CC BY
5
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2024 - Vol. 31, № 2 - P. 106-113
УДК: 575.17: 621.371 DOI: 10.24412/1609-2163-2024-2-106-113 EDN NIJSIS ^Ц^
ГЕНОМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ОБЛУЧЕНИЯ БИООБЪЕКТА. ЧАСТЬ I: ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧИ И АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
А.А. САВИЩЕВА*, А.А. ЯШИН**
*ГУЗ ТО «Тульская областная клиническая больница», ул. Яблочкова, д. 1-А, г. Тула, 300053, Россия **ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет», Медицинский институт, ул. Болдина, д. 128, г. Тула, 300012, Россия
Аннотация. Данной статьей открывается цикл работ, посвященных теоретическому обоснованию физических факторов влияния - в виде экзогенных высокочастотных (СВЧ, КВЧ и квазиоптический диапазон) низкоинтенсивных электромагнитных полей - на молекулярно-генетические механизмы жизнедеятельности биообъектов. Цель исследования в настоящей статье - постановка задачи и анализ известных результатов в области данного теоретического обоснования. Материалы и методы исследования. Проанализированы материалы известных исследований в области геномного моделирования. Особое внимание уделено методам исследования, базирующимся на облучении биообъектов экзогенными высокочастотными электромагнитными полями, исходя из чего формулируется задача настоящего исследования: отклик собственных электромагнитных полей ДНК на внешнее облучение. Результаты и их обсуждение. В плане практических выводов предполагается, в частности, соотнесение геномных моделей, как сугубо теоретических построений, с формированием злокачественных опухолей в экспериментах на лабораторных животных. Из двух базовых методов геномного моделирования, а именно: «технологического» с секвенированием фрагментов генома, что и было основой западного проекта «Геном человека», и исследования структурно-функциональной организации генов и групп генов биообъекта, - предпочтение нами отдано второму, но с перенесением акцента в моделировании с чисто химической структуры ДНК на вещественно-полевую. Заключение. Такое перенесение усложняет задачу в теоретическом плане, но именно такой биофизикохимический подход, сочетаемый с биоинформатикой, причем с выделением главенствующей «физической роли» электромагнитного поля, и позволяет перейти от предположительности к оптимальной комплексной модели. В открывающей цикл статье, не претендуя на роль и качество литературного обзора, сформулирована постановка задачи и имманентный ей анализ известных результатов.
Ключевые слова: ДНК, химическая структура, вещественно-полевая структура, электромагнитное поле, геном, секве-нирование, биоинформация.
GENOMIC MODELING OF HIGH-FREQUENCY LOW-INTENSITY ELECTROMAGNETIC BIOBJECT IRRADIATION FOR RESEARCH PURPOSES. PART I: PROBLEM STATEMENT AND ANALYSIS OF KNOWN RESULTS
А.А. SAVISHCHEVA*, A.A. YASHIN**
* State Healthcare Institution of Tula Region "Tula Regional Clinical Hospital"1-A Yablochkova str., Tula, 300053
**Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Tula State University", Medical Institute,
128 Boldina str., Tula, 300012, Russia
Abstract. This article opens a series of works devoted to the theoretical substantiation of physical factors of influence in the form of exogenous high-frequency (microwave, EHF and quasi-optical range) low-intensity electromagnetic fields on molecular-genetic mechanisms of bio-objects' vital activity. Purpose of the study in the present article is to set the problem and analyze the known results in the field of this theoretical substantiation. Materials and methods of research. The materials of known studies in the field of genomic modeling have been analyzed. Special attention is paid to the research methods based on the irradiation of bio-objects with exogenous high-frequency electromagnetic fields, therefore, the task of the present study is formulated: the response of DNA intrinsic electromagnetic fields to external irradiation. Results and their discussion. In terms of practical conclusions, it is intended, in particular, to correlate genomic models, as purely theoretical constructions, with the formation of malignant tumors in experiments on laboratory animals. Of the two basic methods of genomic modeling, i. e. "technological" with sequencing of genome fragments, which was the basis of the Western project "Human Genome", and research of structural and functional organization of genes and groups of genes of a bio-object, we prefer the second one, but with shifting the emphasis in modeling from purely chemical DNA structure to the substance-field one. Conclusion. Such a transfer complicates the task in theoretical terms, but it is this bio-physicochemical approach combined with bioinformatics, with the emphasis on the dominant "physical role" of the electromagnetic field, that allows us to move from assumption to the optimal complex model. In the opening article, without aspiring to the role and quality of a literature review, the problem statement and the analysis of known results immanent to it have been formulated.
Keywords: DNA, chemical structure, substance-field structure, electromagnetic field, genome, sequencing, bioinformation.
Введение. В приветствии заседанию Президиума РАН, посвященного 50-летию открытия структуры ДНК (29.04.2003), один из авторов открытия -Нобелевской премии в 1962 г. были удостоены Ф. Крик, Дж. Уотсон и М. Уилкинс (последний за высококачественную рентгенограмму структуры молекулы ДНК, 1952 г.), - а именно Дж. Уотсон, сделал акцент на следующей проблематике [10]: «Есть две проблемы, которые в наши дни обрели новое дыхание. Первая - это проблема рака. Рак - это ошибки в работе ДНК и в регуляции репликации. И теперь, когда мы знаем, как работает двойная спираль и все, что следует за ней, рак будет побежден. Без двойной спирали рак не победить. Вторая проблема, которая будет актуальна в последующие 50 лет, - это проблема работы мозга. Выяснение контрольных механизмов генной активности в мозге - тот путь, который позволит нам познать самих себя» (с. 919).
