एंटी-एजिंग दुविधा: हार्डवेयर को पुनर्स्थापित करने के लिए या सॉफ़्टवेयर को पुनर्स्थापित करने के लिए?

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अंचा बरानोवा'.2* और जेम्स डी. विलेट*

'क्रोनिक मेटाबोइक डिजीज के अध्ययन के लिए केंद्र, स्कूल ऑफ सिस्टम्स बिडोलॉजी, गियरज मेसन यूरीवर्सिटी, फरफैक्स, वीए यूएसए, 2 रिसर्च सेंटर फॉर मेडिकल जेनेटिक्स, मोसो, रूस

कीवर्ड: मेटाबॉलिक, एसईयू, म्यूटेशन, ट्यूरिंग मशीन, हाइपरकंप्यूटेशन

"रूपकों के पास कम से कम जगह में सबसे अधिक सच्चाई रखने का एक तरीका है।"

—ऑरसन स्कॉट कार्ड, एल्विन जर्नीमैन

Cistanche का उम्र बढ़ने-रोधी प्रभाव होता है

अपने शुरुआती दिनों से, मानव डीएनए को समझने का मूल्य मुख्य रूप से उन संदेशों के समूह को निकालने में देखा गया है जो शरीर का गठन करने वाली कोशिकाओं को चलाते हैं। सामान्य समझ में, इन संदेशों को डीएनए में एन्कोड किया जाता है और आरएनए के सेल-विशिष्ट सेट के रूप में स्थानांतरित किया जाता है, जिनमें से कुछ का प्रोटीन में अनुवाद किया जाता है, फिर शर्करा से बने विभिन्न पोस्ट-ट्रांसलेशनल ऐड-ऑन के साथ संशोधित किया जाता है। लिपिड और अन्य मोएट। घटनाओं की यह जटिल श्रृंखला डीएनए के लिए हर चरण-एपिजेनेटिक्स में अनुमत संशोधनों, आरएनए के लिए संपादन और राइबोसोम (शेन एट अल। 2015)। ऐसा लगता है कि जब समग्र रूप से देखा जाता है, तो डीएनए और डीएनए से जुड़े सभी संदेश ब्लूप्रिंट या निर्देशों के स्पष्ट सेट की तरह नहीं दिखते हैं, बल्कि एक गन्दा ड्राफ्ट या नोटों के ढेर की तरह दिखते हैं जिन्हें लिखा जाता है। हर जगह और अस्पष्टताओं से भरा हुआ।

