Меню Содержимое
LGN-303 arrow Главная

Волновые генетические нанотехнологии управления биосистемами.

Теория и эксперименты

Тертышный Г.Г.    Гаряев П.П. 
Новые медицинские технологии, №7, с.49-64 (2007)

Волновые генетические нанотехнологии управления биосистемами. декабря 28, 2008

В предлагаемой работе развита ранее предложенная [3,4,7-13,25,26,29-31 и др.] теория внешнего квантового управления и самоуправления организмами 'in vitro - in vivo’ с помощью биоголографической информации. Основные работы в этом направлении приведены в сайте ‘Волновая генетика’ [35]. Данный этап развития теории относится к биознаковой поляризации лазерного света, т.е. к голографированию. Она происходит при сканировании (считывании) матричных генетических наноструктур-доноров лучом специального двухмодового лазера. Биосистемы также способны к сканированию-коррекции (компьютингу) самих себя собственными когерентными излучениями хромосомного континуума в диапазоне 250-800нм. Мы лишь повторяем эндогенные нанотехнологии in vitro. При таком компьютинге, будь то в живом организме или при его искусственном повторении человеком, образуется пул широкоспектральной волновой информации, которую организмы используют для собственной регуляции, а мы берем ее для положительного целенаправленного управления метаболизмом биосистем.

Приведена математическая модель поляризационно-динамических актов выбранного изменения метаболизма биосистем посредством лазерного голографирования-компьютинга in vitro-in vivo. Обсуждаются общие механизмы таких актов естественного и искусственного управления биосистемами, а также некоторые детали способа и устройства для практической работы в этом направлении. С позиции теории и ее применения рассмотрены некоторые, полученные нами ранее, экспериментальные работы такого рода, которые доказывают правильность наших моделей волновых генетических функций биосистем.

Вводные замечания

Понятие и термин ‘голография’ происходят от двух греческих слов – ‘целый’ и ‘образ’. До недавнего времени существо голографии сводилось к техническому методу полного пространственного (3-х мерного) и пространственно-временного (4-х мерного) изображения объекта. Теперь понятие голографии кардинально расширилось и распространяется на структуры и функции коры головного мозга [32] и генетического аппарата организмов. Если мы говорим о генетической памаяти, то это значит, что хромосомный континуум, как квантовый биокомпьютер, оперирует 4-х мерными волновыми образами своей собственной динамической структуры для стратегического управления метаболизмом [3,4,7-13,25,26,29-31].

При фазовом (прозрачном) строении голографируемого объекта по всему пространству получается полное и детальное его изображение. Впервые метод голографирования предложен Д. Габором в 1948 году и существенно дополнен отечественными учеными. Метод основан на интерференции когерентного излучения любой природы. Например, на фотопластинку одновременно с «сигнальной» волной, рассеянной объектом, направляют в обход объекта «опорную» или эталонную волну от того же источника света. Возникающая при интерференции этих волн картина, содержащая полную информацию об объекте, фиксируется на фоточувствительной поверхности. Она называется голограммой. При облучении голограммы или ее участка опорной волной можно увидеть объемное изображение всего объекта. Голография широко используется в физике и различных областях техники (в частности, для распознавания образов и кодирования информации), в акустике (для обнаружения внутренних дефектов в ответственных металлических конструкциях, например, в атомных станциях) и т.п. Голография имеет большие перспективы при создании объемного кино и телевидения [1].

Данная работа (как и некоторые другие [2-13,21,36-40) являются продолжением исследований, которые были начаты под руководством И.В. Прангишвили. Он горячо поддержал новую в те годы (1997-2001 г.г.) гипотезу о голографических свойствах биосистем и о возможности голографического управления ими. Под голографическим управлением мы понимаем изменение метаболизма и структуры клеток в результате управляющих акустических, световых или электромагнитных образных воздействий.

