• Wednesday July 17,2019

Čeka električara, ili netko poput njega

Anonim

Ako su naši geni povezani poput krugova, znači li to priroda električara?


Jedna od najvažnijih vrsta poslova koje geni rade jest prebacivanje drugih gena na ili izvan njih. Klasični primjer dolazi od Escherichia coli, i kako jede mlijeko. (Bojim se da će Escherichia coli progresivno zaraziti ovaj blog u nadolazećim mjesecima, budući da završim novu knjigu o ovom nevjerojatnom bugu.) Escherichia coli može napraviti enzime potrebne za digestiranje laktoze, šećera u mlijeku. Ali to normalno ne čini, jer čini proteine ​​koji se stisnu na njegovu DNA pored ovih gena i spriječavaju čitanje enzima koji ih čitaju. Ako bi laktoza trebala uroniti u mikrob, međutim, molekula se veže na proteine ​​represora i uzrokuje njihovu promjenu oblika i padanje DNA. Ako drugi protein, koji signalizira pad drugih vrsta šećera, također zgrabi DNA blizu gena, Escherichia coli počinje puštati enzime koji digestiraju laktozu, a počinje mlijeko.

Ispada da u bilo kojoj stanici, mnogo stotina gena može prebaciti druge gene na ovaj način. Jedan gen može napraviti proteine ​​samo ako ih grabbed by mnoge vrste proteina, a vlastiti protein može prebaciti na mnoge gene zauzvrat. Ti proteini mogu uključiti i druge gene, stvarajući kaskadu prekidača.

Znanstvenici su mapirali veze između tih gena u Escherichia coli, kvasac i drugih vrsta. (Ovdje je upečatljiva slika mreža u nekoliko vrsta bakterija.) Oni su daleko od slučajnih. Imaju hijerarhiju, s nekoliko gena koji utječu na druge. Čak i na najmanjim mjerilima, pokazuju obrasce. Razmotrite samo tri gena. Možete ih povezati na mnogo načina (samo pokušajte spojiti tri točke sa strelicama). Ispada da se u stanicama nekoliko organizacija strelica (poznatih kao motivi) mnogo češće pojavljuju u genetskim mrežama nego što bi se očekivalo ako su geni slučajno povezani.

Jedan od onih zajedničkih aranžmana je osobito zanimljiv - prikazan ovdje lijevo od ove figure. Jedan gen, X, kontrolira još dva gena, Y i Z. Y, zauzvrat, također kontrolira Z. Elektrotehnički i računalni inženjeri mogu imati osjećaj deja vu gleda na ovaj dijagram. To je uobičajeni element u dizajniranju kruga, nazvan je feed-forward petlja. Inženjeri sastavni dijelovi žice za napajanje u mnogim namjenama. Uri Alon iz Sveučilišta Tel Aviv i njegovi kolege bili su među prvima koji su otkrili obilje feed-forward petlji u prirodi. Predložili su da ove petlje moraju poslužiti nekoj korisnoj funkciji koja je bila preferirana prirodnom selekcijom. Oni su ušli u nekoliko ključnih primjera kako bi testirali svoju hipotezu. I dobivaju neke prilično impresivne rezultate.

Na primjer, geni koji kontroliraju kada Escherichia coli gradi svoje repne repove, postavljeni su u petlji za napajanje. Nakon proučavanja ove petlje, on i njegovi kolege zaključili su da radi kao filtar za buku. Genski X u ovoj posebnoj petlji djeluje kao prekidač za uključivanje gena za izgradnju repova (Z u ovom dijagramu). Gene X obično se aktivira kao odgovor na neku vrstu stresa koji bi Escherichia coli učinila dobro da se odmakne. X također uzrokuje stvaranje gena Y u mikrobi, koji se također okreće na istim repom zgradi gena. Ako stres treba nakratko pasti, Escherichia coli zaustavlja ekspresiju gena X. Ali to odmah ne zatvara repnu konstrukciju, budući da postoji dovoljno proteina iz gena Y koji plutaju oko nastavka projekta. Ako stres nestaje, Y nestaje, a mikroba napusti projekt. Samo jak signali promjene dolaze kroz ovaj filter buke, koji može ignorirati manju besmislenu statičku.