हालांकि, आइए हम अधिकांश "ओमिक्स" के माध्यम से हैक करें और मेटाबोलाइट्स के रूप में जाने जाने वाले छोटे अणुओं के सेट और मेटाबोलॉमिक्स के उभरते अनुशासन को देखें जो जीवित कोशिका के प्रचुर जटिल यांत्रिकी के वास्तविक आधार पर शोध करता है। यह ध्यान देने योग्य है कि, कुछ हद तक, कोशिका एक जीन के नुकसान या आरएनए के स्तर में परिवर्तन या यहां तक ​​​​कि सबसे महत्वपूर्ण प्रोटीन को भी सहन करेगी, जबकि कुछ सबसे छोटे मेटाबोलाइट्स के स्तर का मामूली नियंत्रण भी। तत्काल और विनाशकारी परिणाम देता है। पोटेशियम आयन और एटीपी का उपयोग सबसे छोटे अणुओं के प्राथमिक उदाहरण के रूप में किया जा सकता है जो एक प्रणालीगत प्रतिक्रिया प्राप्त करने में सक्षम हैं। हमारी गणना के अनुसार, मानव शरीर में सबसे आम इलेक्ट्रोलाइट्स में से एक, पोटेशियम क्लो-राइड की कुल सामग्री में केवल 0.5 प्रतिशत की वृद्धि, तत्काल कार्डियक अरेस्ट की ओर ले जाती है। एटीपी की कमी के परिणाम विभिन्न प्रकार की बीमारियों के रूप में प्रकट हो सकते हैं, उनकी अवधि दोष की गंभीरता के व्युत्क्रमानुपाती होती है।उम्र बढ़ने, विशेष रूप से, ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की दक्षता में गिरावट और परिणामी विकृति के जोखिम में वृद्धि के साथ जुड़ा हुआ है। बेशक, अन्य छोटे अणु हैं, जो संभवतः एटीपी के रूप में प्रसिद्ध नहीं हैं, लेकिन फिर भी अपरिहार्य-सक्षम और अपूरणीय हैं। विशेष रूप से, अमीनो एसिड ट्रिप्टोफैन से प्राप्त मेटाबोलाइट्स में सिस्टम-वाइड फ़ंक्शन के समान नाटकीय परिवर्तन की क्षमता होती है। इस चर्चा के विषय के लिए सबसे प्रासंगिक, चयापचय प्रोफाइल में परिवर्तन को अल्जाइमर रोग सहित उम्र से संबंधित विकारों के रोगज़नक़-सीस के लिए ड्राइवर के रूप में माना जाता है (टैकुटु एट अल, 2010; डेमेट्रियस एंड ड्राइवर, 2013; जिया एट अल।, 2014; ओब्रे और रॉसिग्नोल, 2015)। यह भी ध्यान देने योग्य है कि मेटाबोलाइट्स उतने प्रचुर मात्रा में नहीं हैं जितने कि प्रोटीन और आरएनए की आमतौर पर अध्ययन की गई प्रजातियां हैं। इसलिए, अन्य प्रसिद्ध "ओमिक्स" की अत्यधिक जटिल दुनिया की तुलना में मेटाबोलाइट्स की दुनिया को समझना बेहद आसान है। अंतर्निहित मॉडल की फिटिंग या ओवर-फिटिंग, फंसाने का एक प्रसिद्ध सतत स्रोत।

आइए हम जीवित (और .) की तुलना करेंउम्र बढ़ने) सेल, अपने अंतहीन "ओमिक्स" के साथ - आधुनिक कंप्यूटरों के लिए परस्पर जुड़े घटकों की परतें। कंप्यूटर हार्डवेयर इंटरकनेक्टेड भौतिक उपकरणों का एक संग्रह है जिसका उपयोग आपकी मशीन में या उसके साथ किया जाता है। इन भागों में से एक अपने आप खराब हो सकता है और मर सकता है; हालांकि,

औद्योगिक रूप से निर्मित कंप्यूटरों में, दोष-सहिष्णु या बहु-मॉड्यूलर अतिरेक डिजाइनों में शामिल कई निरर्थक सर्किटों की उपस्थिति तथाकथित "सॉफ्ट त्रुटियों" के खिलाफ पर्याप्त सुरक्षा प्रदान करती है। लेकिन ऐसी नरम त्रुटियां क्या हैं? वास्तव में, ये "सॉफ़्टवेयर गड़बड़" का पर्याय नहीं हैं। नरम त्रुटियों को अक्सर "एकल-घटना अपसेट" (एसईयू) के रूप में परिभाषित किया जाता है, आयनों या इलेक्ट्रो-चुंबकीय विकिरण के कारण होने वाले राज्य के परिवर्तन एक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक डिवाइस में एक संवेदनशील नोड पर हमला करते हैं, आमतौर पर एक इकाई जहां मेमोरी संग्रहीत होती है। "सॉफ्ट एरर" का सबसे आम कारण वातावरण में परमाणुओं से टकराने वाले ब्रह्मांडीय कणों द्वारा सर्किट की सीधी हिट है, जो न्यूट्रॉन और प्रोटॉन (ज़ीग्लर और लैनफोर्ड, 1979) के कैस्केड या शावर बनाते हैं - एक की घटना के अनुरूप परिवर्तन। नरम-त्रुटि दर की गणना के लिए एक सूत्र भी है जिसे आम तौर पर कई विफलताओं-इन-टाइम (उर्फ उत्परिवर्तन दर) (ली एट अल।, 2007) के रूप में व्यक्त किया जाता है। इसी तरह जीवित प्रणालियों के लिए, कंप्यूटर एसईयू का पता लगाने और इनायत से पुनर्प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किए जा सकते हैं, या तो आगे त्रुटि सुधार द्वारा जो प्रत्येक आउटपुट में अनावश्यक त्रुटि-सुधार कोड को शामिल करता है, या रोल-बैक त्रुटि सुधार द्वारा एसईयू का पता लगाने के लिए "सेंटिनल" का उपयोग करता है। "

