц методом лазерного доплеровского измерения скорости (LDV).
Уравнение Генри имеет вид:
𝝃 – дзета-потенциал, UE– электрофоретическая подвижность, 𝜺 – диэлектрическая проницаемость, 𝞰 – вязкость, f (ka) – функция Генри.
Измерение электрофоретической подвижности осуществляется следующим образом: ячейка с электродами, представленная на Рис.4, на любой из двух электродов, которой прикладывается потенциал. Частицы движутся к электроду противоположного заряда, их скорость измеряется и выражается в единицах поля, как их подвижность. Измерительные электроды в ячейке расположены на расстоянии 2 мм друг от друга в непосредственной близости от зоны измерения.
Лазерное доплеровское измерение скорости – метод, используемый для измерения скорости движение заряженных частиц в электрическом поле, который использует эффект Доплера. Если лазерный луч проходит через образец, скорости частиц, которых имеют нулевую скорость, то рассеянный свет имеет ту же частоту (F1), что и падающий лазерный (F1). Если, однако, частицы перемещаются, то рассеянный свет будет иметь частоту (F2) большую, чем частота падающего луча. Таким образом, свет, рассеянный от движущейся частицы испытывает сдвиг частоты (Рис.5).
Сдвиг частоты, который испытывает рассеянный луч, равен:
где V – скорость частицы, 𝞱 – угол рассеяния, 𝝀 – длина волны лазера.
Анализ доплеровского сдвига в приборах Zetasizer Nano серии проводится с помощью методики фазового анализа рассеянного света (PALS). Вместо того чтобы измерять сдвиг частоты, измеряется разность фаз. Фаза, по определению, является произведением частоты на время, поэтому с помощью методики PALS можно измерять образцы с низкой подвижностью, например, образцы с высокой вязкостью растворителя [10].
Ход эксперимента
Сперва было записано выражение «Gene network» (на английском языке, так как на момент проведения эксперимента был полностью готов и апробирован словарь первой части таблицы ASCII). Затем было установлено общее значение среды pH = 6,027 и последовательно измерен дзета-потенциал каждой аминокислоты. После этого показатель среды был сообщен средством телефонной связи второй экспериментальной группе, находящейся в другой лаборатории, на расстоянии примерно 19,3 км. После изменения кислотности среды в пробирках на показатель 6,027 и замеров последовательно дзета-потенциалов каждой аминокислоты, участники получили набор сигналов, который был декодирован в машинный код. После чего получено сообщение «gene network».
Соответствующая запись была сделана в проколе эксперимента в обеих группах.
Вторая часть эксперимента заключалась в изменении среды для трёх аминокислот таким образом, чтобы получить машинный код текста и дешифрировать его как «gene network». Эксперимент проводился с аминокислотами треонин, тирозин и серин. Далее с шагом в 0,1 секунду отправлялись команды об изменении среды. таким образом, что получался машинный код (Таблица ниже).
Как и в первой части эксперимента, между группами передавалось только условие изменения pH. Только в данном случае - серия изменений и временной шаг.
Результаты передачи информации были зафиксированы в протоколах групп.
Исходя из полученной информации, которая использовалась исключительно для исследования возможности обмена информацией внутри и вне ДНК-компьютера, было выдвинуто предположение, что вирусы и организмы в целом могут запускать механизм передачи накопленной информации, достигнув какого-то уровня pH, соответствующему этому процессу. Для вируса гриппа этот уровень pH=6,07 предположительно. Другими словами, когда pH организма (слюны, кожи) опускается на этот уровень, запускается процесс обмена данными об организме. В ходе полученной информации, вирус в эпицентре начинит эволюционировать, на базе накопленных данных. Конечно, теория о том, что свинья может заразиться вирусами от разных животных и быть инкубатором для разных вирусов - звучит убедительней. Но я хочу заметить, что это только первый шаг и только предположение на базе алгоритмов. Уверен, совместная работа с вирусологами, биологами, генетиками и инженерами информационных технологий, принесет намного больше плодов, чем работа одного инженера.
Заключение
Алгоритмами ДНК-компьютера была представлена информация, которая описывает операционную закономерность и изменения в оперативном исполнении, в зависимости от изменения условий окружающей среды. Из других исследовательских материалов видно, что вирус атакует системы в первую очередь для изменения окружающей среды, чтобы запустить механизмы своего развития и организации среды своего обитания.