Alonovo djelo postalo je izuzetno utjecajno, ali sada crpi duboku skepticizam. Samo zato što nešto izgleda kao krug ne znači da zapravo radi poput njega.

Prošle godine, francuski znanstvenici smatraju važnost motiva - u evoluciji i funkcioniranju stanice - usporedbom nekoliko usko povezanih vrsta kvasca. Ako su motivi odigrali ključnu ulogu u preživljavanju, mogli bi se očuvati tijekom evolucijskog vremena. No, francuski znanstvenici utvrdili su da su petlje i drugi motivi na napuhavanje podložni toliko evolucionarnim promjenama kao i druge interakcije između gena.

Znanstvenici su potom pogledali što zapravo nekoliko motiva u kvascu (ili ne). Odabrali su motive koji su dio mreža uključenih u funkcije kao što su ispumpavanje toksina i pokretanje procesa diobe stanica. Ako ste samo pogledali oblik tih motiva - način na koji se geni pridružuju - možda pretpostavljate da oni moraju djelovati poput kruga, filtrirati i na drugi način prenositi signale na važne načine. No, u svakom slučaju, znanstvenici su pokazali da niti jedan od glavnih koraka obrade informacija ne dolazi u motivi. Geni u motivima su važni samo kao dijelovi mnogo većih mreža. Znanstvenici su predložili da je obilje feed-forward ciklusa i drugih motiva samo dojam proizveden nepotpunim razumijevanjem kako geni utječu jedan na drugog.

I prije nekoliko dana nizozemski znanstvenici pokrenuli su još jedan napad na petlju za napajanje, nazvanim jednostavno "Krugovi napajanja unaprijed za hranjenje kao nuspojavu genomske evolucije". (To je u tisku na Molecular Biology and Evolution, a ovdje možete dobiti besplatan pdf).

Nizozemski se znanstvenici pitao bi li se mnoštvo kružnih tokova napajanja moglo spontano pojaviti, čak i ako im prirodna selekcija ne bi imala prednost. Izgradili su model za evoluciju mreže, temeljeni na ranijem objavljenom 2004. godine. Izgradili su mrežu gena, od kojih svaki ima mjesta na kojima bi se proteini mogli povezati s njima i izazvati njihovo izražavanje. Tada su dopustili da mreža evoluira prema pravilima koja se temelje na onome što znanstvenici znaju o tome kako se stvarni geni razvijaju. Geni mogu izgubiti vezna mjesta ili mogu dobiti dodatnu kopiju mjesta vezivanja. Cijeli genom može se slučajno umnožiti. Geni su ponekad nestajali, a ponekad i proteini koji su uključili jedan gen počeli su se prebaciti na drugi.

U početku je model proizveo slučajnu mrežu koja nije iznenađena. (Grafikon označen ovdje kao A.) ​​No s vremenom je došlo do nečeg čudnog. Neki su geni počeli sve više i više biti povezani s drugim genima. I nakon približno 100 generacija, u mreži se pojavio velik broj petlje napajanja, u onome što znanstvenici sliče lavini. Na ovoj slici petlje napajanja unaprijed označene su u C kao bijele kružnice. Znanstvenici nisu morali graditi u bilo kojoj prednosti kako bi unaprijedili petlje koje bi im mogle učiniti prirodnim odabirom. Spontano su izašli iz mrežnih mreža. "Odabir na pojedinačnim krugovima", zaključuju znanstvenici, "nije potrebno objasniti njihovu obilju".

