Взлом и обфускация ДНК. Guest Post +19


Преуведомление

Мой первый пост на Хабре (демо-версия авторского хабротекста из разряда «а может, взлетит»?) был посвящен сходству ДНК и программного кода. Такая тема казалась мне максимально «канонической» и «соответствующей тематике Хабра», но при этом непритязательной. Кроме того, я тогда действительно зачитался книгой Сергея Ястребова «От атомов к древу», а начинать со статьи о серповидноклеточной анемии и муковисцидозе, которые во времена повальной малярии и туберкулеза были скорее фичами, чем багами (немножечко увеличивая выживаемость и репродуктивные шансы больного на фоне популяции) — не решился. Тем не менее, до самого последнего времени я ощущал, что тема кода и ДНК требует гораздо более серьезного и профессионального поста, чем мог бы написать я сам. Поэтому я обратился за помощью к уважаемой Анастасии Новосадской @anastasiamrr , давно желавшей попробовать свои силы на Хабре, и с удовольствием и благодарностью размещаю в блоге её интереснейшую статью о вредоносном генетическом коде и методах его маскировки. Добро пожаловать под кат.

Привет, Хабр!

В этой статье речь пойдет о коде, причем не программном, а генетическом. Выражение «генетический код» стало настолько расхожим, что многие и не задумываются о том, насколько на самом деле похожи биологический код и программный, и какие схожие уязвимости для них характерны. Код — это система знаков, расположенная в определённой последовательности для хранения и передачи какой-либо информации. Он может быть штриховым, радиогенетическим, программным, цифровым. И если генетический код — это основа биологической жизни, то программный в XXI веке проник во все ниши общества на волне цифровизации. Софт буквально повсюду: смартфоны, фитнес-трекеры, рекламные LED-экраны, принтеры, автоматизированные производства. Можно сказать, что программный код в каком-то смысле начал управлять нашей жизнью. А вместе с ним в нашу жизнь вошли киберпреступники — люди, желающие взломать чужой код, скопировать и похитить, т.п. Дело в том, что аналогично им существуют различные организмы, которые способны совершить то же самое с генетическим кодом других клеток и многоклеточных организмов. Таким образом вирус, бактерия, а порой и клетка своего организма (речь сейчас как раз о раковых клетках) может заставить других работать на себя или скопировать особенности чужого кода. Об особенностях программирования и реализации кода клеток как раз и написано в данной статье.

Прежде, чем начать, стоит провести короткий ликбез для всех малознакомых с наукой о жизни нашей:

Вирус — неживая частица с генетической информацией, которая может заражать живые клетки и менять их ДНК-код.

Патоген — бактерия, вирус или что угодно другое, что вызывает болезнь.

Клетка — мельчайшая, но самостоятельная живая единица организма. Имеет свои аналоги с ПК такие, как ввод/вывод информации, хранение, передача. 

Опухолевая клетка — дефектная клетка организма, такой своеобразный «бунтарь» и «борец с системой». У них есть способность к бесконтрольному делению , также они становятся атипичными для своего организма.

В программировании для борьбы с такими «злоумышленниками» используют обфускацию — намеренное запутывание кода, при котором он сложен для понимания человеком, но при этом функционально ничуть не меняется.

Hidden text

Удивительно, что код программный был написан гораздо раньше, чем люди узнали о том, что все живые организмы также основаны на коде генетическом: Ада Лавлейс, которую считают первым профессиональным программистом, написала код для вычислительной машины уже в 1843 году, а идея о существовании генетического кода была сформулирована и высказана в 1950-х Даунсом и Гамовым, т.е. спустя 110 лет.

