Аналіз інформаційних процесів у бактерії

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналіз інформаційних процесів у бактерії

Вишняков Володимир Михайлович

канд. техн. наук, доцент,

доцент кафедри кібербезбеки та комп'ютерної інженерії

Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна

Анотація

У статті розглянуто інформаційні процеси, що відбуваються у бактеріях, які є найдавнішими і найпростішими з усіх живих клітин. Якщо вважати, що розвиток життя відбувався від найпростішого, то саме бактерія має претендувати на роль тої живої істоти, з якої започатковано життя на Землі. Акцентується увага на значенні інформації у життєвому циклі бактерії, а також на тому, що пов'язано із забезпеченням процесу її поділу, без чого життя було б приречене на загибель. Докладно розглянуто та проаналізовано роль молекул ДНК та РНК у житті бактерії. Показано, що механізми клітини не можуть утворюватись без активного обміну речовин (метаболізму). Це означає, що живу клітину (навіть мінімальну), неможливо з нуля побудувати шляхом випадкового з'єднання молекул без участі інформації, яка закодована у ДНК, та без наявності цитоплазми у активному стані, що може існувати лише у живому організмі. Ключові слова: синтез бактерій, інформаційні процеси у бактерії, життєвий цикл бактерії, РНК бактерії, мінімальний геном, вічність життєвого циклу бактерії.

Вступ

Руйнування живих клітин може відбуватися миттєво, а для їх побудови потрібен певний час. Причина цього полягає у тому, що утворення клітин є інформаційним процесом, в якому, крім законів фізики та хімії, використовується технологічна інформація, яка є ланцюжком вказівок про те, що до чого, як і в якій послідовності слід приєднувати. За цими вказівками реалізуються процеси в живих клітинах, включаючи поділ клітин, завдяки якому замість старої клітини утворюються дві нові, що приводить до їх розмноження, без чого життя зникло б. Бактерію можна вважати основою земного життя, бо вона є найстарішою та найменшою з усіх живих істот, які здатні до автономного розмноження. Завдяки технічному прогресу за останні десятиріччя вдалось глибоко дослідити на молекулярному рівні значну кількість процесів, що відбуваються у живих клітинах. Це надає змогу отримати загальну картину усієї послідовності дій, які відбуваються у живій клітині від моменту її появи після ділення, до моменту її наступного ділення.

Аналіз публікацій

інформаційний життєвий цикл бактерія

Результати досліджень у біології показали, що технологічна інформація для поділу клітин зберігається у молекулі ДНК. Така молекула є основним елементом всіх живих клітин, здатних до автономного розмноження. Синтез

ДНК живої клітини вперше був реалізований у JCVI (The J. Craig Venter Institute) у 2010 році. Про що було сказано: "Єдина ДНК у клітинах - це штучно синтезована послідовність, включаючи «водяні знаки» та інші створені генні делеції та поліморфізми ДНК, а також мутації, отримані в процесі її побудови. Нові клітини мають очікувані фенотипічні властивості і здатні до безперервного розмноження." [1]. Наступним досягненням JCVI було створення мінімального геному, про що було сказано: "Три цикли проектування, синтезу та тестування зі збереженням квазінеобхідних генів дали результат JCVI-syn3.0 (531 тис. пар нуклеотидів, 473 гени), де геном менший за будь -яку клітину, що здатна до автономного розмноження." [2]. Вдалося визначити мінімальний обсяг необхідної технологічної інформації для клітини, яка здатна розмножуватися, про що сказано: "Геномний підприємець Craig Venter створив синтетичну клітину, яка містить найменший геном з усіх відомих незалежних організмів. Функціонуючи з 473 генами, клітина є важливою віхою 20-річних пошуків його команди, щоб звести життя до лише необхідного» [3]. Як визнав Craig Venter, пошук мінімальної молекули проводився методом спроб і помилок. Молекулу ДНК синтезували шляхом видалення ділянок, які не впливають на здатність розмножуватися. Після синтезу, який проходив у спеціалізованому пристрої, молекулу вводили у клітину живої бактерії замість видаленої природної ДНК. Для процесу мінімізації ДНК було створено комп'ютерну копію природної ДНК бактерії, яка стала інформаційною основою всіх подальших експериментів.