Попутно заметим, что главным препятствием на пути реализации кардинальных способов лечения генетических, равно как и иных хронических заболеваний, является противодействие транснациональных фармацевтических компаний-гигантов. В современном мире глобализованного финансово-олигархического империализма это является аксиомой.
Опять же, рассматривая рак, как ошибки в работе ДНК и в регуляции репликации (по Дж. Уот-сону), отметим, что здесь не исключены два подхода в обосновании такого утверждения. Остановимся подробнее. Также пятьдесят лет тому назад академиком В.А. Энгельгардтом был сформулирован проект «Ревертаза», согласно которому обратная транскрипция [10], то есть синтез ДНК по РНК (не наоборот! Что привычнее): РНК-матрица ^ ДНК ^ «продукт», явилась оптимальной для получения in vitro генов, освобожденных от некодирующих участков. Именно из фактора обратной транскрипции следует справедливость вирусогенетической концепции онкозаболевания, а именно: раскрывается механизм интерации генома РНК-содержащих вирусов, имманентных опухолеобразованию, в геном трансформируемой ими клетки - открытие Г. Темина и Д. Балтимора (1970 г.) - нобелевское.
Это суть базовый подход к обоснованию вирус-ногенетической причины раковых заболеваний. Несколько отличен другой подход, который назовем уточняющим или развивающим подход базовый, а именно концептуально поясняющий те самые сбои в работе ДНК и в регуляции репликации (Дж. Уот-сон) - их механизм. Действительно, из разработанной одним из авторов общевирусной теории [19,20] следует, что обобщенно понимаемый сивиред - системный вирусный регулятор движения (эволюции) SVR(k) является агентом действия оператора
сивиредиана \SVR(k)>. В части действия \SVR(k)> на ДНК, приводящее к сбою в работе ДНК и в ситуации репликации, следствием чего и является вирусоге-нетически обусловленное онкозаболевание, агенты действия SVR(k) могут (предположительно) иметь различную природу [10]: химические агенты-мутагены, вызывающие повреждение ДНК в форме алки-вирования, токсические радикалы, химические агенты, вызывающие межнитевые сшивки и апури-новые бреши и так далее.
Но наиболее повреждающими агентами - сиви-редами являются относящиеся к внешним облучениям биообъекта (БО), а именно: ультрафиолетовое облучение, ионизирующая радиация, другие виды радиации, часто в сочетании с химическими агентами, вызывающие такие существенные повреждения ДНК, как пиримидиновый димер, аддукт, одно-нитевый и двунитевый разрывы. Эти агенты обозначим номерным перебором Исходя из сказанного выше, сформулируем лемму, положенную в основу настоящего цикла статей.
Лемма 1. Поскольку наиболее повреждающими, в том числе вызывающими сбой в работе ДНК и в регуляции репликации, что является вирусогенетической причиной онкозаболеваний, агентами-сивиредами SVR(k) действия оператора \SVR(k)> являются экзогенные по отношению к БО облучения различной природы и частотных диапазонов(см. выше), что следует как из экспериментов, так и особенно из вещественно-полевой структуры и жизнедеятельности БО, то к таким SVR(k) относятся и высокочастотные низкоинтенсивные экзогенные облучения БО.
Постановку задач теоретического исследования и анализа известных результатов также сформулируем в виде леммы.
Лемма 2. Геномное моделирование для исследования высокочастотного низкоинтенсивного электромагнитного облучения БО имеет целью создание геометро-топологической вещественно-полевой модели ДНК, имманентной анализу ее информационного содержания в электромагнитном кодировании, во взаимодействии с экзогенными электромагнитными облучениями БО, в том числе с повреждающими работу ДНК и регуляцию, а значит являющимися источником вирусогенетических заболеваний, в частности, онкозаболеваний.
Таким образом, потребная геномная модель определяется в системно-функциональном единстве геометрических, топологических, вещественных (двойная нуклеотидная спираль), электромагнитных и информационных характеристик ДНК. Сразу оговоримся, что вещественно-полевой каркас ДНК, то есть плотная объемная упаковка (двухметровая для человека) двойной спирали, с позиции геометро -топологического структурирования
характеризуется выраженной случайностью. То есть как формирование структуры упаковки ДНК Ф, так и различие в упаковках других ДНК БО (А, й2 ... , А-!) + Ф + (й+1, й+2, ... , йк) в текущий момент времени г8 жизнедеятельности (жизни) БО, а также различие упаковок ДНК в эволюционном ряду БО, включая ближнюю (потомственную) генофенотипику, подчиняются специальному классу случайных процессов, для которых дадим следующее
Определение 1. Формирование (&, й2 ... , й-), (й+1, й+2,..., йк) в отнесении к конкретному БО в цикле его жизнедеятельности (функционирования) и к текущему моменту времени Тб , а также к эволюционному ряду БО - и его предшественников, - включая ближнюю генофенотипику, подчиняется специальному классу случайных процессов, сохраняющих во времени Тб ^ Тэв (БО) медианный, квазиаттракторный абрис упаковки ДНК и отвечающий следующему условию: если состояние ДНК, как системы упаковки, в каждый момент времени Тб отвечает одному из состояний Ф, й2, ... (— йк) и с течением времени т эв—* происходят случайные переходы из одного состояния в другое, то такой процесс относится к специальному классу, если состояния системы Ф определяет только вероятность Р¡, / (т) того, что через некоторый промежуток Дт система перейдет в состояние й-, при этом данная вероятность не зависит от течения процесса в прошлом (эволюционном, генофенотипическом, конкретном индивидуальном) времени т.