В нашем организме предусмотрены всевозможные варианты обфускации генетического кода, чтобы никакие вирусы, бактерии, «мятежные» опухолевые клетки не смогли помешать нормальному функционированию организма. Только вот в живой природе обфускация идёт не столько на уровне генетического кода, сколько на уровне его продуктов — белков. Белки задействованы буквально ВЕЗДЕ: от считывания кода ДНК и РНК (полимеразы, хеликазы, белки, формирующие рибосомы) до клеточного «общения» (большинство сигнальных систем клеток построено как раз на белках) для регуляции слаженной совместной или одиночной работы. Такое «общение» можно сравнить с работой по локальной сети или же на ПК. А наш организм, по сути, подобен Интернету: каждые отдельные клетки — это хосты, нервные клетки — оптоволокно, скопления нервов — серверы и ЦОД. Как и в реальном интернете, перечисленные узлы могут быть подвержены атакам вредоносных агентов, которыми могут быть вирусы, бактерии и иные организмы. Очевидно, что наш организм знает не только, как защититься от врагов, но и как им противодействовать, ловко пользуясь созданными за миллиарды лет эволюции подходами. (Например, защищаться от белковых DDoS-атак).

Однако биологические зловреды тоже не так просты, и могут пользоваться не только созданным самостоятельно инструментарием для «взлома» клетки, но и использовать то, что атакуемая клетка когда-то создала для себя. Например, вирусы способны пользоваться ферментами инфицированной клетки для сборки новых вирусных частиц, могут встраивать свои генетические программы прямо в геном клетки и размножаться вместе с ней практически бесплатно, находясь в таком спящем состоянии до определённого момента. Такие биологические стилеры находятся в каждом из нас, и мы начинаем замечать их только тогда, когда наша иммунная система слегка ослабляет хватку, например, когда мы проходимся по холодной улице без шапки.

«Преступники» могут точно так же перепрограммировать код наших клеток, порабощая их, как компьютерные вирусы перепрограммируют компьютеры для такой же цели. Когда в организм попадают патогены, наши иммунные клетки, выполняющие функции антивирусного софта, сканируют свойства этих бактерий и вирусов, чтобы понять их потенциальную опасность. А свойства-то обфусцированы! В ходе эволюции велась своего рода «холодная война» между организмами и их «врагами» (патогенами). Она заключалась в том, чтобы запутать код и придумать лазейки для распутывания кода оппонента как можно быстрее. Таким образом, поколение сменяется поколением, а борьба за попытку взломать код друг друга максимально быстро и с минимальным количеством издержек продолжается и будет продолжаться. И если у кого-то получится приобрести невозможную для расшифровки обфускацию, то противодействующая сторона окажется в проигрыше и, скорее всего, вымрет.

Принцип работы генетического кода

Для того, чтобы понимать, какие варианты обфускации применяются в клетках и как их обходят, нужно разобраться с тем, что же за генетический код такой и чем он схож с программным, а может, и отличается от него. 

Разберем ситуацию на классическом примере двоичной системы счисления. У машины есть электрические сигналы: 0 — сигнала нет, 1 — сигнал есть.  Представим, что у нас есть машина, в которой сигналы записываются на магнитную ленту в двоичной системе. У живых же организмов информация хранится в виде биохимических молекул (ДНК, например, обладает отрицательным зарядом. Это важно для того, чтобы к ней присоединялись специфичные белки и регулировали экспрессию (реализацию) генетического кода), и если у машин это 2 позиции, то у нас — 4. В молекуле ДНК это четыре нуклеотида (азотистых основания): аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц).

Hidden text

Есть ещё такие основания, как урацил (У), инозин (И) и др., которые возникают при копировании/переписывании информации с ДНК на ДНК/РНК, что необходимо, чтобы повысить стабильность самой ДНК. Ферментные системы контроля распознают такие основания и удаляют в случае копирования информации с ДНК на ДНК, т.к. это считается ошибкой (необходимо для деления клетки). Если же происходит переписывание с ДНК на РНК, то разные азотистые основания не являются ошибкой, а не позволяют произвести гибридизацию РНК с ДНК, что аналогично запрету на редактирование и разрешению на чтение соответственно. Этим же запретом на редактирование организм препятствует попаданию вирусов в свой геном. 

Вернемся к нуклеотидам. Они идут в определённом порядке, образуя ДНК. По сути, саму спираль ДНК можно сравнить с магнитной лентой, но с той особенностью, что если на магнитной ленте записан код в двоичной системе счисления, то в ДНК — четверичной. На первый взгляд, разница колоссальная, а на второй и третий математический — нет. :)

Компьютер в своей логике оперирует минимальными кодирующими единицами – битами, которые объединяются в кодирующие группы – байты. За счёт такого разделения удается закодировать необходимую информацию и удобно работать с ней.