Мета даної роботи - визначити роль інформаційних процесів у клітинах з мінімальним геномом та показати можливість існування вічного життєвого циклу.

Матеріал досліджень

Оскільки ДНК є послідовністю з чотирьох елементів (нуклеотидів: A - аденін, G - гуанін, C - цитозин, T - тимін), то позначивши їх двійковими числами (наприклад: 00 - аденін, 01 - гуанін, 10 - цитозин, 11 - тимін), цю послідовність можна занести у пам'ять комп'ютера. Звернімо увагу, що через комп'ютерну пам'ять (де крім послідовності чисел 0 і 1 нічого немає) не можна передати ніяку матеріальну частку, а можна передати лише інформацію. Цієї інформації, як підтверджено експериментами [1-2], цілком достатньо для синтезу молекули ДНК штучним шляхом із відомих хімічних елементів. Хоча молекула ДНК є інформаційним центром будь-якої живої клітини (носієм генетичної інформації), вона не має органів для виконання команд, які в ній зберігаються. Носії здатні тільки зберігати інформацію, а для перетворення її у дії існують інші механізми живих клітин, завдання яких полягає у виконанні команд із молекули ДНК. Важливим результатом цих дій є розмноження клітин шляхом поділу. Інформація, що міститься в пам'яті ДНК, нагадує довготривалу пам'ять комп'ютера, наприклад, на магнітному диску. Щоб виконати програму, потрібно скопіювати її з довготривалої пам'яті в оперативну. У клітинах роль оперативної пам'яті грає мРНК (матрична чи інформаційна РНК). Синтез ряду необхідних складових для клітин відбувається з використанням інформації з ДНК в наступній послідовності:

- Фермент (каталізатор) РНК-полімераза наближається до молекули ДНК і, пересуваючись уздовж молекули ДНК, утворює копію ділянки ДНК у вигляді молекули мРНК [4]. Цей процес у біології називають транскрипцією (transscription).

- За інформацією, скопійованою в мРНК, механізм, який називається рибосомою, здійснює синтез білка з амінокислот, які доставляє транспортна РНК. Цей процес у біології називається трансляцією (translation). Трійки нуклеотидів (триплети) в мРНК є командами для приєднання амінокислот до синтезованої молекули білка. Наприклад, триплет CAG означає, що слід приєднати глутамін (Gln/Q).

- Після завершення синтезу білка мРНК руйнується на окремі нуклеотиди за допомогою механізму РНКаз (рибонуклеази).

Проаналізуємо цикл інформаційних процесів у мінімальній бактеріальній клітині, починаючи від її появи після поділу, до її поділу на дві нові клітини. Початком такого циклу є копіювання інформації з молекули ДНК за допомогою РНК-полімерази у молекулу РНК, що проілюстровано на рис. 1 [5].

Рис. 1. Схема копіювання фрагмента ДНК у РНК за допомогою РНК-полімерази

На схемі показаний фрагмент молекули ДНК (DNA) з роз'єднаною ділянкою подвійної спіралі. На цій ділянці механізм РНК-полімерази (RNAP) синтезує черговий фрагмент молекули РНК (RNA). Одержувана РНК є одинарним ланцюгом з чотирьох нуклеотидів, де, на відміну від ДНК, місце тиміну (T) займає урацил (U). Процес копіювання кожної молекули РНК починається зі стартової комбінації нуклеотидів в молекулі ДНК, що має назву promoter, а закінчується після появи комбінації, яку називають terminator. Хоч РНК-полімеразу вважають ферментом або каталізатором, але її дії, які описані дослідниками, свідчать, що це складний механізм, який виконує наступне [6]:

- виявляє місце на молекулі ДНК, до якого слід приєднатись;

- рухаючись вздовж молекули ДНК, аналізує послідовності нуклеотидів;

- виявивши стартову послідовність (promoter), починає синтез ланцюгу РНК зі швидкістю від 10 до 100 нуклеотидів на секунду;

- під час синтезу реагує на кожний наступний нуклеотид (з молекули ДНК) приєднанням відповідного комплементарного нуклеотиду до ланцюгу РНК (під комплементарними слід розуміти пари нуклеотидів AU, TA, GC та CG, які притягуються один до одного);

- призупиняє синтез після утворення послідовності UUUU, яка відповідає послідовності AAAA у молекулі ДНК.