При управлении биологическими системами производится передача голографической информации от донора к реципиенту. В ходе проведения лазерно-голографических экспериментальных работ на растениях в 1997 году было физико-математически обосновано явление голографической трансляции информации от донора к реципиенту [9-13,21]. Суть этого явления состоит в прохождении особого лазерного излучения через полупрозрачные биологические ткани и клетки - доноры волнового эквивалента генетико-метаболической информации. Доноры здесь выступают как голографические модуляторы зондирующего света. Эта модуляция, собственно, и является поляризационно-фазовым голографированием структуры и мобильного метаболического (в т.ч. генетического) статуса донора. В результате возникает сложный динамический реестр 4-мерных образов-команд, которыми оперирует созданный нами квантовый биокомпьютер для управления организмами-реципиентами. Такой искусственный квантовый биокомпьютер фактически в существенно упрощенном варианте повторяет in vitro то, что делает наш генетический аппарат в качестве естественного ДНК-волнового биокомпьютера in vivo [26].

Для устойчивого и без искажений запоминания in vivo в лучевом потоке считываемой информации тогда же была предложена оптическая трактовка клеточных ядер как виброустойчивых поляризационных сенсор-преобразователей динамической голограммы. В физическую основу такого преобразователя заложен принцип избыточного кодирования каждой амплитудно-фазовой рассеивающей точки объекта в виде поляризационных квази колец Ньютона.

В наших экспериментах по регенерации поджелудочной железы у крыс [24,29] проводилась виброустойчивая передача поляризационно-динамической голографической информации от донора к реципиенту. При достаточно длительном и целенаправленном околорезонансном экспонировании реципиента происходило явление голографического управления состоянием реципиента посредством искусственно транслируемой голографической информации, исходящей от клеток и тканей донора. В результате стволовые клетки реципиента получают информационный импульс к началу дифференцировок в направлении постэмбрионального морфогенеза с полным восстановлением поджелудочной железы у крыс. Мы не знаем, какие именно типы (или тип) стволовых клеток задействованы здесь, это предмет будущих исследований. В процессе работы выяснилось, что основной пул биоголографической информации находится в поляризационно-динамических модуляциях углов Эйлера. Это можно объяснить тем, что после частичного отражения и прохождения лазерного луча через каждую точку биопрепаратов-доноров возникают световые конуса рассеянного излучения, в котором исходящая от лазера ортогонально-круговая поляризация преобразуется в пространственно-коническое ее распределение. Здесь имеет место ключевое событие – взаимодействие рассеянного излучения световых конусов с поляризационной опорной волной. Она синтезируется сенсором-преобразователем, в качестве которого могут выступать ассоциаты поляризационно активных клеточных ядер. При таком взаимодействии возникают пространственно распределенные поляризационные квази-кольца Ньютона. Живые клетки – это всегда метаболически и поляризационно нестационарная среда. Тем не менее, свет, рассеянный такой средой, дает квази кольца Ньютона, практически неподвижные друг относительно друга и относительно начала координат, выбираемого в пространстве, в котором находится объект-донор. Это происходит из-за относительной связанности точек донора между собой. Переменные углы Эйлера обусловлены микроскопическими амплитудными колебаниями точек донора, соответствующими динамическому состоянию клеток живого биологического объекта. Эти переменные углы представляют собой углы между прямыми, касательными к подвижным поляризационным квази-кольцам, и осями координат, в которых рассматриваются точки донора.

Кроме того, оказалось возможным передавать информацию от донора в дальнюю зону, где располагался реципиент. Под дальней зоной, как обычно, понимается расстояние, значительно превышающее длину волны лазерного зондирующего сигнала. Для понимания и реализации этого процесса была разработана концепция клеточных ядер – поляризационных квази объективов. Физика и принцип работы таких объективов состоит в том, что они, как поляроиды и одновременно как источники когерентного света (250-800нм), находящиеся в среде цитоплазматического клеточного континуума, сканируют собственные и цитоплазматические модуляции поляризации. А это является ключевым вкладом в синтез биоголограмм, и это же является наименее объясненной феноменологией.