(या समता) बिट्स, और, यदि आवश्यक हो, तो बैक-अप का उपयोग करके डेटा को फिर से लिखता है। डीएनए की दुनिया में, इन दोनों कार्यों को डीएनए मरम्मत मशीनरी द्वारा निष्पादित किया जाता है। इसी तरह एसईयू के निरर्थक रूटीन के लिए, अनावश्यक डीएनए मरम्मत तंत्र मूल प्रणाली के डिजाइन में अंतर्निहित हैं, चाहे विवो में या सिलिको में। इसलिए, डीएनए और अणु दोनों सीधे डीएनए, यानी आरएनए और प्रोटीन द्वारा एन्कोड किए गए, जीवन के हार्डवेयर के घटक हैं।

मिलियन-डॉलर का प्रश्न है: "कौन से घटक जीवित कोशिका के सॉफ़्टवेयर को बनाते हैं?" नीचे हम जीवित कोशिका को चलाने वाले सॉफ़्टवेयर घटकों के रूप में उपापचयी के भीतर मौजूद छोटे अणुओं के समुदाय के लिए एक मामला बनाने का प्रयास करेंगे। दरअसल, मेटाबोलाइट्स सार्वभौमिक हैं, और सेलुलर प्रकारों के बीच भी विनिमेय हैं। अंत में, एटीपी केवल एटीपी है; यह कल्पना करना मुश्किल है कि एटीपी किसी और चीज में उत्परिवर्तित हो सकता है। इसलिए, मेटाबोलाइट्स की तुलना निर्देशों (सॉफ्टवेयर) के सेट से की जा सकती है, जो एक या दूसरे प्रकार के हार्डवेयर पर चलाए जा सकते हैं- यानी, टैपवार्म से निकाले गए एटीपी के अणु ने सेलुलर जरूरतों और कार्यों को उसी तरह संबोधित किया होगा जैसे जो मानव कोशिका से निकाला जाता है। सेल के भीतर, मेटाबोलाइट्स का एक सेट, प्रत्येक इसकी संबद्ध स्थानीय सांद्रता के साथ और, संभवतः, उनके अनुपात डीएनए में एन्कोड किए गए संदेशों के प्रतिलेखन, अनुवाद और आगे के संशोधन के समग्र पैटर्न को निर्देशित करने वाले "शुद्ध नियामक" के रूप में कार्य कर सकते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, मेटाबोलाइट्स की सांद्रता को बाहरी रूप से समायोजित किया जा सकता है, या तो प्रत्यक्ष पूरकता या घुलनशील एंजाइम अवरोधकों या सह-कारकों के प्रशासन के माध्यम से। इसके साथ, कंप्यूटर सॉफ्टवेयर के समान, सेलुलर मेटाबोलोम द्वारा बनाए रखा गया "नेट विनियमन" डिफ़ॉल्ट सेटिंग्स पर बहाल किया जा सकता है। के मामले मेंउम्र बढ़ने, डिफ़ॉल्ट मोड जीवित प्रणाली प्रक्षेपवक्र, या जीवित प्रणाली की "छोटी" स्थिति पर एक या दूसरे पहले के समय बिंदुओं के अनुरूप होगा। जैसा कि हम में से एक ने पहले प्रदर्शित किया है, मेटाबॉलिक प्रोल्स मजबूत हैं, नेमाटोड में पूरे जीव के फेनोटाइपिक राज्यों के प्रजनन योग्य उंगलियों के निशान, कैनोर्हाडाइटिस एलिगेंस, जीवन स्तर के अंतर और पर्यावरणीय मॉड्यूलेशन (विलेट एट अल।, 2010; सुदामा एट अल। ,2013)। शायद यह एक संयोग से कहीं अधिक है कि सिडनी ब्रेनर, सी. एलिगेंस के विभिन्न वैज्ञानिक पूछताछों के लिए एक पारदर्शी मॉडल के रूप में उपयोग के संस्थापक पिता, जिनमें शामिल हैंउम्र बढ़नेअनुसंधान, हाल ही में पदार्थ और ऊर्जा (ब्रेनर, 2012) के बीच अनंत अध्ययन के अंतःक्रिया में सूचना के प्रश्न को शामिल करने की जैव-तार्किक आवश्यकता की ओर इशारा किया।