Слід зауважити, що у механізмі РНК-полімерази не має засобу відрізання ланцюга РНК. Тому для завершення процедури синтезу чергового ланцюга РНК у молекулі ДНК перед послідовністю AAAA знаходиться послідовність CGGGCGGCTTTCCGCCCG, яка у синтезованому ланцюгу РНК, за рахунок взаємного притягання нуклеотидів C і G, приводить до появи структури у формі шпильки. Процес формування та форма цієї структури показані на рис. 2 та рис. 3, відповідно [6].

Слід звернути увагу на те, що наявність комплементарних ділянок на певній відстані одна від одної у молекулі ДНК фактично є вказівкою на те, що у синтезованому ланцюгу РНК такі ділянки потрібно з'єднати між собою. Такий метод надання вказівок через структуру ДНК використовується для побудови з ланцюгів РНК усіх складних механізмів живих клітин. Міцність отриманих з'єднань збільшується зі зростанням довжини комплементарних ділянок.

Рис. 2. Схема формування структури, якою завершується синтез ділянки РНК

Рис. 3. Форма структури, що нагадує шпильку (hairpin)

Роль утворених ланцюгів РНК полягає у забезпеченні наступних двох категорій процесів.

По-перше - управління синтезом білків. Молекули РНК, що керують синтезом білків, позначають мРНК. Число їх різновидів повинне дорівнювати кількості видів синтезованих білків.

По-друге - створення всіх механізмів клітини. Такі РНК позначають, відповідно до назв створюваних механізмів, наприклад, для створення рибосом - рРНК, а для створення транспортних РНК - тРНК.

Із загального обсягу РНК понад 80% становить рРНК, близько 10% посідає тРНК і приблизно 0,5% - мРНК. Число типів РНК, які відповідають різним механізмам, є обмеженим, оскільки всі вони є копією ділянок ДНК, що складається всього лише з 531 тис. пар нуклеотидів у мінімальній бактерії.

Процес синтезу білків рибосомою схематично представлено на рис. 4 [7].

Рис. 4. Схема синтезу білків за допомогою механізму рибосоми

На схемі в нижній частині поверх рибосоми (ribosome) показаний фрагмент молекули мРНК (messenger RNA), яка є послідовністю з чотирьох нуклеотидів (U - урацил, G - гуанін, A - аденін, C - цитозин). Трійки нуклеотидів в мРНК, іменовані кодонами, є командами на приєднання (однієї з 20) амінокислот до молекули білку. Крім того, є стартовий (AUG) та стопові (UAG, UGA або UAA) кодони для позначення початку та кінця синтезованої молекули білка. Доставку амінокислот здійснюють транспортні РНК (tRNA), в нижній частині яких показані трійки нуклеотидів, які називають антикодонами. Завдяки властивості взаємного тяжіння нуклеотидів U з A, а також G з C антикодон кожної tRNA притягується до свого кодону. Після приєднання амінокислоти до молекули синтезованого білка, tRNA віддаляється від рибосоми до цитоплазми клітини за черговою молекулою амінокислоти. Пошуком та приєднанням молекул амінокислоти до tRNA займаються спеціальні механізми, які називаються aminoacyl tRNA synthetase [8]. Таких механізмів є 20 типів відповідно до кількості амінокислот.

Для підготовки клітини до поділу необхідно, щоб білків і всіх клітинних механізмів, таких як рибосоми, tRNA і РНК-полімерази стало не менше, ніж удвічі більше за необхідне для однієї клітини. Після цього молекула ДНК подвоюється за допомогою механізму ДНК-полімерази [9]. Далі обидві молекули ДНК віддаляються одна від одної, відтягаючи із собою певну частину необхідних механізмів, потім клітина поділяється на дві нові клітини. РНК-полімерази наближаються до молекул ДНК лише після завершення процесу поділу.

Тривимірна модель молекули tRNA та структура сполук її пар нуклеотидів показані на рис. 5 та рис. 6, відповідно [1 0].

