Роль биоинформатики
в развитии информационных технологий практической медицины

Скрыпнюк З.Д.

(НИИ информотерапии, г. Киев, Украина)

 

В последние годы появилось большое количество работ, посвященных межклеточной и внутриклеточной коммуникации. Эти исследования, наряду с исследованиями генетиков, посвященными изучению механизмов передачи наследственной информации, позволили выделить в информатике новое направление – биоинформатику.

Основными проблемами биоинформатики являются:

1. Исследование молекулярных и клеточных механизмов приема отдельных информационных сигналов и информационных сообщений (рецепция информационных сигналов);

2. Исследование роли различных носителей информации (физических, химических) в межклеточной, внутриклеточной коммуникации;

3. Исследование механизмов кодирования и перекодирования информации в живых системах;

4. Изучение языков, на которых происходит внутриклеточная, межклеточная, межтканевая, межорганная и межсистемная коммуникация в организмах человека, животных, растений, микроорганизмов, вирусов;

5. Исследование механизмов перевода информации с одного биологического языка на другой;

6. Исследование инвариантности информационных сообщений;

7. Исследование структуры и функции каналов передачи информации в организмах человека, животных, растений, микроорганизмов и вирусов;

8. Исследование механизмов фиксации (запоминания), хранения (памяти) информации;

9. Исследование механизмов обработки, взаимодействия информации;

10. Исследование механизмов генерации биологического ответа на информационные сигналы, сообщения (электромеханическое сопряжение, сопряжение сигнал–секреция);

11. Исследование роли и механизмов образования обратных связей в живых системах;

12. Исследование динамики информационных сообщений в живых системах.

 

В настоящее время изучены первичные механизмы приема отдельных информационных сигналов, переносимых некоторыми переносчиками информационных сигналов. Исследованы механизмы рецепции информационных сигналов, переносимых медиаторами: ацетилхолином, адреналином (Вульфиус, Коваленко, 1978; Глебов, Крыжановский, 1978; Зеймаль, Шелковников, 1989; Аничков, 1982; Ноздрачев, 1983; Сергеев, Шимановский, 1987; Бертрам, Катцунг, 1998). Установлено, что рецепторы белковых, пептидных гормонов и многих биологически активных веществ находятся на плазматических мембранах, а рецепторы стероидных гормонов находятся в цитоплазме ( Розен, Смирнов, 1981; Голиков, 1988).

Исследована роль различных вторичных посредников в механизме передачи информации, принимаемой плазматической мембраной при действии медиаторов (Богач, Скрыпнюк, Бурдыга, 1980; Богач и др., 1981; Костюк, 1986; Скок, Шуба, 1986), гормонов (Скрыпнюк, 1989), пептидов (Климов, 1983, Скрыпнюк,1989, 1995) на внутриклеточные структуры.

Изучения биологических языков начинается с изучения «букв», «звуков», «слов» и «предложений». Каждая клетка «знает» несколько языков. В настоящее время хорошо изучены языки молекул ДНК, РНК, белка. «Буквами» языка ДНК являются нуклеотиды: аденин, цитозин, гуанин и тимин; языка РНК являются нуклеотиды: аденин, цитозин, гуанин и урацил. «Слова» языков ДНК и РНК состоят из трех букв – триплетов нуклеотидов. «Предложения» – гены состоят из разного количества «слов». «Алфавит» языка белка состоит из 20 «букв» – аминокислот. В результате расшифровки генетического кода было установлено, что каждой «букве» языка белка соответствует «слово» языка РНК – триплету нуклеотидов. (Crick, 1962; Ичас, 1971).

В языке биологических мембран «буквами» являются вторичные посредники: ионы кальция, циклические нуклеотиды, диацилглицерин, инозитолтрифосфат. «Буквами» языков межклеточной и межорганной коммуникации являются первичные посредники: медиаторы, гормоны, биологически активные вещества. Биологическая информация может переноситься не только вещественными переносчиками – «буквами», но и энергетическими переносчиками – «звуками». Такими «звуками» при трансмембранном переносе информации выступают потенциалы действия, медленные волны, а при межклеточном переносе информации – электромагнитные волны, механические колебания и др. Обычно биологическая информация передается не отдельными «буквами» или «звуками», а «предложениями», которые состоят из «слов» (Скрыпнюк, 1999 А, 1999 Б, 2000). В последнее время сделана попытка изучения фонетики, морфологии и синтаксиса клеточных языков (Скрыпнюк, 2001).

Исследованы структура и функции каналов передачи информации в организме человека и животных (Скрыпнюк, 1994 Б; Судаков, 1995), механизмы памяти (Ашмарин и др., 1987), механизмы генерации биологического ответа на информационные сигналы (Скрыпнюк, 1976; Клевець, 1993; Bogach, Skrypnyuk, 1977), механизмы образования обратных связей в живых системах (Анохин, 1973, 1980; Судаков, 1984).

К сожалению, до настоящего времени недостаточно исследованы механизмы обработки и взаимодействия информации, динамика информационных сообщений в живых системах.

Развитие биоинформатики имеет важное значение для дальнейшего развития информодиагностики, биорезонансной, мультирезонансной и информационной терапии. Информотерапия также изучает влияние информации на физиологические, биохимические, биофизические и патологические процессы в организме человека и животных, процессы поступления, кодирования, хранения, декодирования и использования информации, разрабатывает методы лечебного и профилактического применения информации (Скрыпнюк, 1994 А). Однако информотерапия больше внимания уделяет патогенетическому и лечебному воздействию информации, а биоинформатика – теоретическим и экспериментальным проблемам обмена информации в живых системах. Поэтому информотерапию можно считать прикладной биоинформатикой.

