211service.com
Biofizycy odkrywają cztery nowe zasady „gramatyki” DNA
Austriacki biochemik Erwin Chargaff słynie z dwóch zasad, które odkrył, a które teraz noszą jego imię. W czasie tego odkrycia, w 1950 roku, największym problemem biologii było zrozumienie budowy DNA. Ważną wskazówką w tej zagadce okazały się zasady Chargaffa.
Biolodzy od dawna wiedzieli, że DNA składa się z czterech cząsteczek: adeniny, guaniny, tyminy i cytozyny. Założyli, że cząsteczki te występują w równej ilości i odrzucili wszelkie pomiary, które wskazywały inaczej, jako błędy eksperymentalne.
Chargaff wykazał poprzez dokładne pomiary, że to założenie było błędne. Odkrył, że ilość adeniny była równa tyminy, a ilość guaniny równała się cytozynie, ale nie były one sobie równe. Dane przybliżone to: A=T=30% i G=C=20%.
Pierwsza zasada parzystości Chargaffa, jak to się teraz nazywa, była ważną wskazówką, którą James Watson i Francis Crick wykorzystali do opracowania modelu pary bazowej dla struktury podwójnej helisy. Biolodzy wiedzą teraz, że skoro A wiąże się z T, a G wiąże się z C, tworząc podwójną helisę, ta zasada obowiązuje dla wszystkich dwuniciowych DNA.
Chargaff odkrył, że przybliżona wersja jego zasady obowiązuje również w przypadku większości (ale nie wszystkich) jednoniciowego DNA. To znacznie więcej zagadki, a biolodzy wciąż nie są do końca pewni, dlaczego to prawda.
Zasady Chargaffa są ważne, ponieważ wskazują na rodzaj gramatyki biologii, zestaw ukrytych zasad rządzących strukturą DNA. Ta gramatyka powinna ujawnić się jako wzory w DNA, które są niezmienne dla wszystkich gatunków.
Ale w ciągu 60 lat, odkąd Chargaff odkrył swoje niezmienne wzorce, nie pojawiły się żadne inne. Do teraz.
Dzisiaj Michel Yamagishi z Applied Bioinformatics Laboratory w Brazylii i Roberto Herai z Unicamp w Sao Paulo twierdzą, że odkryli kilka nowych wzorców, które znacznie poszerzają gramatykę DNA.
Ich podejście jest proste. Ci faceci wykorzystują teorię mnogości, aby pokazać, że istniejące zasady Chargaffa implikują istnienie innych, wyższych wzorców.
Oto jak. Jednym ze sposobów myślenia o wzorcach w DNA jest podzielenie sekwencji DNA na słowa o określonej długości, k. Reguły Chargaffa odnoszą się do słów, w których k=1, czyli do pojedynczych nukleotydów.
Ale co ze słowami o k=2 (np. AA, AC, AG, AT itd.) lub k=3 (AAA, AAG, AAC, AAT itd.)? Biochemicy nazywają te słowa oligonukleotydami. Teoria mnogości implikuje, że całe zestawy tych k-słów muszą być również zgodne z pewnymi fraktalnymi wzorami.
Yamagishi i Herai dzielą je na cztery równania.
Oczywiście można zobaczyć te wzorce tylko w ogromnych zestawach danych DNA. Rzeczywiście, Yamagishi i Herai zmiażdżyli sekwencje DNA 32 gatunków w poszukiwaniu nowych wzorów fraktalnych. I znaleźli je.
Mówią, że wzory pojawiają się z wielką precyzją u 30 z tych gatunków, w tym u ludzi, e coli i arabidopsis roślin. Tylko ludzki wirus niedoboru odporności (HIV) i bakteria Xylella fastidiosa 9a5c, która atakuje brzoskwinie, nie są zgodne.
Twierdzą, że te nowe zasady po raz pierwszy pokazują, że częstości oligonukleotydów mają niezmienne właściwości w dużym zestawie genomów.
Może to okazać się niezwykle przydatne do oceny wydajności nowych technologii sekwencjonowania całych genomów z dużą prędkością.
Jednym z problemów związanych z tymi technikami jest wiedza, jak dokładnie działają. Yamagishi i Herai sugerują, że prostym testem byłoby sprawdzenie, czy nowo zsekwencjonowane genomy zawierają te niezmienne wzorce. Jeśli nie, oznacza to, że technologia może wprowadzać pewne uprzedzenia.
Przypomina to trochę test sumy kontrolnej do wykrywania przypadkowych błędów w blokach danych, a do tego niezła nauka.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1112.1528 : Gramatyka biologii Chargaffa: nowe zasady fraktalne