Рис. 5. Тривимірна модель молекули транспортної РНК

Рис. 6. Структура сполук нуклеотидів у транспортній РНК

Усі молекули РНК спочатку являють собою одиночні ланцюги, але завдяки притяганню один до одного пар нуклеотидів (UA і GC) вони згортаються, утворюючи стійкі просторові структури. Механізми транспортної РНК щодо різних амінокислот мають схожу структуру. На малюнках у нижній частині показані антикодони (три нуклеотиди, виділені червоним). Верхнє розімкнене стебло служить кріпленням для амінокислоти, а інші стебла служать для орієнтування руху тРНК поблизу рибосоми.

Механізм рибосоми є найскладнішим із усіх механізмів клітини. На рис. 7 та рис. 8 показана структура сполук у ланцюзі нуклеотидів рибосомної РНК [7].

У ланцюзі рибосомної РНК є три ділянки, які на рис.7 позначені 23S, 5S та 16S. їх довжина становить 2904, 120 та 1542 нуклеотидів, відповідно. Менша складова частина призначена для розпізнавання кодонів, а більша - для синтезу білків. Зауважимо, що середня довжина бактеріальної тРНК становить лише 77,6 нуклеотидів. При згортанні рибосомної РНК до механізму рибосоми приєднуються 52 молекули білка, які становлять близько 40% маси механізму (позначені синім кольором).

Рис. 7. Структура сполук нуклеотидів у двох складових частинах рибосомної РНК. Зліва показані з'єднання у більшій складовій частині рРНК, а праворуч - у меншій

Рис. 8. Тривимірна модель меншої складової рибосоми

Якщо участь інформації в процесі синтезу білків детально описана, то в частині побудови механізму рибосоми такої деталізації немає. Виникає питання: де знаходиться інформація для перетворення ланцюга рРНК на механізм рибосоми? Принцип такого перетворення проаналізуємо на прикладі тРНК (див. рис. 4). Оскільки нуклеотидів в парах UA і GC мають властивість притягуватись один до одного, то достатньо звернути увагу на здвоєні ділянки і помітити в них наявність таких пар. Там, де таких пар немає, утворюються петлі. Іншими словами, у структурі кожного одиночного ланцюга РНК є інформація про те, де має бути здвоєна ділянка, а де - петля. Процес формування цих структур здійснюється в цитоплазмі, що на 80% складається з води, де через метаболізм постійно відбувається рух різних частинок і молекул. Здвоєні ділянки нуклеотидних ланцюгів мають властивість скручуватися (приблизно один оберт на 10,4 пар нуклеотидів), що дозволяє їм згинатися у будь-якому напрямку під час формування структур механізмів.

У місцях утворення петель та на кінцях молекул РНК утворюються активні ділянки, які можуть притягувати та/або приєднувати комплементарні ділянки інших РНК. Для того, щоб забезпечити пошук і приєднання потрібного елемента, існують спеціальні механізми, прикладом яких є механізм aminoacyl tRNA synthetase [8], який захоплює і приєднує потрібну амінокислоту до кінця tRNA. Крім того, є спеціалізовані РНК механізми, які називаються рибозимами [11]. За допомогою цих механізмів відбувається зрощення та розрізання ланцюгів РНК, а також реалізація переміщення частин РНК механізмів.

Таким чином, представлений аналіз показав, що в послідовності нуклеотидів РНК закладено інформацію про те, в яких місцях буде здвоєна ділянка, а в яких - петля для приєднання інших елементів. Інакше кажучи, у первинному ланцюгу ДНК є закодований план, за яким здійснюється побудова структур механізмів. Підтвердженням цього є те, що механізми, які утворені, в переважній більшості ідентичні, що без плану призводило б до різноманіття їх структур. Молекули білків у структурі рибосоми заповнюють вільні місця в її зовнішній частині, чим може забезпечуватись жорсткість конструкції, оскільки у процесі синтезу, що відбувається у внутрішній частині рибосоми, білки не використовуються. Для забезпечення життєздатності у бактеріальній клітині необхідно вирішувати ряд задач, що пов'язані з обробкою інформації.