Удивительно, но аналогичная логика работает и в нашем организме. У организма биты заменяют нуклеотиды, а байты — кодоны. То, что система счисления в нашем организме четверичная, позволяет сделать генетический код более ёмким при меньшем объёме, что играет большую роль при копировании информации, поскольку это сугубо биохимический процесс. И если у машины 1 байт равняется 8 битам, то у организма 1 кодону соответствуют 3 нуклеотида. Одна тройка нуклеотидов кодирует одну аминокислоту, включаемую в белок, а также обозначает начало и конец трансляции (синтеза белка). 

Важно отметить одно из свойств генетического кода (специфичность): один кодон соответствует только одной аминокислоте, а одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами. Аминокислоты объединяются в белок, который имеет свои функции в зависимости от последовательности кодонов и их типов. Также белок может постфактум редактироваться, чтобы принять необходимую конформацию (форму) и/или приобрести дополнительные функции. Эти процессы называются «фолдинг» (приобретение формы) и «посттрансляционные модификации». Их можно сравнить с использованием декораторов в Python. Если представить получившийся белок как функцию, то способ, позволяющий изменить её поведение, не меняя её код — это применение декораторов, которые будто обёртывают исходную функцию. Благодаря такому врапперу белок-функция приобретает новые свойства, которые нередко являются ключевыми для организма.

Схема реализации генетического кода
Схема реализации генетического кода

Ближайший аналог белка при сравнении его с исходным кодом — это программа для вывода файла на печать либо для конвертации файлов из одного формата в другой. Логика такова: из кода была извлечена информация, преобразованная вывелась в человеко-читаемый или, в нашем случае, «организмо-читаемый» формат. 

Вкратце о переменных в коде. В исходном коде есть разные типы переменных: для обозначения массивов, чисел с плавающей запятой и прочих структур данных. Переменные могут занимать довольно большое количество байтов, чтобы вместить достаточное количество информации для реализации команды. И снова в ДНК то же самое! Переменная — это ген. Целая компьютерная программа кодируется огромнейшим количеством байтов и логических конструкций, и в клетке роль такой программы выполняет геном.

Ещё одно свойство генетического кода, для более подобного описания которого был написан этот пост на Хабре, — универсальность. Генетический код един для всех организмов. Абсолютно. Вообразите, будто все программисты внезапно начали писать код на одном языке. И есть логичное объяснение, почему практически все организмы имеют одинаковый генетический код (и нет, горе креационистам, это не из-за божественного вмешательства). Для этого нужно вернуться на 3,5 миллиарда лет назад, когда древние организмы только начинали обзаводиться тем разнообразием биологических инструментов, которое мы имеем сейчас. Как известно, эволюция движется за счёт двух основных факторов: мутаций (случайных изменений в генетическом коде) и естественного отбора. В случае, если какой-то организм получал мутацию, которая меняла логику кодирования генетической информации, данный организм терял возможность пользоваться всем тем многообразием инструментов, которые он уже развил. Это приводило к тому, что он быстро погибал и не мог передать свою мутацию потомкам. Такой эволюционный механизм можно сравнить с процедурным программированием, где всё громоздится в один большой кусок и, если впоследствии появляется необходимость в изменениях, то их внесение становится проблемой. Причём сложность приобретения значимых преобразований растёт экспоненциально с размером кода.

Поэтому кодирование информации в организме — это своеобразный костыль, поставленный несколько миллиардов лет назад, но, как ни парадоксально, всё ещё работающий. Более того, некоторые организмы в процессе эволюции могли делиться между собой генетической информацией, а за счёт того, что код одинаков, он «вставал» без особых проблем. Улавливается сходство с github-репозиторием?