Выделенное в определении 1 утверждение позволяет отнести таковой специальный класс случайных процессов к марковским процессам, которые являются главенствующими в вероятностном стохастическом описании эволюционирующих биосистем. То есть имеем, с одной стороны, медианность (квазиаттракторность) процесса упаковки ДНК, но с другой (см. в определении 1) - вероятностную независимость такой упаковки от прошлого в преемственности процесса. Итак, сочетание вариативной случайности в формировании вещественно-полевого каркаса модели ДНК и ее строго выдержанная функциональная организация. Именно в таком вероятностно-детерминированном сочетании модель ДНК с качеством марковости ее формирования и рассматривается нами в контексте постановки задачи исследования (лемма 2). Более того, именно осознание качества марковости, в определенном смысле интуитивно осознаваемое выдающимися селекционерами конца XIX - первой трети XX вв. (Лютер Бёрбанк, А. Вильморен, К.А. Тимирязев, И.В. Мичурин и Т.Д. Лысенко), позволило отсечь в генетике ложный ход познания (А. Вейсман и Т.Г. Морган) о неизменности и непрерывности зародышевой плазмы, структурно выделенной в определенных органах БО. Кстати, первым четко сформулировал
предтечу открытия ДНК именно Т.Д. Лысенко, отвергнув концепцию Вейсмана - Моргана о неких «зародышевых клубочках» и выдвинув предположение, оказавшееся провидческим: не обособленность системы наследственности в структуре БО, но именно наличие в каждой клетке БО исчерпывающего функционального элемента наследственности, вероятностно-детерминированно изменяющегося генофенотипически и эволюционно согласно целеуказанию биоэволюции (понятно, мы переводим на современный научный язык утверждение Т.Д. Лысенко).
Но если предвидение Т.Д. Лысенко осталось втуне в серии «генетических скандалов» - своя своих не познаша, специфика отечественной науки, то вот имя автора концепции генетического кода Георгия Гамова, ставшего в 1920-х гг. русским американцем, то есть предвосхитившего информационную структуру ДНК, настолько прочно вошла в науку, что стало объединяющим для таких дисциплин как физика, космология, биоинформатика и множество их специализированных направлений. Итак, единственно признанная концепция образования Вселенной в результате «горячего Большого взрыва» и генетический код в передаче биологической наследственности имеют непререкаемым автором Г.А. Гамова. А если рассуждать системно, то это всего лишь две стороны одной медали: наличия фундаментального кода Вселенной (термин из концепции феноменологии ноосферы [19,20]). Как в модели Большого взрыва, так и в формируемой нами модели ДНК, то есть в моделях акцентированно вещественно-полевых, информационный код записывается на вещественных элементах, звездно-галактических и нуклеотидных, соответственно, а считы-вается и передается в волновой форме электромагнитным полем (ЭМП). Для биосистем приоритетность ЭМП самоочевидна... впрочем, и для конструкции Вселенной таковой приоритетностью выбора из обоих дальнодействующих фундаментальных взаимодействий, то есть электромагнитного и гравитационного, обладает первое с силой взаимодействия почти на сорок порядков превышающей такую у гравитационного поля.
Наиболее полно на сегодняшний день моделирование ДНК, то есть исследование волнового генома (волнового генетического кода), представлено работами [8,9] П.П. Гаряева. В частности, модели биоморфогенеза представлены в [9] исследованием вклада эндогенных физических полей, ЭМП первоочередно, в биоморфогенез. А математическое моделирование волновых процессов в ДНК дополнено циклом экспериментальных исследований по лазерной спектроскопии ДНК, памяти ДНК, резонансам Ферми - Паста - Улама (морфогенетика и
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2024 - Vol. 31, № 2 - P. 106-113
вербально-семантическая модуляция) и «записью» лазерного сигнала ДНК. В работе [8] полученны результаты уточнения модели генетического кода: экспериментальным подтверждением реальности волновых генов и созданием их (теоретических) моделей, экспериментами по воздействию ИК-лазерного сигнала на уровне нелинейной динамики ДНК, антенная модель ДНК и РНК, структуры ДНК и пр.
В целом, концепция волнового генома (волнового генетического кода), разработанная в [8,9], является целостной, хотя и не исключает определенных возражений, впрочем, скорее уточняющего, не концептуального характера. Поскольку из тематики волнового генома наши интересы касаются лишь доминанты эндогенной электромагнитной передачи генетической информации и «вмешательства» эндогенных ЭМП облучения ДНК в составе БО, то подробно на анализе модели волнового генома останавливаться не станем, адресуя к книгам [8,9]; там же подробная библиография по теме.