По-перше, слід вести облік кількості діючих механізмів за типами, оскільки небезпечним є як недостача, так і надлишок механізмів будь -якого типу. Це також необхідно для визначення моменту поділу клітини.

По-друге, слід відстежувати кількість синтезованих білків, оскільки їх недостача або надлишок, становлять небезпеку для життя клітини.

По-третє, клітина повинна мати інформацію про місця у молекулі ДНК, до яких слід звертатися для виконання тієї чи іншої процедури.

Найбільш вірогідним варіантом вирішення перерахованих завдань є побудова молекули ДНК таким чином, щоб ділянки, що кодують механізми або білки, яких потрібно більше, зустрічалися частіше, ніж ті, яких потрібно менше. Наприклад, в кільцевій молекулі ДНК кишкової палички є 10 однакових ділянок для кодування рибосомної РНК. Це свідчить про те, що для даної бактерії

синтезувати білки потрібно в 10 разів частіше, ніж виконувати ті операції, для формування механізмів яких, ділянка ДНК присутня лише один раз. Зауважимо, що для побудови такої ДНК потрібно заздалегідь знати потреби клітини у її життєдіяльності. Якщо в ДНК частота появи ділянок, що кодують РНК для синтезу механізмів і білків, відповідає потребам клітини, то весь необхідний облік значно спрощується, бо потрібне співвідношення між кількістю механізмів і білків буде дотримуватись автоматично.

Враховуючи можливості синтезу механізмів клітини, за допомогою РНК - полімерази, можна помітити, що для забезпечення бактеріальної клітини здатністю до розмноження необхідні лише три складові: ДНК, РНК-полімераза і цитоплазма живої клітини. Далі, як було описано вище, РНК-полімераза наближається до ДНК і починається процес побудови РНК молекул різних типів. Потрапляючи в цитоплазму, молекули РНК перетворюються на механізми клітини, або керують синтезом білків. Цитоплазма є найменш вивченим об'єктом клітини. У живій клітині вона розмножується сама собою. Про участь інформації в її розмноженні поки що невідомо. Цитоплазма є продуктом життєдіяльності клітини і веде себе як колоїдний водний розчин або як гель, затримуючи частинки розміром більше 10-7 м. Якщо ДНК та РНК можуть бути синтезовані штучним шляхом з використанням інформації, скопійованої з живих клітин, то про синтез цитоплазми поки що відомостей немає. З метою знаходження мінімального геному з ДНК бактерії видаляли ділянки, які не впливали на функцію розмноження як найбільш важливу для життя. При цьому клітину поміщали у сприятливе середовище. Відомо, що в клітинах бактерій є механізми для спороутворення та переходу в стан анабіозу, а також для виходу з цих станів. Такі механізми не використовуються, якщо клітина знаходиться у сприятливому середовищі. Однак при їх відсутності клітина загине у разі зміни середовища. Практичні результати показують, що природні бактерії здатні зберігати життєздатність у несприятливому середовищі понад 100 млн. років [12]. Також можна пригадати повернення до життя бактерії, яка перебувала на Місяці у апараті "Surveyor 3" близько 1000 днів і була повернена на Землю астронавтами "Apollo 12".

Відкриття мінімального геному виявило механізми бактерії, без яких вона не здатна розмножуватись. До таких механізмів, насамперед, слід віднести рибосоми та транспортні РНК. Особливий інтерес представляє питання побудови цих механізмів за програмою, що міститься у ДНК. Як видно з проведеного аналізу, ланцюги нуклеотидів РНК, що скопійовані з ДНК, мають комплементарні ділянки. При попаданні ланцюга РНК у цитоплазму, де через активність середовища, цей ланцюг згинатиметься, комплементарні ділянки притягнуться і з'єднаються, а між ними утворяться петлі (див. рис. 6 або рис. 7). У петлях передбачені послідовності нуклеотидів, які комплементарні до ділянок інших РНК для утворення сполук з ними. Прикладом є приєднання антикодонів до кодонів. Отже, виявляється, що у ДНК запрограмовані процеси побудови структури механізмів та їх взаємодії. Створити таку програму, не маючи інформації про те, що має вийти в результаті, виглядає нереально. З досвіду програмування відомо, що неможливо створювати комп'ютерну програму, не маючи уяви про те, яким має бути результат її роботи. У всіх відомих випадках,

перш ніж складати програму, потрібно мати уявлення про результат, який має бути досягнутий. Хоча всі клітини, що розмножуються, можуть удосконалюватися і накопичувати інформацію, використовуючи природний метод спроб і помилок, але це відбувається лише у живій клітині, а не в процесі її початкового створення.