Принципиальное сходство программного и генетического кода
Принципиальное сходство программного и генетического кода

Таким образом, мы разобрали, в чём наиболее схожи генетический и программный код. Можно заметить, что сходств уже достаточно много, но при более детальном разборе их окажется в несколько раз больше. Учёные даже смогли в бактериальной клетке закодировать ту самую фразу «Hello world». Бактерия использовалась как носитель информации, та же флешка, только живая. Вот тут можно об этом почитать.

Теперь, разобравшись во всём контексте, переходим к основной теме статьи.

Обфускация патогенов и "бунтующих" клеток

Начнём, пожалуй, с самого пугающего и ещё довольно неизвестного — опухолевых клеток

Что же с ними не так, и почему до сих пор нет эффективного метода лечения рака? Может, всё потому, что ранее предки этих клеток работали на организм и знают, какая обфускация есть у нас? Или тут есть что-то другое, более зловещее?

Клетка организма перерождается в опухолевую за счёт действия стрессовых факторов, которые повреждают её ДНК (УФ-излучение, активные формы кислорода, радиация и др.). Это приводит к мутациям, изменениям в генетическом коде, о которых вскользь упоминалось выше. Мутации могут быть самыми разными: это вырезание последовательности ДНК или же вставка дополнительных нуклеотидов, замена одних нуклеотидов на другие, неправильное объединение нуклеотидов в пары и многое другое. Второй вариант развития событий, приводящий к злокачественному перерождению клетки связан с транспозонами. Транспозоны — это последовательности ДНК, которые способны перемещаться по хромосоме, встраиваясь в рандомные места. Как будто кто-то просто взял и сделал ctrl+x из одной части кода и ctrl+v в другую часть. Конечно, после такой операции программа или не будет работать, или будет работать неправильно. С клеткой то же самое. А иногда транспозон не вырезается, а просто копируется в другую часть гена или вообще сам перебирается в другую часть хромосомы.

Здесь можно почитать про влияние транспозонов на канцерогенез.

Также инициирующим фактором рака могут быть бактерии. Например, аденокарцинома желудка развивается из-за известной многим Helicobacter pylori.

Процесс бесконтрольного перерождения раковой клетки
Процесс бесконтрольного перерождения раковой клетки

После того, как клетка переродилась в опухолевую, она перепрограммирована на уровне обмена веществ, процессы в ней проходят не как прежде и обычно гораздо быстрее. Такая клетка становится «хозяйкой своей судьбы», постоянно продлевая себе жизнь. Как будто пропадает вручную прописанное ограничение по ресурсам, выдаваемое на функции, обусловленное необходимостью стабильного выполнения других важных клеточных процессов. Клетка может начать неограниченно делиться, поскольку «забудет», что в её программе есть ограничение на рост, который помешал бы соседним клеткам. В итоге она начинает отжирать ресурсы организма, мешая всем вокруг. В норме такого «бунтаря» быстро опознают иммунные клетки по белкам на его поверхности. Но здесь вспомним про обфускацию.

Обманка для иммунной системы

Есть два уровня реализации запутанного опухолевого кода: на уровне внеклеточных продуктов и на уровне мембранно-клеточных. И один, и второй абсолютно необходимы для максимально эффективной обфускации.

Первое и самое простое, что может сделать опухоль, — просто синтезировать меньше поверхностных антигенов, тем самым «закамуфлироваться». Поверхностные антигены — это маркеры, по которым иммунные клетки определяют своих и чужих. Как это происходит? Опять к нам приходят всеми любимые мутации. Всего пара-тройка штук и — вуаля! Произошла обфускация, и иммунные клетки запутались. Они, конечно, потом расшифруют состав антигенов, но на это уйдёт много времени. Другое дело, что это происходит не по инициативе клетки, а по случайности, так как мутации — это случайный процесс. Но стоит также отметить, что инсургенты проворачивают такие фокусы только на начальных этапах развития опухоли, когда в организме имеются только единичные опухолевые клетки, и эта стадия не выявляется при помощи лабораторной диагностики. Но что делать клеткам, у которых такое редактирование кода не произошло? Сделать себе вставку кода (как будто из библиотеки притянули) для подавления ответных сигналов от иммунных клеток.

