Biofiziķi atklāj četrus jaunus DNS gramatikas noteikumus

Austriešu bioķīmiķis Ervins Šargafs ir slavens ar diviem viņa atklātajiem noteikumiem, kas tagad nes viņa vārdu. Šī atklājuma laikā, 1950. gadā, lielākā problēma bioloģijā bija DNS struktūras izpratne. Šargafa noteikumi izrādījās svarīgs pavediens šajā mīklā.

Biologi jau sen zināja, ka DNS sastāv no četrām molekulām: adenīna, guanīna, timīna un citozīna. Viņi pieņēma, ka šīs molekulas ir sastopamas vienādā daudzumā, un noraidīja visus mērījumus, kas liecināja par pretējo, kā eksperimentālās kļūdas.

Ar rūpīgu mērījumu Chargaff parādīja, ka šis pieņēmums ir nepareizs. Viņš atklāja, ka adenīna daudzums ir vienāds ar timīna daudzumu un guanīna daudzums ir vienāds ar citozīna daudzumu, bet tie nebija vienādi. Aptuvenie skaitļi ir: A=T=30% un G=C=20%.

Šargafa pirmais paritātes noteikums, kā to tagad sauc, bija svarīgs pavediens, ko Džeimss Vatsons un Frensiss Kriks izmantoja, lai izstrādātu savu dubultās spirāles struktūras bāzes pāra modeli. Biologi tagad zina, ka, tā kā A saistās ar T un G saistās ar C, veidojot dubulto spirāli, šis noteikums attiecas uz visu divpavedienu DNS.

Čārgafs atklāja, ka viņa valdīšanas aptuvenā versija attiecas arī uz lielāko daļu (bet ne visu) vienpavediena DNS. Tā ir daudz lielāka mīkla, un biologi joprojām nav īsti pārliecināti, kāpēc tā ir taisnība.

Chargaff noteikumi ir svarīgi, jo tie norāda uz sava veida bioloģijas gramatiku, slēptu noteikumu kopumu, kas regulē DNS struktūru. Šai gramatikai vajadzētu atklāties kā DNS modeļiem, kas ir nemainīgi visās sugās.

Taču 60 gadu laikā, kopš Čārgafs atklāja savus nemainīgos modeļus, citi nav radušies. Līdz šim brīdim.

Šodien Mišels Jamagiši no Lietišķās bioinformātikas laboratorijas Brazīlijā un Roberto Herai no Unicamp Sanpaulu saka, ka ir atklājuši vairākus jaunus modeļus, kas būtiski paplašina DNS gramatiku.

Viņu pieeja ir vienkārša. Šie puiši izmanto kopu teoriju, lai parādītu, ka Chargaff esošie noteikumi nozīmē citu, augstākas kārtas modeļu esamību.

Lūk, kā. Viens veids, kā domāt par DNS modeļiem, ir sadalīt DNS secību vārdos ar noteiktu garumu, k. Šargafa noteikumi attiecas uz vārdiem, kur k = 1, citiem vārdiem sakot, uz atsevišķiem nukleotīdiem.

Bet kā ar vārdiem ar k=2 (piemēram, AA, AC, AG, AT un tā tālāk) vai k=3 (AAA, AAG, AAC, AAT un tā tālāk)? Bioķīmiķi šos vārdus sauc par oligonukleotīdiem. Kopu teorija nozīmē, ka visām šo k-vārdu kopām ir jāpakļaujas arī noteiktiem fraktāliem līdzīgiem modeļiem.

Yamagishi un Herai tos sadala četros vienādojumos.

Protams, šos modeļus var redzēt tikai milzīgās DNS datu kopās. Protams, Yamagishi un Herai ir saskaitījuši 32 sugu DNS sekvences, meklējot šos jaunos fraktāļu modeļus. Un viņi tos ir atraduši.

Viņi saka, ka modeļi ļoti precīzi parādās 30 no šīm sugām, tostarp cilvēkiem, e coli un augiem arabidopsis. Tikai cilvēka imūndeficīta vīruss (HIV) un Xylella fastidiosa 9a5c, kas uzbrūk persikiem, neatbilst.

Viņi saka, ka šie jaunie noteikumi pirmo reizi parāda, ka oligonukleotīdu frekvencēm ir nemainīgas īpašības lielā genomu komplektā.

Tas varētu izrādīties ārkārtīgi noderīgi, lai novērtētu jauno tehnoloģiju veiktspēju visu genomu sekvencēšanai lielā ātrumā.

Viena no šo metožu problēmām ir zināt, cik precīzi tās darbojas. Yamagishi un Herai ierosina, ka vienkāršs tests būtu pārbaudīt, vai jaunizveidotie genomi satur šos nemainīgos modeļus. Ja nē, tā ir zīme, ka tehnoloģija var ieviest zināmu neobjektivitāti.

Tas ir nedaudz līdzīgs kontrolsummas testam, lai atklātu nejaušas kļūdas datu blokos, un glītam zinātnes darbam, ko palaist.

Atsauce: arxiv.org/abs/1112.1528 : Čārgafa bioloģijas gramatika: jauni fraktāļiem līdzīgi noteikumi

paslēpties