Что касается вещественной модели ДНК, то есть собственно двойной нуклеотидной спирали, то именно ее размещение, компактификация (позволим себе перенести этот чисто математический термин в биологию...) в ядре клетки и является геометро-топологической моделью ДНК с характеристикой марковости индивидуальной упаковки. Собственно схема последовательности упаковки ДНК в ядре клетки однозначна: [двойная спираль ДНК] ^ [свертывание участков ДНК в нуклеосомы («бусинки на хромосоме») ] ^ [нуклеосомы, упакованные в хроматине] ^ [упаковка нити хроматина в ядре клетки].
Итак, укрупненно выделим три группы моделей ДНК (см. выше): (а) электромагнитные, (б) физико-математические (они же геометро-топологические) и (в) информационно-физические. На первых, как было уже сказано, сосредоточим основной интерес в настоящем цикле статей. О моделях информационных также было сказано выше. Упаковка же ДНК в ядре клетки относится к физико-математическому, геометро-топологическому моделированию. Поэтому таковые модели, например, математическая модель [18] (см. также нашу работу [7]), рассматриваемая ниже, обычно опираются на механические аналогии, используя принцип подобия Максвелла: подобны не физические или иной природы явления, но математические соотношения, их описывающие. Предварительно поясним, что рассматриваемая ниже внутренняя подвижность ДНК характеризует ее геометро-топологическую вариабельность и одновременно отвечает марковости собственно функционирования ДНК.
Рис. Двойная цепочка маятников: M - масса маятников; ¡ - длина маятников; K, k - жесткости продольных и поперечных пружинок (по [18])
В работе [18] предложена нелинейная математическая модель, имитирующая внутреннюю подвижность ДНК. Согласно схеме на рис., внутренняя динамика этой макромолекулы описывается моделью, состоящей из двух, направленных по оси z цепочек маятников (имитация оснований ДНК, связанных друг с другом продольными и поперечными пружинами (модификация механической модели А. Скотта и С. Инглендера)). Возможные смещения маятников в плоскости xy описываются как [18] ип,1 = {-'(1 - С0БфпЛ)-, 1 sinфпЛ; 0};
ип,2 = {'(1 - cos^m); 1 sin фпх, 0}; где <pnj - угловое смещение «-го маятника j-й цепочки; j =1,2. Гамильтониан, описывающий динамику этой модельной системы, будет тогда иметь вид:
Н = Т + V = Y MÍ2{(d<pni/dt)2 + (dyn2 / dt)} /2 +
+ УУ УУ К12 ((Рп-и)2/2 +
+ У kl2{2(1 - cosipn1) + 2(1 - cospn2) - [1
- cos Опд + <ра,2Ш
Запишем динамические уравнения, соответствующие модельному гамильтониану H [18]:
Id2Vn,i/dt2 = К12(срп+Ы - 2(рпЛ + фп-ы) -
- kl2[2sin<pn,i - sin(<pn,i + (pnj2)],
ld2<Pn22/dt2 = Kl2 (фп+1,2 - 2yn,2 + фп-1,2) -
- kl2[2sinvn¿ - sin((pn,2 + <рпЛ)], где I = MP.
В непрерывном пределе уравнения (3) приводятся к более простому виду [18]:
ld2q¡1/ dt2 = Kl2d2<pi/dz2 - kl2[2sín^i - sín(<pi + <p2)]; Id2<p2/ dt2 = Kl2d2<p2/dz2 - kl2[2sin<p2 - sin(<p2 + ^1)].
Уравнения (4) имеют солитоноподобные решения [12]; наиболее важно одно из них, имеющее следующий вид [18]:
Vi = -<Р2 = <Ркинк , (5)
где фШнк(х,()= 4arctg{exp[d^(1 - v2/C2)-1/2(z- vt- zo)]}; d = a(K/2k)1/2; C¡2 = Ka2 / m; v - скорость кинка; a- расстояние между соседними маятниками, имитирующими основания в ДНК.
(4)
Полученные соотношения достаточно корректно описывают механические характеристики ДНК, еще раз подтверждая физическую природу структурирования этой биомолекулы - предтечи жизни.
Рассмотренная модель (1) - (5) отражает один из факторов функционирования ДНК; мы специально остановились на ней, чтобы показать: обобщенная модель ДНК, как объединение групп (а), (б) и (в), в теоретическом плане имеет достаточно строгое математическое описание с учетом марковости процессов как компактификации, так и собственно функционирования ДНК.
Прежде чем перейти к базовым для настоящего цикла работ электромагнитной модели ДНК, снова обратимся к модели информационно-физической, ибо рассматривая (а), мы должны постоянно соотносить (а) с (в), как функционально взаимосвязанных с обобщенной моделью ДНК. А именно, отметим следующее в эволюционном анализе формирования ДНК.
В случае дарвиновского естественного отбора, при усовершенствовании внутри вида, избыточная информация Дд/изб, не дающая уже эволюционно приобретаемых качеств, должна элиминироваться [17]. Согласно теории эволюции П. Тейяра де Шар-дена [16], это соответствует отсечению боковых ходов в методе «проб и ошибок» эволюционирующей природы.
Для эволюции по Ламарку ДЛ1изб « Дд/изб, ибо в процессе адаптации основная часть информации, что в дарвиновской теории полагается «тупиковой», здесь сохраняется в биосистеме, просто качество ценности информации перераспределяется.
Что же касается ароморфаз, то есть качественных скачков, то следует иметь в виду: это суть образование принципиально новых организмов. Их было много в биоэволюции, но начальные следующие [17].