Второе: десентизация (снижение чувствительности) клеток. Меняется характер и частота поступающих сигналов. Помните, мы говорили, что клетка подобна ПК с вводом и выводом информации? Всё происходит за счёт шеддинга: компоненты рецепторов попросту сбрасывается во внешнюю среду, тем самым делая инсургента невосприимчивым к сигналам, идущим от иммунных клеток (в качестве носителей сигнала выступают цитокины, небольшие пептидные молекулы. Это можно сравнить с тем, что компьютер заразился вирусом, и, чтобы на него не установили антивирус, он программно отключил себе DVD-привод, USB-порты и всё остальное, через что антивирусная программа может попасть на ПК и зачистить код, или в крайнем случае, нарушить дееспособность системы, чтобы вирус не успел напакостить. Такие иммунные сигналы должны заставить клетку совершить самоубийство, по-биологически — апоптоз, или же в сравнении с компьютерным кодом выдать «синий экран смерти». Более того, отдельные части рецепторов, сброшенные во внешнюю среду, связываются с клетками иммунитета и блокируют их работу. Как если бы диск с «Касперским» вставили бы в DVD, а он закрылся и не открывался, не отдавая диск назад. Или же это похоже на своеобразный биологический эксплойт, который пользуется доступностью рецепторов клеток иммунной системы в случае подходящей структуры самого эксплойта и за счёт когнантных (клетка к клетке) взаимодействий делает их нерабочими.

Также можно адресовать иммунитету сигналы на гибель клеток: да, тот самый «синий экран смерти», только подаваемый уже не от иммунитета на опухоль, а в обратном направлении. Как будто сервер в сети блокирует работу других, выводя из строя операционную систему. Возможность отправки подобных сигналов, которые имеют, как правило, белковую природу, подобно исполнению любого кода и функций на взламываемом устройстве. Использование подобной возможности значительно упрощается тем фактом, что раковая клетка на белковом уровне имеет нужную «документацию» к API клетки, которой она собирается отправлять (само)убийственные сигналы. 

Следующим методом обфускации может быть экранирование: антигенные детерминанты (антигены) попросту связываются с другими молекулами и становятся недоступны для рецепторов иммунных клеток. На машинном уровне это похоже на то, что устройства ввода/вывода чем-то будут заняты. То же самое может делать и клетка, если уберет антигены (маркеры), по которым иммунные клетки могут её опознать.  Что же за молекулы? Это могут быть, например, белки теплового шока, ведь к ним не вырабатываются антитела, и они подавляют действие фактора некроза опухолей (ФНО), а значит скрыться удастся если и не на 100 %, то на 99 %.

Очень изящным будет такой вариант обфускации: прокачать себе синтез каталазы. Вставить себе в код эту функцию и начать продуцировать фермент, расщепляющий перекись водорода, которую применяют при борьбе с опухолью наши «защитники» — отличная идея. Добавить к такому нейтрализующему фактору простагландин Е2 (функция его синтеза также включается в код опухоли) — и вот подавляется иммунный ответ, можно жить, размножаться и метастазировать дальше.

В дальнейшем, уйдя из вида «защитников», обхитрив или даже уничтожив некоторых, опухолевые клетки мутируют и редактируют собственный код до такой неузнаваемости, что могут даже привлекать на свою сторону клетки иммунной системы. После такого, к сожалению, спасти организм от летального исхода вряд ли получится.

Надеюсь, что теперь пазлы сложились и стало понятнее, что же происходит, когда собственные клетки поднимают «бунт». Теперь перейдем к тем, кто является «недоброжелателем» постоянно и чей смысл жизни состоит в том, чтобы жить за счёт нас. Речь именно про бактерии и вирусы (кстати, не все бактерии и вирусы вредны для нас, и без многих мы бы не могли существовать и даже думать; но в данной статье затрагиваются только “злюки", патогены). Что же делают они?

