12 апреля, в НМИЦ гематологии Минздрава России состоялся научный семинар на тему «Молекулярная коммутация: новый механизм хранения информации в ДНК».
В качестве докладчика выступил д.ф-м.н. Максим Никитин. В своём докладе он кратко напомнил участникам семинара работу Дж. Уотсона и Ф. Крика 1953 года о двойной спирали ДНК, в которой на рассмотрение широкой публики был вынесен принцип матричной комплементарности AT и GC пар оснований в двунитевых цепях ДНК.
При анализе взаимного связывания десятизвенных олигонуклеотидов было выяснено, что помимо полной комплементарности весьма вероятными являются и неполнокомплементарные структуры. К однонитевым «затравочным» олигонуклеотидам могут присоединяться олигомеры, не являющиеся полностью комплементарными.
С точки зрения теории информации это означает, что в «матричном» копировании информации может иметь место вариативность.
Докладчик показал, что при огромном изобилии вариантов 10 нуклеатидных олигомеров эффекты «неточного» копирования могут реализовываться со статистической достоверностью. Это дало ему основание рассмотреть гипотетические возможности создания вычислительных устройств на основе эффектов нечеткого матричного копирования.
Максим Никитин показал, что все основные логические операции, такие как логическое «AND», «ОR», «HOR», а также операции логического отрицания могут быть в принципе реализованы с помощью метода, названного им «молекулярной коммутацией». Он продемонстрировал действующий прототип устройства, способного выполнять функции включения и выключения генов, управляющих образованием фермента люциферазы. Последний, как известно, играет центральную роль в явлениях хемилюминесценции, то есть позволяет наглядно визуализировать картины «логической» работы генов.
Оказалось, что с помощью рассмотренных докладчиком молекулярных систем, помимо выполнения всех элементов Булевой алгебры, имеется реальная возможность непосредственно производить математические вычисления и строить целый ряд алгебраических и тригонометрических функций. К числу достоинств своего метода аналоговых вычислений Максим Никитин относит его скорость. По сравнению с более ранними работами по нейрональным сетям, в рамках которых решались вычислительные задачи, показано, что новый метод выигрывает примерно два порядка по скорости.
После доклада возникла оживленная дискуссия вокруг вопроса, о том имеет ли место «молеклярная коммутация» в онкогенезе. Докладчик сообщил, что на сегодняшний день это открытая проблема. Целью его работы было указать на наличие новой принципиальной возможности, а также найти заинтересованных партнеров из числа молекулярных биологов и врачей. Оживленная дискуссия продолжилась и после окончания семинара. Максим Петрович ответил на все вопросы слушателей, а затем посетил ряд лабораторий НМИЦ гематологии Минздрава России.
Сообщение по материалам свежей работы автора:
«Non-complementary strand commutation as a fundamental alternative for information processing by DNA and gene regulation», опубликованной вNature Chemistry, vol. 15, January 2023| 70-82