निःसंदेह, उपरोक्त सभी रूपक से अधिक कुछ नहीं हैं। हालाँकि, ये उपमाएँ की शाश्वत समस्या को समझने में सहायक हो सकती हैंउम्र बढ़नेएक डेस्क-टॉप कंप्यूटर की सांसारिक दरार के रूप में। जब डेस्कटॉप धीमा या फ्रीजिंग फ्रेम द्वारा हमें विफल करना शुरू कर रहा है, तो हम या तो इसे रीबूट करते हैं या अंतिम उपाय के रूप में, इसके ऑपरेटिंग सॉफ़्टवेयर को पुनर्स्थापित करते हैं। ध्यान दें कि डेस्कटॉप के मामले में हार्डवेयर भागों को एसईयू, या उत्परिवर्तन के लिए कम प्रवण बनाने के लिए उन्हें फिर से डिजाइन करने या अन्यथा मजबूत करने का विचार बेतुका लगता है। इसी तरह, एक जवाबी उपाय के रूप मेंउम्र बढ़ने, हमें उन तत्वों पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए जो आसानी से एक्सेबल हैं, या बदली जा सकते हैं-

मेटाबोलिक पैटर्न बाहरी या आंतरिक प्रेरणाओं के लिए उपयुक्त उम्मीदवार की तरह लगता है (मुराडियन, 2013)। जाहिर है, सोचने के इस तरीके का तात्पर्य है किउम्र बढ़नेजीवित प्रणाली की एक मौलिक संपत्ति नहीं है, बल्कि एक समय से जुड़ी क्षय है, और इस प्रक्रिया को ठीक करने के लिए एक या दूसरी नियमित प्रक्रिया स्थापित की जा सकती है, जो कि बीमारी के उपचार के समान है .

दूसरे शब्दों में, डेस्कटॉप रूपक एक आशा के लिए प्रदान करता है कि जीवित मशीन का एक सॉफ्टवेयर घटक, चयापचय, रिबूट करने के लिए उत्तरदायी हो सकता है। दरअसल, कंप्यूटर की दुनिया और जीने की दुनिया के बीच समानताएं (औरउम्र बढ़ने) चीजें प्रचुर मात्रा में हैं। आधुनिक विज्ञान की शुरुआत से ही भौतिकी और उसके विस्तार, रसायन विज्ञान को जीव विज्ञान का आधार माना गया है। डिजिटल भौतिकी में, भौतिकी के सभी ज्ञात नियमों के परिणाम होते हैं जो एक डिजिटल कंप्यूटर पर सैद्धांतिक रूप से गणना योग्य होते हैं, और इसलिए ब्रह्मांड को एक शास्त्रीय ट्यूरिंग मशीन पर ही गणना योग्य होना चाहिए, एक काल्पनिक उपकरण जो एक के अनुसार टेप की एक पट्टी पर प्रतीकों में हेरफेर करता है। नियमों की तालिका (ट्यूरिंग, 1936)। ऊपर वर्णित आवश्यक सत्य को स्ट्रॉन्ग चर्च-ट्यूरिंग थीसिस (कोपलैंड, 1996) के रूप में जाना जाता है। जीव विज्ञान से संबंधित, जीवित प्रणालियां ट्यूरिंग यूनिवर्स के अंग हैं; इसलिए, सभी जीवित चीजें ट्यूरिंग कंप्यूटर हैं और इसलिए, व्यापक अर्थों में जैविक नियतत्ववाद के विषय हैं।