Для более детального исследования, конечно, требуется значительно большее количество ресурсов: времени, сил, лабораторий и правильно сформулированных задач. Исследование показало, что вирус можно понять и с помощью машинного языка, а также извлечь из него вполне понятные инструкции ЭВМ. Это большой шаг в развитии информационной биологической логике, которая позволит понят организацию действий любой ДНК/РНК-структуры и разработать лекарство, способ или метод лечения, прибегнуть к более точечным и точным решениям в области медицины и фармацевтики. Также это позволит расширить диапазон информационных технологий.
Список литературы
[1] - Новая коронавирусная инфекция (COVID-19): этиология, клиника, диагностика, лечение и профилактика. Учебно-методическое пособие. Академия постдипломного образования ФГБУ ФНКЦ ФМБА РОССИИ
[2] - Новая коронавирусная инфекция (COVID-19): этиология, клиника, диагностика, лечение и профилактика. Учебно-методическое пособие. Академия постдипломного образования ФГБУ ФНКЦ ФМБА РОССИИ
[3] - Новая коронавирусная инфекция (COVID-19): этиология, клиника, диагностика, лечение и профилактика. Учебно-методическое пособие. Академия постдипломного образования ФГБУ ФНКЦ ФМБА РОССИИ
[4] - https://biomolecula.ru/articles/bolshie-dela-nebolshikh-molekul-kak-malye-rnk-dirizhiruiut-genami-bakterii ; https://biomolecula.ru/articles/kodiruiushchie-nekodiruiushchie-rnk
[5] - https://biomolecula.ru/articles/bolshie-dela-nebolshikh-molekul-kak-malye-rnk-dirizhiruiut-genami-bakterii ; https://biomolecula.ru/articles/kodiruiushchie-nekodiruiushchie-rnk
[7] - Клинико-патогенетическое значение pH-метрии слизистой ротоглотки, мочи и кожи у больных гриппом и
других ОРВИ. А.А.Кудрин, Ю.М.Амбалов, С.В.Гнутов, В.В.Пантелеева
[7.1] - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3372908/
[7.2] - https://www.mdpi.com/1422-0067/19/5/1358/htm; https://www.mdpi.com/1422-0067/19/5/1483 ;
https:// www.mdpi.com/1422-0067/18/12/2598
[8] - https://indicator.ru/biology/proniknovenie-virusa-v-kletku-31-07-2018.htm , Генетика бронхоолегочный
заболеваний А.Г. Чучалин, науч. ред. Л.М. Огородова, В.П. Пузырёв
[9] - Основы молекулярной биологии клетки Б. Альберт, Д. Брей, Л. Хоакин, А. Джонсон, Дж. Льюис, М. Рэйф, К.
Робертс, П. Уолтер [стр. 250-275], Клиническая генетика Г.Р. Мутовин.
[10]- Оптические свойства макромолекул белков и ферментов в водных растворах, содержащих металлические
ионы. На правах рукописи УДК 535.36:53.082.5:612.398.1:577.32 Фёдорова Ксения Вячеславовна.
[11] - Оптические свойства макромолекул белков и ферментов в водных растворах, содержащих металлические ионы. На правах рукописи УДК 535.36:53.082.5:612.398.1:577.32 Фёдорова Ксения Вячеславовна.
Благодарности
В написании настоящей работы, хотим выразить благодарность аспиранту лаборатории органического синтеза кафедры медицинской химии и тонкого органического синтеза МГУ им. Ломоносова Некрасову Михаилу Дмитриевичу и молекулярному биологу Минашкину Михаилу Михайловичу, которые оказывали комплекс консультаций независимо друг от друга на протяжении более, чем одного календарного года. Благодаря их ответам на вопросы, стало возможным создание низкоуровневых алгоритмов для работы ДНК-компьютера и написана эта работа. Огромное спасибо, друзья!
Ссылка на скачивание исследования. Там есть приложения и атакуемые органы. https://drive.google.com/file/d/1YUVWTlBpyDE1B7U9HWFRI5nTXA3J5C8E/view?usp=sharing