Эти же факторы решают проблему динамической устойчивости поляризационных голограмм, что оказалось особенно важно для работы с живыми организмами. При любых микро движениях лазерного луча относительно сканируемого препарата-донора или донора относительно луча, например, вследствие сейсмической подвижности фундамента, на котором установлен лазер и/или вследствие не стационарности донора, вдоль клеток донора возникает одна и та же относительно стабильная система поляризационных колец Ньютона. Иными словами, образующиеся при лазерном зондировании доноров поляризационные биоголографические образы стабильны, не размыты и поэтому распознаются биосистемой-реципиентом как регуляторные.

При голографическом кодировании и трансляции информации удалось решить проблему дополнительного сохранения избыточности. Эта избыточность понимается здесь в том смысле, что она связана с прямым и обратным Фурье-преобразованием, которое состоит, во-первых, в формировании и регистрации от каждой точки донора квази-колец Ньютона и, во-вторых, в их обратном Фурье-преобразовании. Прямое Фурье-преобразование дает систему квази-колец Ньютона для каждой точки клеток донора, а обратное – преобразует эти кольца в аналогичные точки, находящиеся в дальней зоне на реципиенте. В итоге избыточность обеспечивается тем, что при прохождении через клеточные ядра-квази-объективы, каждая клеточная структура донора трансформируется в совокупность объемных поляризационных конусов стоячей световой волны интенсивности. В случае частичного стирания или вибрационного размытия квази-колец Ньютона, которые соответствуют некоторой точке реципиента, оставшаяся часть колец оказывается необходимой и достаточной для правильного формирования соответствующей точки донора.

В этом состоят основные отличия и преимущества описываемого в настоящей работе способа и устройства голографического управления состоянием клеток биологических систем. За счет вышеуказанных решений была получена поляризационно-динамическая голографическая трансляция информации без ее геометрического и масштабного искажений.

Отметим, для получения голограммы возможно использование и некогерентного излучения. Однако в нашем случае использовался когерентный свет для обеспечения множества обратных связей, которые придают, в конечном итоге, биологическую активность передаваемой голографически-модуляционной информации по световому, электромагнитному и акустическому каналам. Кроме того, в полезном сигнале, исходящем от донора, передается поляризационная голограмма, промодулированная вибрирующими квази-кольцами Ньютона. Модуляция светового потока биотканью-донором передается квадратичным фотодетектором. Он встроен в лазерную трубку. За счет этого модуляция трансформируется в переменный электромагнитный сигнал. Существенно, что модулирующая вибрация колец Ньютона (колец интенсивности) отображает кодовую поляризационно-фазовую динамику каждого микро фрагмента донора, например, ЖК хромосом. В свою очередь, микро динамическая вибрация этих колец (и прямых касательных к ним) передает динамику углов Эйлера. Вся эта знаковая динамика (голографическая и «ключ замковая») резонансно воздействует на биосистему-реципиент, например, на ЖК хромосом, перепрограммируя их изоморфно донору.

Таким образом, поляризационно-динамическая модуляция светового потока представленная квази-кольцами Ньютона трансформируется при их движении в электромагнитный сигнал, который модулирует несущую частоту гармоник генератора импульсов, регулирующих микро смещения зеркал лазерного резонатора. Максимум глубины модуляции полезного сигнала приходится на диапазон частот от 0,5 МГц до 1,5 МГц, что легко обнаруживает и принимает практически любой средневолновый радиоприемник.

Кроме того, следует добавить также и то, что при многократном прослушивании таких аудио сигналов, нами обнаружена их биологическая активность. Это относится ко многим записям на любой носитель от живых и неживых объектов-доноров. Подробнее результаты наших наблюдений будут излагаться в последующих публикациях.