Как бактерии многоклеточных перехитрили

Если представлять весь генетический код в виде абстракции программного кода, то внезапно окажется, что большой процент (можно сказать бОльшая часть) кода не исполняется. Напоминает мёртвый код, на первый взгляд. Например, у человека только 1.5 процента ДНК кодирует структурные белки. Вся остальная часть раньше считалась мусором, накопившимся в процессе эволюции. Однако со временем стало понятно, что это далеко не так. Оставшийся гигантский пласт генетического кода ответственен за сложнейшие механизмы регуляции экспрессии (синтеза белков), благодаря которым нога вырастает ногой, а рука рукой, за счёт чего обеспечивается не только сохранение морфологии организма, но и грамотная регуляция всех клеточных процессов. Данные системы регуляции экспрессии позволяют очень точно исполнять отдельные участки генетического кода; неспроста говорят, что жизненная форма организма определяется не генетическим кодом, а его экспрессией. 

Бактерии, в свою очередь, имеют значительно более компактный геном, и не могут позволить себе развить сложные системы экспрессии. Однако на уровне нуклеотидов очень распространены естественные перестройки, вставки генома, в том числе из одних организмов в другие. Это называется горизонтальный перенос генов.

С помощью такого переноса могут появляться новые виды живых существ, а «готовые» организмы могут развивать новые свойства, передавая их потомкам. Например, непатогенные бактерии в нашем кишечнике могут «пообщаться» с патогенными (в случае, если человек перенес бактериальную инфекцию), и наша собственная кишечная микрофлора станет злой и патогенной для нас. Аналогичным образом бактерии могут поступать и с эукариотическими организмами. В данном случае бактерии «решили пойти иным путем»: почему бы не выполнять встраивание генетических программ в геном чужого организма, чтобы его защитные системы перепрограммировались и не «трогали» бактерии? Именно такой механизм был обнаружен у бактерий рода Agrobacterium, которые выполняют генетическую трансформацию хозяина. Такая модификация позволяет перестроить метаболизм растения на производство субстратов, доступных только самим Агробактериям, что обеспечивает им конкурентное преимущество перед другими бактериями. Сейчас появляются описания подобного процесса не только для растительных, но и для человеческих клеток.

Использование генетической трансформации при выведении ГМО-растений
Использование генетической трансформации при выведении ГМО-растений

Но, естественно, существуют и иные механизмы, которые позволяют бактериальным клеткам скрываться в организме-носителе. Например, бактерии рода Neisseria продуцируют протеазы для расщепления антител организма, что практически аналогично блокированию сканирующих и детектирующих программ на ПК. Причём такой шаг происходит в результате генетической перестройки, за счёт чего «молчащие» гены экспрессируются.

Особенности вирусных механизмов

Особенно интересны механизмы, которые применяются вирусами для инфицирования тех или иных организмов. Вирусы не способны к полноценному автономному существованию, что роднит их с объектами неживой природы. Фактически они представляют собой цепочки нуклеотидов, покрывающие себя различными оболочками и способные размножаться только в организме хозяина. Иными словами, всё их существование основано на облигатном паразитизме. Глубже изучая вирусы, рано или поздно сам приходишь к мысли, что мы с вами, как и все существующее живое вокруг, — это лишь оболочки для существования и размножения генов, которые есть в каждой нашей клетке.

Вирусы способны пользоваться не только тем, что сами приносят в клетку внутри своей оболочки, но и тем, что находят внутри хозяина, причём не только структурными веществами, но и ферментными системами и генетической информацией. Вирусы за счёт средств организма хозяина могут копировать свой геном, собирать новые вирусные частицы и изменять метаболизм заражённой клетки до неузнаваемости. Сам подход вирусов к выживанию можно считать максимально низкоуровневым, если рассматривать его с точки зрения абстракций структурной организации клетки. Поскольку вирусы сами являются относительно слаборазвитыми, у них отсутствуют привычные даже для бактерий органеллы, это не мешает им существовать практически в любом живом организме: от крошечных протистов до растений и млекопитающих.

Генетический код вирусов можно сравнить с ассемблерным: кому-то такой код может показаться переусложненным и неэффективным, однако, работая с теми или иными механизмами напрямую, можно добиться более впечатляющих результатов, чем используя высокоуровневые языки, библиотеки и так далее. При этом сами вирусы можно сравнить с USB-накопителем.