С информационной точки зрения каждый качественный скачок добавлял новую ценную информацию, количество которой определяется размерами (функциями) новых белков. Физически это означает создание в ДНК все новых и новых кодирующих участков. Например, фотосинтетическая система содержит, как минимум, два белка (хромофор и АТФ-синтетазу), каждые «размером» не менее 200 аминокислот. А кодирующий эту систему участок ДНК должен содержать 1200 нуклеотидов [13]. Количество информации в этом участке равно [17]:
I = ^2 4200 = 2400 бит. (6)
Вероятность же возникновения такого участка за счет точечных мутаций в одном акте исчезающе мала [17]:
Жты = 2-1 = 2-2400 (7)
Оценки (6) и (7) весьма характерны и наглядны с позиций создания информационной модели ДНК. Опять же марковость такого процесса создания.
Такие же исчезающе малые вероятности, дабы не впадать в иррационализм, показывают: информационное содержание биосистем объяснимо только с принятием физического механизма, изначально заложенного в фундаментальном коде Вселенной (ФКВ) [6]. А реализация этого кода в начальном биосинтезе и последующей эволюции отчасти может быть объяснена на уровне существующего знания (например, блочные мутации вместо точечных, отбор посредством (ламарковской) адаптации и т.п.), но магистральное целеуказание нам пока неведомо, равно как мы пока ничего не можем сказать о целеуказании возникновения и развития Вселенной.
Заметим, что при формировании информационной модели ДНК из множества вариантов определения понятия информации, собранных в [17] целесообразно использовать следующий: «Информация есть заполненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных» (С. 168) с количеством информации I = 1о^п(п - число учитываемых вариантов). Ценность же информации зависит от цели, с которой эта информация используется; теория ценности информации разработана Р.Л. Страто-новичем [14].
Теперь от информации - к ее электромагнитному носителю, то есть от информационно-физической к электромагнитной модели ДНК; опять же -что уже известно в плане развиваемой нами темы?
Сразу отметим, что в построении ЭМ-модели ДНК, как условного приемника экзогенных, внешних по отношению к БО, ЭМП, имеем вложенную структуру полей:
[£,Я]вн'ЧЛА>[£;,Я]кл',^Л>[£,,Я]днк, (8) где внешнее (вн) поле воздействует на собственное клеточное (кл) ЭМП модельно представляемой ДНК. О последнем будем говорить после построения ЭМ-модели ДНК; пока же важно оценить составляющую [Е, Я]кл в цепочке («матрешке») (8).
Клетки БО являются источниками низкоинтенсивных ЭМП, частоты которых соответствующей длинноволновой части КВЧ (крайневысокочастот-ного 30 ^ 300 ГГц) - диапазона [5,11,15]. При внешнем [Е, Я]вн КВЧ-облучении БО перенос ЭМП на уровень биопроцессов осуществляется с помощью колебаний заряженных клеточных мембран, а эти колебания поддерживаются за счет энергии метаболизма. Таким образом, клетка является эквивалентом некоего электромеханического генератора, которые, в свою очередь, взаимодействует друг с другом и с [Е, Я]вн.
Обоснование именно КВЧ-диапазона для первичных механических колебаний клеточных мембран дано в [11] (дополнено в [5,15]). Колебаниям же
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2024 - Vol. 31, № 2 - P. 106-113
заряженных клеточных мембранах соответствует колеблющийся электрический диполь р = рзт о>£, который и воспринимает («антенна») [Е, Я] вн в цепи (8). При этом внешняя добротность определяется как [11]
Овн.эл= ш Еэл/ Екл = 2/ (2л) (Яд / г)3, (9)
где Еэл - энергетический запас; — мощность электромагнитного излучения (ЭМИ).
Из (9) следует высокая внешняя добротность порядка Овн.эл» 107 на частоте f= 40 ГГц в матриксе и
при размере клетки г= 2 . 10-4 см. Также исходя из (9) определяется [11] величина ЭМИ КВЧ клетки Хкл ~ 10-23 Вт, которому соответствует диполь ро ~ 2 • 10-16.
При облучении клетки в цепи (8) [Е, Я]внс поверхностной плотностью потока энергии (ПППЭ) Жвн мощность ЛТвн, принимаемая синфазноколебаю-щимся диполем, составляет [11]:
Мвн « Мак > = ^ ~ 10-16 Вт. (10)
вн ак Сак// 1ак У '
Соответствие с принятой оценкой Ыак « 10-14 Вт [5,15] подтверждает справедливость рассмотренной модели.
Следующий этап моделирования - исследование воздействия [Е, Я]вн на собственное клеточное ЭМП [Е, Я]кл. В практическом медико-биологическом плане - это анализ воздействия внешнего ЭМИ КВЧ на БО [5-7, 15]. Соответствующая модель, предложенная нами [1-5], суть корреляционный механизм активации собственных высокочастотных (низкоинтенсивных с ПППЭ < 10 ... 15 мВт/см2) ЭМП клеток БО при внешнем облучении БО. Используется биофизический подход, в отличие от радиофизического [11]. Также в отличие от когерентного характера активации (биофизическая школа Н.Д. Де-вяткова, ИРЭ РАН) и концепции стохастического резонанса (научная школа Н.К. Чемериса, Ин-т биофизики РАН; обзор исследований названных школ см. в [5]), корреляционный подход к объяснению механизма активации [Е, Н]кл опирается на информационную основу биофизикохимических процессов жизнедеятельности и биокибернетический подход в организации сложных систем (самоорганизация, нелинейность, синергетика и пр.).