Теоретическое обоснование возможности хранения, записи и считывания динамических поляризационных голограмм c использованием на информационных биополимеров

Ранее мы осуществили успешную дистантную (десятки метров) лазерно-радиоволновую передачу морфогенетических сигналов с биодонора (препараты поджелудочной железы и селезенки крыс) на биореципиента (крысы, больные диабетом 1-го типа), что вызвало регенерацию поджелудочной железы в теле больных животных и их полное выздоровление (контрольные крысы погибли) [24]. Этот факт нуждается в теоретико-биологическом и физическом объяснениях, поскольку доказательство возможности существования активной генетической информации в форме электромагнитного поля имеет принципиальное (мировоззренческое) значение.

Известно, что основные информационные полимеры клеток – ДНК, РНК, белки и многие другие метаболиты организмов содержат в своем составе асимметрические атомы азота, в силу чего эти метаболиты имеют оптическую активность и поляризуют свет. Вместе с тем известно, что абиогенные азот содержащие полимеры способны с высокой дифракционной эффективностью записывать динамические поляризационные голограммы [14]. В связи с этим представляется интересным рассмотреть информационные биополимеры - ДНК, РНК и белки, как возможных хранителей и субстратов записи поляризационно-биоголографической информации, учитывая, что ДНК, РНК и белки также являются азот содержащими полимерами. Возможно, в силу такого сходства ДНК, РНК и белки способны особым образом поглощать кванты света с переходом между стабильными транс- изомерными и цис- изомерными конформациями в полипептидых и полинуклеотыдных цепях. Особый интерес представляет молекула ДНК как хранительница поляризационно-голографической генетической информации [25] и как аналог абиогенных азот содержащих полимеров [14]. Основной вклад в сложную схему энергетических уровней таких полимерных молекул для относительно медленных процессов ( ) вносят их основные стабильные конформационные состояния. Для ДНК – это A,B и Z-формы ее конформеров.

Вероятная фотоизомеризация ДНК, РНК и белков, происходящая в клетках биореципиента при подаче на него поляризационно-голографического образа, может приводить к изменению ориентации поглощающего перехода, а также сечения поглощения хромофора и его гиперполяризуемости. В свою очередь, фотоиндуцированное изменение концентраций изомеров и их пространственной ориентации изменяют оптические свойства среды, а именно показатель преломления и коэффициент поглощения. Мы предполагаем, что эффективность фотоизомеризационного перехода определяется характеристиками последовательностей азот содержащих нуклеотидов конкретных ДНК и РНК, аминокислотных последовательностей конкретных белков, а также сечением поглощения изомеров, квантовым выходом реакции транс-цис-изомеризации и параметрами воздействующего света, который модулирован указанными биополимерами клеток биодонора. Это новое поляризационное состояние световой волны, исходящей от ткани-биодонора, и управляет интенсивностью и поляризацией информационных биополимеров в клетках организма-реципиента.

В голографическом информационно-лазерном преобразователе, использованном нами для дистантной передачи волновых генетических сигналов и/или триггерных волновых структур [24], взаимная ортогональность поляризованных мод зондирующего лазерного излучения позволяет увеличить вероятность максимального совпадения с большой осью молекулы ДНК и с ориентацией директоров жидких кристаллов ДНК в составе хромосом. Оптический отклик цис-изомера считается изотропным. В состав полимерной матрицы равноправно с азотсодержащими составными могут входить и не фоточувствительные нейтральные фрагменты, вносящие свой фоновый вклад [18] в оптические характеристики соединения. В результате фотоиндуцированных перестроений ДНК возможно структурное перестроение всей полимерной цепи ДНК. Наведенная светом анизотропия 3-мерного распределения нуклеотидов в жидкокристаллическом (ЖК) континууме ДНК в составе хромосом будет, вероятно, более долгоживущей и поэтому может явиться важным фактором при анализе процессов, отвечающих за устойчивое и долговременное хранение голографической информации, записанной в ЖК топоформах ДНК.