Питання про місце знаходження інформації для побудови усіх механізмів бактерії можна вважати роз'ясненим. Ця інформація знаходиться у молекулі ДНК у вигляді комплементарних ділянок, якими надаються вказівки про те, що до чого і у якому місці слід приєднати. Цього цілком достатньо, щоб утворити з одиночних ланцюжків РНК структури усіх механізмів живої клітини і тим самим підготувати місця для приєднання молекул білків та взаємодії з іншими механізмами.

На основі проведеного аналізу можна оцінити кількість знань, які потрібно мати для створення життєвого циклу мінімальної бактерії.

По-перше, для побудови молекули ДНК потрібно знати, що вона є ланцюжком з чотирьох нуклеотидів, а також знати в якій послідовності ці нуклеотиди з'єднувати. Достатність цих знань підтверджена практичними роботами JCVI. Можна відзначити, що в інформації, що міститься в ДНК, є надмірність, оскільки є повторення багатьох ділянок. У природі, мабуть, завдання мінімізації довжини молекули ДНК не стояло, а завдяки повторенням було вирішено задачу дотримання оптимального співвідношення кількості елементів клітини які синтезуються. Для цього, безумовно, треба було знати наперед потреби живої клітки. Фактично знання цієї потреби закладено у кількості повторень ділянок ДНК.

По-друге, щоб синтезувати механізми клітини за допомогою РНК- полімеріази потрібно заздалегідь знати структуру кожного механізму, без чого не можна визначити потрібні місця для розміщення комплементарних ділянок в молекулі ДНК. Крім того, потрібно знати властивості та склад цитоплазми, без участі якої не можна завершити побудову механізмів. Щоб забезпечити нормальну роботу РНК-полімеріази, потрібно знати, що в цитоплазмі буде достатня кількість матеріалу для синтезу молекул РНК і білків. Всі ці матеріали утворюються при життєдіяльності клітини, про що також необхідно мати знання для формування структури ДНК. Іншими словами, потрібно знати, які молекули будуть знаходитись в клітині в результаті її діяльності, оскільки тільки з них можна буде синтезувати всі механізми та білки. Крім того, потрібно знати властивості молекул, які будуть використовуватися при побудові механізмів, а також ознаки, за якими ці молекули можна буде безпомилково розпізнати. Такі ознаки мають бути закладені у відповідні механізми розпізнавання. Наприклад, у кожний з 20 варіантів механізму aminoacyl tRNA synthetase повинні бути закладені ознаки виявлення конкретної молекули амінокислоти. При формуванні структур механізмів утворюються порожнечі, які відповідають за формою молекулам білків, що заповнюють ці порожнечі. Це свідчить про те, що в ДНК закладена ще й інформація про форму молекул білків.

Хоча список знань, які необхідні для побудови молекули ДНК мінімальної бактеріальної клітини, може бути обмеженим, але у ньому неодмінно повинна бути інформація про структуру усіх механізмів та життєдіяльність клітини.

Важливо, що проект закодований у молекулі ДНК, можна використовувати лише для підтримки живої бактерії, але не для її побудови з нуля. Адже жодний проект не може бути реалізований без виконавців та матеріалів, а в даному випадку виконавець, у вигляді РНК-полімеріази, може виконувати свою роботу лише у цитоплазмі активної живої клітини. Також для створення самої РНК-полімеріази треба, щоб вже існувала РНК-полімеріаза, бо без неї не можуть утворюватись ланцюги РНК, з яких формуються усі механізми клітини, включно із самою РНК- полімеріазою. Без активного метаболізму у цитоплазмі клітини та своєчасного добування матеріалів із навколишнього середовища механізми клітини не можуть утворюватись. Таким чином, з проведеного аналізу витікає, що живу клітину, засновану на молекулі ДНК, (навіть мінімальну) неможливо побудувати з нуля шляхом випадкового з'єднання молекул. Тому факт існування життя на основі молекули ДНК можна пояснити або вічністю життєвого циклу таких клітин, або наявністю невідомого нам творця, який володіє всією необхідною інформацією та відповідними засобами.