Сама по себе флешка не совершает никакой работы, находясь у вас на столе. Однако всё меняется, когда флешка с вирусом подключается к компьютеру. Она, как и биологический вирус, исполняет заложенный в ней вредоносный код, меняя протекающие в компьютере процессы, и заставляет его делать то, что нужно для последующего распространения вируса.

Различные виды вирусов могут содержать в себе все варианты для хранения генетической информации, такие как одноцепочечные РНК положительной и отрицательной полярности, двуцепочечные РНК, одно-двуцепочечные ДНК. Однако большая часть из развитых организмов хранит свою информацию в виде двуцепочечной ДНК — как вирусы решают эту проблему? Во-первых, вирусы с положительной РНК-цепью, такие как коронавирус, например, обладают одним интересным свойством: попадая в клетку, такая РНК способна сразу транслироваться (синтезировать на основе информации РНК белок), а результатом такой трансляции является полный набор вирусных белков: от структурных до регуляторных. Вирусы, которые хранят информацию в ДНК, способны копировать её как своими ферментами, так и ферментами клетки хозяина, а также транскрибировать (конвертировать информацию из ДНК в РНК) её похожим образом. Неплохое разнообразие для самых низкоразвитых представителей живой (неживой?) природы?

Особенно на этом фоне выделяются ретровирусы (примером является ВИЧ), которые способны встраиваться в геном клетки и копироваться вместе с клеткой хозяина. При этом сам механизм тоже заслуживает отдельного внимания: геном вируса — одноцепочечная РНК, которая при помощи принесённого вирусом в клетку фермента, называемого «обратная транскриптаза», производит перевод РНК в ДНК. Получившаяся цепочка ДНК за счёт рекомбинации (обмена участками ДНК за счёт схожести их состава) встраивается в геном клетки. При этом клетка хозяина не может сразу обнаружить, что в её геном был встроен посторонний элемент, а замечает она это слишком поздно. Данный встроенный кусок реплицируется и транскрибируется так же, как и родные гены клетки, позволяя собирать новые вирусные частицы, которые продолжат распространение вируса.

Жизненный цикл ретровируса
Жизненный цикл ретровируса

Встраивание тех или иных генетических элементов не происходит случайно, а привязано к определённым сайтам (местам в геноме, с которыми происходит специфическое взаимодействие). За счёт закономерностей в этом процессе не только обеспечивается существование жизни в целом, но и появляется некая прикладная исследовательская польза: такие отношения нуклеотидов хорошо формализуются с точки зрения моделирования и позволяют предсказать поведение того или иного участка генетического кода, что в свою очередь позволит защитить его при помощи генетической инженерии. Например, мы можем изменить сайт связывания какого-либо смертельного вируса, за счёт чего он не сможет развиваться в данной клетке, и мы таким образом сломаем его жизненный цикл. Похожим образом это происходит и в дикой природе: появление мутаций может нарушать сайты связывания тех или иных регуляторных факторов или сайты рекомбинации для чужеродной генетической информации, что приводит к изменению экспрессии данного генетического участка. Если такая мутация закрепляется, то организм получает иммунитет. Однако то же самое происходит и у вирусных частиц, они «разрабатывают» новые сайты связывания, причём также при помощи случайных мутаций, но за счёт того, что у вирусных частиц мутации происходят чаще. Поскольку вариантов вирусной стратегии встраивания тоже появляется больше, данную битву между добром и злом, или высокоуровневым и низкоуровневым кодом, вирусы выигрывают. Именно поэтому трудно изобрести идеальную вакцину от вирусов, поскольку потенциально несколько удачных мутаций в геноме вируса делает уже изобретённое нами средство бесполезным. Поэтому нет универсальной вакцины от гриппа, которая могла бы защитить раз и навсегда.

Как оказалось, вирусы являются одними из главных обфускаторов на Земле и говорить о них можно ещё долго и очень много за счёт того огромного количества их особенностей (отмечу, что в данной статье упомянута только мизерная часть). Думаю, это тема для отдельной статьи.




К сожалению, не доступен сервер mySQL