В экспериментах при трансляции голографической информации от клеток/тканей-доноров к клеткам/тканям-реципиентам вокруг каждой клетки-голограммы обоих участников в ближней зоне располагается слой соседних клеток-голограмм, обменивающихся между собой и центральной клеткой голографической информацией [20]. Тогда каждая клетка, помимо собственной поляризационно-голографической структуры и ее динамических характеристик, содержит еще голографическую информацию о ближайших соседних клетках. В этом состоит еще одна важная причина обеспечения избыточности и многократного дублирования голографической информации в биосистеме.

Физико-математическое описание динамики предполагаемых процессов, аналогичных фото изомеризации и переориентации молекул ДНК, дается в терминах функций плотности углового распределения. Будем считать независимыми все три молекулярные группы, входящие в состав ДНК: транс-изомеры, цис-изомеры и нейтральные молекулы. Из работы [14] известна система балансных уравнений, описывающих динамику функций распределения изомеров абиогенных полимеров с высокой поляризационной активностью. Это, в какой-то мере, соответствует процессам, происходящим в молекулах ДНК при воздействии циркулярно-поляризованного света с учетом влияния не фоточувствительной части полимерной матрицы:

Угол - телесный угол функции плотности углового распределения динамики процессов фото изомеризации и переориентации молекул в голографической структуре фотоиндуцированных морфогенезов биосистем.
Коэффициенты и характеризуют скорость изменения интенсивности изомеризации. В развернутом виде их значения можно записать в следующем виде:

