Что получится, если к медицинской проблеме борьбы с устойчивыми к антибиотикам разновидностями туберкулеза применить наработанные в микроэлектронике идеи (или, говоря философским языком, парадигмы) миниатюризации, интеграции и параллельной обработки информации? Получится биочип - совместная разработка Аргоннской национальной лаборатории (Министерство энергетики США) и Института молекулярной биологии им. Энгельгардта (Российская Академия наук). Надо сказать, что проблема, потребовавшая таких радикальных средств, весьма нешуточная. Всемирная организация здравоохранения сообщает, что туберкулез по-прежнему убивает больше молодежи и взрослых, чем все остальные инфекционные заболевания, вместе взятые, включая малярию и СПИД. Это "по-прежнему" звучит странно. Как же так? На дворе - конец XX века, века не только космонавтики или электроники, но и века пенициллина и последовавших за ним других чудодейственных антибиотиков, спасших сотни миллионов жизней. И вдруг - такое: ежегодно в мире от 7 до 8 миллионов человек заболевает туберкулезом и более 3 миллионов умирает от него. Более того, медики поговаривают о возрождении глобальной эпидемии туберкулеза. Отчего же такое происходит? В этом виноваты и сами люди, и - как ни парадоксально - антибиотики тоже. Дело в том, что клетки туберкулеза развиваются в организме очень медленно, и потому пациенту нужно принимать антибиотики ежедневно в течение, как минимум, 6 месяцев для полного истребления всех возбудителей заболевания. В бедных странах, однако, больные не могут позволить себе такого длительного курса лечения и не излечивают туберкулез, а лишь залечивают его. В результате такого залечивания в организме остаются именно те разновидности бактерий туберкулеза, которые отличаются особо высокой сопротивляемостью к примененному антибиотику, и данный больной превращается в инкубатор опасной, возможно, новой, устойчивой к лекарствам формы заболевания. Российскими исследователями было доказано, что у 80% пациентов туберкулез устойчив по меньшей мере к одному антибиотику, а у 50% - к двум и более. Итак, для того, чтобы точно определить, каким антибиотиком имеет смысл лечить пациента, необходимо сначала точно установить, какой конкретной разновидностью бактерий туберкулеза он заражен. Однозначный ответ дается анализом бактериальной ДНК. Известно, что ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, представляет собой длинную молекулу, состоящую из двух спиралей, сцепленных между собой. Обе спирали несут идентичную генетическую информацию, записанную четверичным кодом - четырьмя основаниями: аденином, цитозином, гуанином и тимином. Важно отметить, что две спирали ДНК комплементарны, то есть дополнительны друг другу: напротив аденина одной спирали всегда находится тимин другой спирали, напротив гуанина - цитозин. Это - мудрый механизм защиты генетической информации от повреждений при ее хранении, копировании и обработке. Кроме того, механизм комплементарности спиралей ДНК дает исследователям мощный инструмент для определения того, насколько близки два организма в генетическом смысле: две одинарные спирали, взятые от разных молекул ДНК, сцепляются между собой тем сильнее, чем на большем числе участков они комплементарны друг другу. А теперь, после необходимой порции медицинской и биологической информации, вернемся к биочипу. В этом "чипе" нет никаких электронных компонентов. Он представляет собой стеклянную пластинку, разделенную на 10000 крошечных площадочек. Каждая из них покрыта гелем, содержащим один из наиболее характерных фрагментов одинарной спирали ДНК одной из многочисленных разновидностей туберкулезных бактерий. Генетический материал, добытый из реального возбудителя болезни, разрезается в нужных местах на фрагменты, клонируется до необходимой концентрации, затем двойные спирали ДНК расщепляются на одинарные, и получившийся раствор наносится на биочип. Дальнейшее - ясно. Фрагменты одинарных спиралей ДНК сцепятся только с комплементарными им фрагментами спиралей в геле, биохимические методы укажут, на каких площадочках биочипа это произошло, и зарегистрированная мозаика "сработавших" площадочек однозначно идентифицирует возбудителя опасного заболевания. Хотя до серийного производства еще очень далеко, разработчики верят, что их биочип будет незаменим в клинических условиях, причем не только в борьбе с туберкулезом - достаточно лишь заменить образчики ДНК на гелевых площадочках. Биочип - устройство не одноразового использования: при соответствующей отмывке его можно применять около 50 раз. Ну, и в заключение, если аналогии между биочипом и микропроцессором все еще кажутся читателю туманными или несуществующими, то стоит задуматься вот о чем. Компьютерный чип производит миллионы математических операций в секунду, но и биочип осуществляет тысячи биохимических реакций всего лишь за пару секунд. В микропроцессоре многие операции выполняются параллельно, а в биочипе степень параллелизма еще выше: данный набор фрагментов ДНК одновременно "обнюхивается" всеми 10000 гелевых площадочек. Оба устройства обрабатывают информацию. Правда, биочип обрабатывает информацию не в электронной, а в генетической форме. Однако больным туберкулезом от этого хуже не будет.

Иван ЖИЛИН,
sci@au.ru