Vrlo sam znatiželjan vidjeti gdje ova rasprava ide. Jedna od mogućnosti koja dođe na pamet je da je zastavna zgrada napajanje unaprijed petlja je spandrel. Godine 1979. Stephen Jay Gould i Richard Lewontin spandrel. tvrdili su da mnoge strukture u životu imaju svoj početak bez pomoći od prirodne selekcije. Koristili su metafora spandrel-a, trokutastog prostora formiranog između lukova i njenog potpornog zida. Spandrel je bio samo nuspojav luka, kojeg su slikari koristili pokrivajući ih slikama. Možda se kretanje naprijed prolaze kroz evoluciju spontano, bez ikakve vlastite prilagodljive vrijednosti. U mnogim slučajevima oni nikada ne postaju prilagodbe u svoje pravo. No, u nekim slučajevima, oni se obrađuju kako bi informacije obrađivale na koristan način. Neću predvidjeti gdje će ova rasprava otići - osim ako se možda ne kladim da će se znanstvenici jednostavno odmarati i izjaviti: "Dizajn! Moj posao je gotova. "Pretpostavljam da se volim držati sigurnih oklada.

[Naslov zahvaljujući Firesign Theatre, soundtracku mojoj upletenoj mladosti.]


Zanimljivi Članci

NCBI ROFL: Kada je riječ o duljini penisa i ekonomskom rastu, veličina je važna.

NCBI ROFL: Kada je riječ o duljini penisa i ekonomskom rastu, veličina je važna.

Muški orgulje i gospodarski rast: veličina je važna? "Ovaj rad istražuje vezu između ekonomskog razvoja i duljine penisa između 1960. i 1985. godine. Procjenjuje se povećan model Solow koji koristi skup podataka iz zemlje Mankiw-Romer-Weil 121. Utvrđeno je da veličina muškog organa ima suprotan U oblik odnosa s razinom BDP-a 1985. godine.

Razlike u kulturi su važne (čak i unutar islama)

Razlike u kulturi su važne (čak i unutar islama)

Pratio sam događaje u arapskom svijetu samo s udaljenosti. Bilo je puno uzbuđenja na Twitteru i na Facebooku. Budući da nisam nesputan entuzijast za demokraciju, nisam se pridružio u zanosu. Ali jako sam zabrinut zbog onoga što vidim su nerealne pretpostavke i lažne korespondencije. Ovo je veliki problem jer javnost nije u znanju svjetske povijesti i geografije. Na p

Shrews  'Heads Shrink and Grow s godišnjim dobima

Shrews 'Heads Shrink and Grow s godišnjim dobima

Stvaranje skupljenih glava - male, razbijene ljudske glave koje su široko povezane s voodoo i plemenskim ritualima - jeziv je proces, očito puno više nego što je prikazano u Beetlejuiceu . Ali prepustite životinjskom kraljevstvu dokaz da postoji prirodan, manje zlokoban način da se smanji glava. Crve

Zajedničko kemijsko kućanstvo povezano s ženskom neplodnosti

Zajedničko kemijsko kućanstvo povezano s ženskom neplodnosti

Kemikalija pronađena u zajedničkim proizvodima za kućanstvo i kozmetici povezana je s padom plodnosti kod žena, prema novoj studiji. Istraživači su ispitivali više od 1.000 trudnica i otkrili da su oni izloženi višim razinama perfluoriranih kemikalija (PFC) imali više poteškoća s trudnoćom. PFC se kori

Nove vrste Gibbona otkrivene u kineskom grobu

Nove vrste Gibbona otkrivene u kineskom grobu

U onome što bi moglo biti grob bake prvog cara Kine, znanstvenici su neočekivano otkrili kosti izumrle i dosad nepoznate vrste gibbona, otkriva nova studija. Ovi nalazi upućuju na postojanje višeg stupnja raznolikosti majmuna nakon posljednjeg ledenog doba nego što se prije mislilo, te da je broj izumiranja primata zbog ljudi vjerojatno bio podcijenjen. God

Provjera stvarnosti: klimatske promjene

Provjera stvarnosti: klimatske promjene

Globalno zatopljenje Prvo pitanje: Je li to stvarno? Da je. Dok su demanti godinama godinama bili jaki, što je dovelo do neaktivnosti vladinih šokiranih čela, izgleda da čak i zagovornici protiv globalnog zagrijavanja konačno dolaze okolo. I ne trenutak prerano, s obzirom da se ti glacieri još uvijek tope, oceani se još dižu, a zemlja se još zagrijava. Sljedeć