Дальнейшее развитие биоинформатики позволит создавать целые оздоровительные программы на языках внутриклеточной, межклеточной, межтканевой, межорганной и межсистемной коммуникации. Передача этих программ клеткам организма при помощи удобного носителя информации позволит им восстановить обмен веществ, энергии и информации в организме человека и сделать человека здоровым.

 

Литература

1. Аничков С.В. Нейрофармакология. – Л.: Медицина, 1982. – 384 с.

2. Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем // Принципы системной организации функций. – М.: Наука, 1973. – С. 5–61.

3. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. – М.: Наука, 1980. –197 с.

4. Ашмарин И.П., Бородкин Ю.С., Бундзен П.В. и др. Механизмы памяти. – Л.: Наука, 1987. – 431 с.

5. Бертрам Г. Катцунг. Базисная и клиническая фармакология. – М.: Бином, 1998. – Т. 1. – 612 с.

6. Богач П.Г., Курский М.Д., Кучеренко Н.Е., Рыбальченко В.К. Структура и функции биологических мембран. – К.: Вища школа, 1981. – 335 с.

7. Богач П.Г., Скрыпнюк З.Д., Бурдыга Ф.В. Роль ионов магния в регуляции электрических процессов, сокращения-расслабления и чувствительности гладких мышц к ацетилхолину // Молекулярная генетика и биофизика. – 1980.- Вып. 5. – С. 51–56.

8. Вульфиус Е.А., Коваленко В.А. Холинорецепторы. Биофизика. Итоги науки и техники. – М., 1978. – 207 с.

9. Глебов Р.Н., Крыжановский Г.Н. Функциональная биохимия синапсов. – М.: Медицина, 1978. – 325 с.

10. Голиков П.П. Рецепторные механизмы глюкокортикоидного эффекта. – М.: Медицина, 1988. – 286 с.

11. Зеймаль Э.В., Шелковников С.А. Мускариновые холинорецепторы. – Л.: Наука, 1989. – 288 с.

12. Ичас М. Биологический код. – М.: Мир, 1971. – 351 с.

13. Клевець М.Ю. Електричн³ властивост³ секреторних кл³тин травних залоз ³ механ³зми активац³¿ екструз³¿ ¿х фермент³в.- Авт. дис. …докт.б³ол. наук. – Ки¿в, 1993. – 40 с.

14. Климов П.К. Пептиды и пищеварительная система. – Л.: Наука, 1983. – 273 с.

15. Комиссаров И.В. Элементы теории рецепторов в молекулярной фармакологии. – М.: Медицина, 1969. – 215 с.

16. Костюк П.Г. Кальций и клеточная возбудимость. – М.: Наука, 1986. – 255 с.

17. Наточин Ю. В. Внутриклеточная передача сигнала в механизме антидиуретического действия вазопрессина // Внутриклеточная сигнализация. – М.: Наука, 1988. – С. 113–118.

18. Ноздрачев А.Д. Физиология вегетативной нервной системы. – Л.: Медицина, 1983. – 295 с.

19. Розен В.Б., Смирнов А.Н. Рецепторы и стероидные гормоны. – М.: Издательство Московского университета, 1981. – 310 с.

20. Сергеев П.В. Рецепторы физиологически активных веществ. – М.: Медицина, 1987. – 397 с.

21. Скок В.И., Шуба М.Ф. Нервно-мышечная физиология. – К.: Вища школа, 1986. – 223 с.

22. Скрыпнюк З.Д. Трансмембранные электрические процессы и сокращение-расслабление гладких мышц при различных соотношениях ионов магния и кальция в окружающей среде. Авт. дисс. … канд. биол. наук. – Киев, 1976. – 20 с.

23. Скрыпнюк З.Д. Механизмы гормональной регуляции электрической и сократительной активности гладких мышц. – Дисс. … докт. биол. наук. – Киев, 1989. – 299 с.

24. Скрыпнюк З.Д. Информационная и негэнтропийная терапия // Информационная и негэнтропийная терапия. – 1994. – № 1. – С. 4–8.

25. Скрыпнюк З.Д. Основные понятия традиционной китайской медицины с точки зрения информотерапевта // Информационная и негэнтропийная терапия. – 1994. – № 1. – С. 19–24.

26. Скрыпнюк З.Д. Некоторые механизмы приема болевых сигналов (болевой информации) эффекторными клетками // Информационная и негэнтропийная терапия. – 1995. – №2. – С. 15–24.

27. Скрыпнюк З.Д. Проблемы и задачи биоинформатики // Информотерапии 10 лет. – Киев, 1999 А. – С. 80–83.

28. Скрипнюк З.Д. Б³о³нформатика: предмет ³ завдання // Информационная и негэнтропийная терапия. – 1999 Б. – С. 82–83.

29. Скрипнюк З. Д. «Алфав³ти», «букви» та «звуки», «слова» ³ «речення» «мови» кл³тин //Информационная и негэнтропийная терапия. – 2000. – С. 81–83.

30. Скрипнюк З.Д. Фонетика, морфолог³я ³ синтаксис кл³тинних мов // Информационная и негэнтропийная терапия. – 2001. – С. 135–136.

31. Судаков К.В. Общая теория функциональных систем. – М.: Медицина, 1984. – 224 с.

32. Судаков К.В. Информационный принцип в физиологии: анализ с позиции общей теории функциональных систем // Успехи физиологических наук. – 1995, Т. 26. – № 4. – С. 3–26.

33. Bogach P.G., Skrypnyuk Z.D. Role of Mg and Ca ions and their interrelation min regulating the transmembrane electrical processes and contraction-relaxation of smooth muscle // Abstract of 27-th Intern. Congr. of Physiological Sciences. – Paris, 1977. –P. 84.

34. Crick F.H. The genetic code // Sci. Am. – 1962, 207. – P. 66–74.