Итак, естественным «биологическим полем» БО является ЭМП диапазонов от ИК до УФ - это поле изначально связано с цитохромными процессами «колебания» электронов в системе БО (как возможный вариант); главное, что эти колебания Б^Ь) генерируются в БО, а само их наличие необходимо для реализации биокибернетического принципа обратной связи БО со средой. Вторым, тоже естественным полем БО, являются поля, обусловленные физиологическими ритмами [2,4] Бз(Ь), физиологически реализуемые акусто-электрическими колебаниями в диапазоне от долей герца до сотен герц.
Понятно, что в рамках обычной структуры БО эти ЭМП модулируются. Но непосредственная
модуляция МОД31 (S3 / Si) вряд ли возможна, ибо слишком иерархически удалены друг от друга соответствующие биоструктуры - среды генерации и распространения ЭМП. Именно поэтому в БО существует колебание SO заряженных клеточных мембран - см. выше (9), (10), совпадающие с КВЧ-диапазоном ЭМИ. Справедлива
Лемма 3. В БО существуют (генерируются) ЭМП S2(t), как колебания заряженных клеточных мембран, частоты спектра которые совпадают с длинноволновой частью КВЧ-диапазона, назначение которого в естественном биофизическом процессе - корреляционно-связующее, медианно-модулирующее соответственно; двойная модуляция МОД32 (S3 / S2) ^ МОД32 (i) (S3 / S2/ Si) приводит к расширению спектра итогового сигнала A32(i)(f).
Именно поэтому при воздействии на БО внешнего ЭМИ [Е, Я]вн с частотами длинноволновой части КВЧ-диапазона и происходит активация собственных ЭМП клеток БО - биофизическая основа той же КВЧ -терапии [5,6], а главное - медико-биологических исследований воздействия экзогенных ЭМП на функции жизнедеятельности БО.
Таким образом, исследовав (в доверительной ее части) модель воздействия [Е, Я]вн^ [Е, Я]кл и используя принцип скейлингового (структурно-масштабного) подобия в организации биосистем, тем самым даем схему (дальнейшего) моделирования в цепи (8) воздействия [Е, Я]вн^ [Е, Я]днк, что является нашей задачей.
Заключение. В настоящей статье, постановочной по задаче и содержанию, рассмотрены пролегомены к разработке электромагнитной модели ДНК, впрочем, не обходя специфик информационно-физического и геометро-топологического моделирования, как тесно коррелирующих с электромагнитным. В самой общей постановке задачи показано, в том числе по известным исследованиям - нашим и других авторов, - что геномное моделирование для целей исследования «отклика» ДНК на внешнее облучение биообъекта высокочастотным низкоинтенсивным ЭМИ, как источника ошибок в работе ДНК и в регуляции репликации, наиболее продуктивно при использовании принципа скейлингового подобия в соотнесении воздействий ЭМП во вложенной их структуре (8). Тем более, что воздействие внешних ЭМП на собственные клеточные поля достаточно объективно изучено, а принцип указанного подобия позволяет перенести результаты на взаимодействие (8) во всей его коррелирующей полноте. Основное здесь - создание адекватной ЭМ-модели ДНК, что и есть содержание последующих статей цикла.
Литература / References
1. Афромеев В.И., Богданов В.П., Колондар Е.А., Субботина Т.И., Яшин А.А. Исследование воздействия на соматический кроссинговер Drosophila melanogaster как «биологический индикатор» высокочастотных полей различных физической природы //
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2024 - Vol. 31, № 2 - P. 106-113
Вестник новых медицинских технологий. 1997. № 4. С. 18-23 / Af-romeev VI, Bogdanov VP, Kolondar EA, Subbotina TI, Yashin AA. Issle-dovanie vozdeistviya na somaticheskiy krossingover Drosoph-ilamelanogaster kak "biologicheskiy indikator" vysokochastotnykh po-ley razlichnykh fizicheskoi prirody [Investigation of the effect on Dro-sophilamelanogaster somatic crossingover as a 'biological indicator' of high-frequency fields of different physical nature]. Journal of New Medical Technologies. 1997;4:18-23. Russian.
2. Афромеев В.И., Субботина Т.И., Яшин А.А. Корреляционный подход и роль физиологических ритмов в объяснении эффектов взаимодействия электромагнитных полей с живым веществом // Вестник новых медицинских технологий. 1997. № 3. С. 31-35 / Afromeev VI, Subbotina TI, Yashin AA. Korrelyacionny podkhod i rol' fiziologicheskikh ritmov v ob'yasnenii effektov vzaimodeistviya el-ektromagnitnykh polei s zhivym veshchestvom [Correlation approach and the role of physiological rhythms in explaining the effects of interaction between electromagnetic fields and living matter]. Journal of New Medical Technologies. 1997;3:31-5. Russian.