"नियामक" सेलुलर नेटवर्क में विभिन्न यंत्रवत अंतर्दृष्टि का वर्णन करने वाले और जीवित प्रणाली प्रक्षेपवक्र की अंतिम समझ के लिए आशा प्रदान करने वाले वैज्ञानिक पत्रों की एक अनंत संख्या के लिए दोनों आधार देते हुए, हमें यह स्वीकार करना चाहिए कि डिजिटल भौतिकी न तो सबसे आधुनिक है, न ही ब्रह्मांड का सबसे आकर्षक प्रतिनिधित्व। उदाहरण के लिए, कुछ व्यापक रूप से चर्चा किए गए विकल्प हैं, कि ब्रह्मांड एक हाइपर कंप्यूटर है जो गैर-पुनरावर्ती गणनाओं में सक्षम है (सीगलमैन, 1995; कोपलैंड और प्राउडफुट, 1999)।

महत्वपूर्ण रूप से, भले ही संपूर्ण ब्रह्मांड की तुलना एक हाइपर कंप्यूटर से की जा सकती है, यह संभव है कि इसके हिस्से, यानी जीवित प्रणालियां, ट्यूरिंग दायरे के भीतर रह सकें। यहां हम एक हालिया तर्क में जोड़ना चाहेंगे जो ट्यूरिंग-अनसुलझी पड़ाव समस्या का हवाला देकर ट्यूरिंग आवश्यकताओं (मैल्डोनाडो और गोमेज़ क्रूज़, 2015) को पार करने वाली जीवित प्रणालियों के मामले को बनाता है। एक रुकावट का पता लगाने में असमर्थता या, दूसरे शब्दों में, एक मनमाने कंप्यूटर प्रोग्राम के विवरण और एक इनपुट से निर्धारित करने के लिए कि क्या प्रोग्राम चलना बंद कर देगा, या हमेशा के लिए चलना जारी रखेगा, एक ट्यूरिंग डिज़ाइन (जैक) में एम्बेडेड एक विशेषता है। कोपलैंड, 2004)। यहाँ हम मानते हैं कि, जीवित व्यवस्था के लिए, मृत्यु एक पड़ाव के बराबर है। चूंकि जीवित प्रणालियों में मृत्यु का निश्चित रूप से पता लगाया जा सकता है और भविष्यवाणी की जा सकती है, इसलिए हमें गैर-पुनरावर्ती हाइपरकंप्यूटेशन को जीव विज्ञान के एक महत्वपूर्ण अंतर्निहित सिद्धांत के रूप में स्वीकार करना चाहिए।

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स्वीकृतियाँ

लेखक कॉलेज ऑफ साइंस, जॉर्ज मेसन यूनिवर्सिटी और फेडरल एजेंसी ऑफ साइंटिफिक ऑर्गेनाइजेशन, रूस के ह्यूमन प्रोटिओम साइंटिफिक प्रोग्राम द्वारा प्रदान किए गए सामान्य समर्थन के लिए आभार व्यक्त करते हैं।

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ब्याज बयान का संबंध: लेखक घोषणा करते हैं कि अनुसंधान किसी भी वाणिज्यिक या वित्तीय संबंधों की अनुपस्थिति में आयोजित किया गया था जिसे ब्याज के संभावित शंकु के रूप में माना जा सकता है।