где - функция распределения цис-изомеров в молекуле ДНК при воздействии эллиптически поляризованного света, - текущее значение показателя преломления в молекуле ДНК при воздействии эллиптически поляризованного света,
- текущее значение коэффициента поглощения в молекуле ДНК при воздействии эллиптически поляризованного света, - функция распределения транс-изомерных частей ДНК при воздействии эллиптически поляризованного света,
- величина интенсивности воздействующего света; - фактор эллиптичности света. Здесь - степень эллиптичности, - коэффициент асферичности транс-изомера; , - сечения поглощения цис-изомера и транс- изомера в направлениях вдоль перпендикулярно оси молекулы; и - квантовые выходы реакции фото изомеризации; и - присоединенные функции Лежандра; и - коэффициенты разложения функции в ряд по сферическим функциям; и - коэффициенты вращательной диффузии транс-изомеров молекул полимерной матрицы; - потенциал межмолекулярного взаимодействия; - время релаксации полимерной матрицы.
Выяснилось, что нейтральные молекулы также влияют на динамику изменения параметра порядка полимерной матрицы в результате фото ориентации. Воздействие поляризованного света на полимер приводит к переориентации азот содержащих частей молекул, которые в свою очередь вызывают перераспределение своего молекулярного окружения, и, следовательно, изменение параметра порядка нематического домена. Нематический домен – структурное образование, входящее в состав жидкого кристалла, внутри которого все молекулы имеют спонтанно наведенную однородную ориентацию. Размеры таких доменов находятся в диапазоне см. [15]. В связи с этим еще раз подчеркнем существенное: ДНК в составе хромосом имеет жидкокристаллическую (ЖК) структуру [23]. Это обеспечивает энергетически мало затратную ориентацию директоров ЖК этого биополимера под воздействием слабых внешних и эндогенных поляризованных электромагнитных излучений. Это приводит к образованию различных знаковых топологических структур, частным случаем которых выступают донорные голограммы. Полагаем, что это относится и к обнаруженному нами явлению регенерации поджелудочной железы у крыс in situ [24]. Регенерация достигается посредством многократного прохождения поляризованной волны зондирующего лазерного луча, промодулированного голограммой донорных клеток. Результат лазерного зондирования донора транслируется и запоминается ЖК континуумом реципиента, давая ему нужный реестр управляющих голограмм. Или другой вариант, дополняющий первый: модулированный донором триггерный волновой сигнал попадает на гипотетический фотосайт реципиента (например, у стволовых клеток). Такой фотосайт запускает предсуществующие генетические программы по схеме ‘ключзамок’ с включением определенных дифференцировок и постэмбриональных морфогенезов. Это и приводит к регенерации поджелудочной железы [24].
Модуляция светового потока биотканью-донором передается квадратичным фотодетектором. Он встроен в лазерную трубку. За счет этого модуляция трансформируется в переменный электромагнитный сигнал. Существенно, что модулирующая вибрация колец Ньютона (колец интенсивности) отображает кодовую поляризационно-фазовую динамику каждого микро фрагмента донора, например, ЖК хромосом. В свою очередь, микро динамическая вибрация этих колец (и прямых касательных к ним) передает динамику углов Эйлера. Вся эта знаковая динамика (голографическая и «ключ замковая») резонансно воздействует на биосистему-реципиент, например, на ЖК хромосом, перепрограммируя их изоморфно донору.
Таким образом, поляризационно-динамическая модуляция светового потока представленная квази-кольцами Ньютона, трансформируется при их движении в электромагнитный сигнал, который модулирует несущую частоту гармоник генератора импульсов, регулирующих микро смещения зеркал лазерного резонатора. Максимум глубины модуляции полезного сигнала приходится на диапазон частот от 0,5 МГц до 1,5 МГц. Эти сигналы биодоноров через радиоприемник трансформируются в звуковые спектры, которые, по предварительным данным, также обладают биологической активностью. То же относится к абиогенным донорам, например, некоторым минералам.
Возникающий при голографическом сценарии реестр волновых образов с высоким разрешением отображает в реальном времени генетико-метаболический статус биодоноров. Именно он является динамичным руководством для стволовых клеток реципиента по принципу «делай, как я» и дополняется «ключ замковым» триггерным вариантом. Фактически оба эти вектора искусственно включенной регенерации являются упрощенной моделью эндогенных процессов при естественных посттравматических актах, например, при восстановлении утраченного хвоста ящерицы или целостности планарий. Природная эндогенная реконструкция протекает за счет внутренних резервов, т.е. «внутреннего разметочного» (и триггерного) излучения клеток, соседствующих с клетками раны. При эндогенной регенерации собственная динамическая поляризационная информация от здоровых клеток непрерывно транслируется от одного сферического слоя клеток-голограмм к другому слою. Не лишним будет повторить, что хромосомы и ДНК in vivo излучают когерентный свет в диапазоне от 250 до 800нм [28], т.е. способны быть лазеро-активной средой. Последнее доказано нашими прямыми экспериментами по созданию ДНК и хромосомных когерентных излучателей in vitro, когда был создан квази генетический лазер [33]. Эти данные, в несколько модифицированном виде, были подтверждены японскими исследователями [34]. Хромосомный жидкокристаллический континуум, как основной рабочий элемент генома-биокомпьютера, выступает как единство двух фундаментальных атрибутов – это среда записи и хранения динамичных 4-х мерных голограмм и одновременно это среда излучения когерентного света. Можно сказать, что геном – самоизлучающая и самосчитываемая система, квантовый биокомпьютер. Наша задача – хотя бы частично воспроизвести эту геномную атрибутику in vitro, опираясь преимущественно на известные лазерные и голографические технологии и, естественно, на теорию этих процессов, по возможности экстраполируя их, на работу хромосомного аппарата.
Идея голографического управления на рост и развитие биотканей была подтверждена американскими учеными [16] на примере модели регуляции роста растительной корневой системы под действием медленно движущегося лазерного луча в питательной среде. Биоголографическое управление продемонстрировано также в [20] при волновом переносе морфогенетических сигналов на каллусы растений. Эти реализации принципов знакового волнового воздействия на геном подтверждает теоретическую модель голографических направляющих для роста и развития биосистем [4-7]. В наших экспериментах [24,29] рост тканей биореципиента также происходит по переменному градиенту освещенности интерферограмм, реконструированных в виде микроскопических интерференционных динамических полос, соответствующих голограммам клеток донора как программаторов. И что существенно – наблюдается не только рост (деление) клеток, но и дифференцировка их в определенных направлениях, задаваемых соседними клетками [24].
 
« Пред.   След. »