3. Афромеев В.И., Субботина Т.И., Яшин А.А. О возможном корреляционном механизме активации собственных электромагнитных полей клеток организма при внешнем облучении // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 1997. № 9-10. С. 28-34 / Afromeev VI, Subbotina TI, Yashin AA. O vozmozhnom korrelyacion-nom mekhanizme aktivacii sobstvennykh elektromagnitnykh polei kletok organizmf pri vneshnem obluchenii [About possible correlation mechanism of activation of organism cells' own electromagnetic fields at external irradiation]. Millimetrovye volny v biologii i medicine. 1997;9-10:28-34. Russian.
4. Афромеев В.И., Субботина Т.И., Яшин А.А. О роли физиологических ритмов в механизме взаимодействия КВЧ-излучения нетепловой интенсивности на живой организм / В кн.: Фундаментальные науки и альтернативная медицина: Тез. докл. межд. сим-поз. Пущино: Издательство Пущинского научного центра РАН, 1997. С. 49-50 / Afromeev VI, Subbotina TI, Yashin AA. O roli fiziolog-icheskikh ritmov v mekhanizme vzaimodeistviya KVCH-izlucheniya neteplovoi intensivnosti na zhivoi organizm [On the role of physiological rhythms in the mechanism of interaction of EHF radiation of nonthermal intensity on the living organism]. In book: Fundamental'nye nauki i al'ternativnaya medicina [Basic sciences and alternative medicine]: Theses of reports of interdisciplinary symposium. Pushchino: Publishing house of the Pushchino Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences; 1997. Russian.
5. Афромеев В.И., Хадарцев А.А., Яшин А.А. Биофизика полей и излучений и биоинформатика. Ч. III. Основы физико-биологической и технической реализации управляющих воздействий высокочастотными электромагнитными полями в медицине / Под ред. А.А. Яшина. Тула: Издательство ТулГУ, 1999. 508 с. / Afromeev VI, Khadartsev AA, Yashin AA. Biofizika polei i izlucheniya i bioin-formatika. Ch. III. Osnovy fiziko-biologicheskoi i tekhnicheskoi real-izacii upravlyaushchikh vozdeistviy vysokochastotnymi elektromagnit-nymi polyami v medicine [Field and Radiation Biophysics and Bioinfor-matics. PART III. Fundamentals of physico-biological and technical realisation of control actions by high-frequency electromagnetic fields in medicine]. Edited by A.A. Yashin. Tula: TSU edition; 1999. Russian.
6. Биофизика полей и излучений и биоинформатика. Ч. I. Физико-биологические основы информационных процессов в живом веществе / Е.И. Нефедов, А.А. Протопопов, А.А. Хадарцев, А.А. Яшин; Под ред. А.А. Яшина. Тула: Издательство ТулГУ, 1998. 333 с. / Biofizika polei i izlucheniy i bioinformatika. Ch. I. Fiziko-biologiches-kie osnovy informacionnykh processov v zhivom veshchestve [Field and Radiation Biophysics and Bioinformatics. PART I. Physico-biological bases of information processes in living matter]. E.I. Nefedov, A.A. Pro-topopov, A.A. Khadartsev, A.A. Yashin; edited by A.A. Yashin. Tula: TSU edition; 1998. Russian.
7. Введение в электродинамику живых систем / Т.И. Субботина, И.Ш. Туктамышев, А.А. Хадарцев, А.А. Яшин; Под ред. А.А. Яшина. Тула: Издательство ТулГУ, 2003. 440 с. (Серия «Электродинамика и информатика живых систем», Т. 5) / Vvedenie v elektrodinamiku zhivykh sistem [Introduction to the electrodynamics of living systems] / T.I. Subbotina, I.Sh. Tuktamyshev, A.A. Khadartsev, A.A. Yashin; edited by A.A. Yashin. Tula: TSU edition; 2003. Russian.
8. Гаряев П.П. Волновой генетический код: Институт проблем управления РАН. М.: Издатцентр, 1997. 107 с. / Garyaev PP. Volnovoi geneticheskiy kod [The wave genetic code]: Institute of Management Problems in the Russian Academy of Sciences. Moscow: Izda-tcentr; 1997. Russian.
9. Гаряев П.П. Волновой геном. М.: Общественная польза, 1994. 280 с. / Garyaev PP. Volnovoi genom. Moscow: Obshchestven-naya pol'za; 1994. Russian.
10. К 50-летию открытия структуры ДНК / Лаве-дова Н.П., Уотсона Дж., Фаддеева Л.Ф., Велихова Е.П., Марчука Г.И., Георгиева Г.П. [и др.] // Вестник Российской академии наук. 2003. Т. 73, № 10. С. 918 - 938 / Lavedov NP, Watson J, Faddeev LF, Velikhov EP, Marchuk GI, Georgiev GP, et al. K 50-letiyu otkrytiya struktury DNK [On the 50th anniversary of the discovery of the DNA structure]. Vest-nik Rossiyskoi akademii nauk. 2003;73(10):918-38. Russian.
11. Кузнецов А.П. Электромагнитные поля живых клеток в КВЧ-диапазоне // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1991. Вып. 7. С. 3-6. / Kuznetsov AP. Elektromagnitnye poly zhivykh kletok v KVCH-diapazone [Electromagnetic fields of living cells in the EHF range]. Elektronnaya tekhnika. Ser. 1. Elektronika SVCH. 1991;Issue 7:3-6. Russian.