Зауважимо, що описаний життєвий цикл суттєво відрізняється від питання про первинність яйця чи курки. Практично доведено, що у життєвому циклі бактерії первинною є інформація, яка може бути закладена штучно у молекулу ДНК з комп'ютерної пам'яті. Без цієї інформації не можуть бути утворені ланцюги РНК, бо усі вони є копіями ділянок ДНК. Далі з цих ланцюгів утворюються усі механізми живої клітині. Крім того, для формування цих механізмів потрібна цитоплазма клітини у стані активного життя, без чого не можуть добуватись матеріали для побудови механізмів. Цей цикл існує на молекулярному рівні і він є мінімальним, який ще може забезпечити поділ клітин для їх розмноження. Будь яке скорочення чи розірвання цього циклу унеможливлює розмноження клітин, що означає загибель життя.

Висновки

Показано, що у життєвому циклі бактерії первинною є інформація, яка може бути закладена штучно у молекулу ДНК з комп'ютерної пам'яті. Шляхом копіювання цієї інформації механізм РНК-полімеріаза утворює ланцюги РНК, з яких формуються усі механізми бактерії.

З проведеного аналізу витікає, що життєвий цикл бактерії починається з інформації, яка закодована у молекулі ДНК довжиною не менше, ніж 531 тис. пар нуклеотидів. Умовами для існування цього циклу є наявність необхідної інформації у молекулі ДНК, механізму РНК-полімерази та цитоплазми живої клітини. Все це повинно бути зосереджено у одному місці, яким може бути лише жива клітина з органами самозабезпечення у певному середовищі. Всі ці умови неможливо накопичувати протягом довгого часу, бо процес їх руйнування буде випереджати їх утворення. Тому факт існування життя на основі молекули ДНК можна пояснити або вічністю життєвого циклу клітин, або наявністю творця, який володіє всією необхідною інформацією та відповідними засобами.

Список використаних джерел:

[1] Gibson, D.G., Glass J.I. & et al. (2010). Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science (New York, N.Y.). 2010-07-02; 329.5987: 52-6. https://www.jcvi.org/publications/creation-bacterial-cell-controlled-chemically- synthesized-genome

[2] Hutchison, C.A., Chuang, R.Y. & et al. (2016). Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science (New York, N.Y.). 2016-03-25; 351.6280: aad6253.

https://www.jcvi.org/publications/design-and-synthesis-minimal-bacterial-genome

[3] Ewen Gallaway and Nature magazine (2016). Scientists Synthesize Bacteria with Smallest Genome Yet, Scientific American, March 25, 2016.

https://www.scientificamerican.com/article/scientists-synthesize-bacteria-with-smallest-genome-yet

[4] Messenger_RNA. From Wikipedia, the free https://en.wikipedia.org/wiki/Messenger_RNA

[5] RNA polymerase. From Wikipedia, the free https://en.wikipedia.org/wiki/RNA_polymerase

[6] Intrinsic termination. From Wikipedia, the free https://en.wikipedia.org/wiki/Intrinsic_termination

[7] Ribosome. From Wikipedia, the free https://en.wikipedia.org/wiki/Ribosome

[8] Aminoacyl tRNA synthetase. From Wikipedia, the free https://en.wikipedia.org/wiki/Aminoacyl_tRNA_synthetase

[9] DNA polymerase. From Wikipedia, the free https://en.wikipedia.org/wiki/DNA_polymerase

[10] Transfer RNA. From Wikipedia, the free https://en.wikipedia.org/wiki/Transfer_RNA

[11] Ribozyme. From Wikipedia, the free https://en.wikipedia.org/wiki/Ribozyme

[12] Yuki Morono, Motoo Ito & et al. (2020). Aerobic microbial

life persists in oxic marine sediment as old as 101.5 million years. Nature Communications. https://www.nature.com/articles/s41467-020-17330-1

Размещено на Allbest.ru