12. Математические методы современной биомедицины и экологии / Афромеев В.И., Протопопов А.А., Фильчакова В.П. [и др.]; Под общ. ред. Е.И. Нефедова, А.А. Хадарцева и А.А. Яшина. Тула: Издательство ТулГУ, 1997. 223 с. / Afromeev VI, Protopopov AA, Fil'chakova VP, et al. Matematicheskie metody sovremennoi bio-mediciny i ekologii [Mathematical methods of modern biomedicine and ecology]. under general ed. by E.I. Nefedov, A.A. Khadartsev and A.A. Yashin. Tula: TSU edition; 1997. Russian.
13. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х т.: Пер. с англ. М.: Мир, 1998. Т. 1. 376 с. / Singer M, Berg P. Geny i genomy. V 2-kh t. [Genes and genomes. In 2 vols.]: translated from English. Moscow: Mir: 1998; Vol. 1. Russian.
14. Стратонович Р.Л. Теория информации. М.: Советское радио, 1975. 424 с. / Stratonovich RL. Teoriya informacii [Theory of information]. Moscow: Sovetskoe radio; 1975. Russian.
15. Субботина Т.И., Туктамышев И.Ш., Яшин А.А. Электромагнитная сигнализация в живой природе / Под ред. А.А. Яшина. Тула: Издательство «Гриф и К», 2003. 319 с. (Серия «Электродинамика и информатика живых систем», Т. 3) / Subbotina TI, Tuktamyshev ISh, Yashin AA. Elektromagnitnaya signalizaciya v zhivoi prirode [Electromagnetic signaling in wildlife]. edited by A.A. Yashin. Tula: "Grif i K" [Grif & Co.] edition; 2003. Russian.
16. Тейяр де Шарден П. Феномен человека. Преджизнь. Жизнь. Мысль. Сверхжизнь: Пер. с фр. М.: Наука, 1987. 240 с. / Teil-hard de Chardin P. Fenomen cheloveka. Predzhizn'. Zhizn'. Mysl'. Sverkhzhizn' [The human phenomenon. Pre-life. Life. Thought. Superlife]: translated from French. Moscow: Nauka; 1987. Russian.
17. Чернавский Д.С. Проблема происхождения жизни и мышления с точки зрения современной физики // Успехи физических наук. 2000. Т. 170, № 2. С. 157-183 / Chernavskiy DS. Problema proiskhozhdeniya zhizni i myshleniya s tochki zreniya sovremennoi fiziki [The problem of the origin of life and thought from the point of view of modern physics]. Uspekhi fizicheskikh nauk. 2000;170(2):157-83. Russian.
18. Якушевич Л.В. Нелинейная математическая модель ДНК и ее применение в расчетах рассеяния нейтронов // Биофизика. 1998. Т. 43, № 6. С. 975-976 / Yakushevich LV. Nelineinaya ma-tematicheskaya model' DNK i ee primenenie v raschetakh rasseyaniya neitronov [Nonlinear mathematical model of DNA and its application in neutron scattering calculations]. Biofizika. 1998;43(6):975-6. Russian.
19. Яшин А.А. Феноменология ноосферы: Универсальная эволюционная регуляция: монография «Живая материя и феноменология ноосферы». Т. 18; в 2-х кн. / Предисл. А.И. Субетто. Кн. 1. СПб: Астерион, 2021. 245 с. / Yashin AA. Fenomenologiya noosfery : Universal'naya evolucionnaya regulyaciya: monographiya "Zhivaya materiya i fenomenologiya noosfery" [Phenomenology of the noosphere : Universal evolutionary regulation: the monograph "Living Matter and Phenomenology of the Noosphere"]. Vol. 18; in 2 books / introduction by A.I. Subetto. Book 1. SPb: Asterion; 2021. Russian.
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2024 - Vol. 31, № 2 - P. 106-113
20. Яшин А.А. Феноменология ноосферы: Универсальная эволюционная регуляция: монография «Живая материя и феноменология ноосферы». Т. 18; в 2-х кн. / Предисл. А.И. Субетто. Кн. 2. - СПб: Астерион, 2022. 295 с. / Yashin AA. Fenomenologiya noosfery : Universal'naya evolucionnaya regulyaciya: monographiya "Zhivaya
materiya i fenomenologiya noosfery" [Phenomenology of the noosphere : Universal evolutionary regulation: the monograph "Living Matter and Phenomenology of the Noosphere"]. Vol. 18; in 2 books / introduction by A.I. Subetto. Book 2. SPb: Asterion; 2022. Rusisan.
Библиографическая ссылка:
Савищева А.А., Яшин А.А. Геномное моделирование для целей исследования высокочастотного низкоинтенсивного электромагнитного облучения биообъекта. Часть I: постановка задачи и анализ известных результатов // Вестник новых медицинских технологий. 2024. №2. С. 106-113. DOI: 10.24412/1609-2163-2024-2-106-113. EDN NIJSIS.
Bibliographic reference:
Savishcheva АА, Yashin AA. Genomnoe modelirovanie dlya tseley issledovaniya vysokochastotnogo nizkointensivnogo elektromag-nitnogo oblucheniya bioob"ekta. Chast' I: postanovka zadachi i analiz izvestnykh rezul'tatov [Genomic modeling of high-frequency low-intensity electromagnetic biobject irradiation for research purposes. Part I: problem statement and analysis of known results]. Journal of New Medical Technologies. 2024;2:106-113. DOI: 10.24412/1609-2163-2024-2-106-113. EDN NIJSIS. Russian.
