В этом вопросе стоит уточнить точное значение слова «код». Код — это карта из одного пространства в другое пространство, с которым он не имеет никакой алгоритмической связи. Таким образом, представление 321 как 0x141 не является экземпляром кода, потому что существует алгоритм; но представление 321 в виде буквы Ł является кодом (в данном случае Unicode), потому что между числом и символом нет внутренней связи. Единственный способ узнать, какое число соответствует какому символу, — это найти его в книге.
Популярные представления о том, как работают клетки, говорят о коде ДНК/РНК как о коде . Не существует алгоритмической транскрипции РНК в белки. Транскрипция кодонов в аминокислоты — это код, который люди интерпретируют, просматривая его в таблице. Клеточный механизм интерпретирует это тем фактом, что в клетке присутствует транспортная РНК GUN→Val, а транспортной РНК GUN→Glu нет. Во время синтеза белка каждая молекула транспортной РНК, получив молекулу определенной аминокислоты, соединяется с кодоном, для которого она предназначена. Таким образом, кодовая таблица определяется набором тРНК, которые находятся в клетке.
(Возможно, на картинке выше были некоторые упрощения).
С другой стороны, код ДНК не является кодом в том смысле, что молекула ДНК (и тем более РНК) является не пассивным хранилищем кодовых последовательностей, а реактивной сущностью, и эти реакции зависят от последовательности нуклеотидов совсем другим образом. от тРНК-опосредованной кодировки. Кодирующие регионы; некодирующие области; длинные цепочки одиночных нуклеотидов; места инициации; Трехмерная структура молекулы — все это зависит от последовательностей нуклеотидов, независимо от их роли в качестве кодонов.
Вот почему это "в какой степени?" вопрос.
Мысленный эксперимент
В той мере, в какой генетический код является кодом, эксперимент такого рода должен быть возможен и, возможно, даже не так далек от осуществимости. В той мере, в какой код не является кодом, он не будет работать.
Теперь клетка должна быть жизнеспособной. Везде, где GAT использовался для кодирования Asp в исходной ячейке, теперь встречается GAA; но поскольку единственной тРНК, доступной для процесса синтеза, является GAA-to-Asp, это означает, что Asp все еще вставляется именно туда, куда он должен быть вставлен. Изменение последовательности ДНК в точности компенсируется изменением доступных тРНК, то есть изменением кода.
Цель мысленного эксперимента
С одной стороны, постулировать успех. Преимущество модифицированной клетки, использующей генетический код, отличный от всего остального на планете, состоит в том, что она невосприимчива ко всем вирусам. Или невосприимчивость к вирусам все-таки окажется не преимуществом? Модифицированная клетка также будет очень инбредной, поскольку она не может обмениваться генетическим материалом с чем-либо еще. Преимущество или недостаток?
С другой стороны, учитывайте возможность неудачи. Неудача, по-видимому, связана с тем, что GAT и GAA (или GAU и GAA) слегка различаются по своим химическим свойствам, помимо их роли в качестве кодонов. ДНК и РНК могут принимать разные конформации, достаточно разные, чтобы изменить характер и кинетику их реакций в качестве макромолекул, а не хранилищ информации.
Что подводит нас именно к названию этого вопроса. Если генетический код является чистым кодом, тогда эксперимент будет работать — так же, как я мог бы сделать вариант чипа Intel x86, в котором код для сложения выполняет вычитание, а код для вычитания — сложение, и компенсировать это, изменив все мои программы. соответственно. В той мере, в какой код больше, чем просто код, эксперимент будет работать хуже.
Но в какой степени?
Вы называете это мысленным экспериментом, но что-то подобное действительно было сделано. Не совсем похожи, так как не меняют местами 2, но все же заменяют кодон.
Обзор: https://en.wikipedia.org/wiki/Expanded_genetic_code
Большое событие: в двух статьях, предшествовавших этой, они заменили все 314 стоп-кодонов UAG в E.coli K12 и использовали теперь неиспользуемый кодон UAG для некоторых причудливых вещей: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ опубликовано/25607366
Разве на ваш вопрос уже не ответили те организмы (и органеллы), которые имеют генетический код, отличный от стандартного генетического кода (первоначально известного как «универсальный»)? По сути, они провели эксперимент для вас, разработав механизм для декодирования мРНК по-разному ( перенос РНК с соответствующей способностью принимать антикодон/аминокислоту — вот что определяет, как интерпретируется код).
И я думаю, что ДНК — отвлекающий маневр. Генетический код — это код для расшифровки информации в областях мРНК, которые определяют белки. Он не применяется и никогда не предназначался для чего-либо еще. Таким образом, он не применяется к 5'- и 3'-нетранслируемым областям мРНК, где могут быть другие комбинации нуклеотидов, интерпретируемые по-разному (например, последовательности, связывающие рибосомы у прокариот, сигналы присоединения полиА у эукариот). Использование модифицированного (T вместо U) генетического кода используется только с ДНК для предсказания областей, которые определяют части мРНК, кодирующие белок (т. е. могут ли они быть, и если да, то какой будет аминокислотная последовательность белка). ).
[Извините, если вы знали обо всей этой молекулярно-биологической подоплеке, и я неправильно понял ваш аргумент.]
С одной стороны, разработка эксперимента, который убил бы (и воскресил) клетку, невозможна: если клетка выходит из строя, она, скорее всего, не подлежит восстановлению. Однако, кроме этого, я не думаю, что этот эксперимент на самом деле не может быть проведен. Вам просто нужно было бы одновременно подвергать разные культуры (выращенные в одинаковых условиях) различным вставкам ДНК или РНК. Сюда входят воздействия, которые, по вашим прогнозам, вызывают как гибель клеток, так и их выживание или рост, а также «контрольные» воздействия, которые, как вы знаете, убивают или сохраняют клетки. Обычно это делается с бактериями, дрожжами и раковыми клетками млекопитающих.
В зависимости от вашей интерпретации «истинного кода» это можно проверить. Ясно, что ДНК ATG картируется с AUG особенно четко определенным образом. мРНК AUG также декодируется в Met, но здесь важен механизм: тРНК представляет собой «декодирующий» класс молекул, они имеют комплементарный сайт узнавания кодона мРНК, например, UAC, и сайт связывания аминокислоты, такой как Встретились на другом конце. Эти декодирующие молекулы в остальном идентичны по структуре и взаимозаменяемы, действительно, есть некоторые виды бактерий, которые используют «неканонические» декодирующие тРНК, отличные от других видов, и «генетическое перекодирование», когда дополнительные аминокислоты или сдвиги рамки кодируются нашими кодонами STOP.
Я не знаю, подходит ли здесь тРНК для вашей аналогии с алгоритмом или компилятором, но эволюция породила множество исключений, на которых мы можем проверить генетический «код». В основном мы работаем с таблицей, с которой мы знакомы, и некоторые бактерии используют другую таблицу с дополнительными аминокислотами, такими как селеноцистеин. Недавние эксперименты даже добавили основания ДНК / РНК, не встречающиеся в природе, и «неканонические» аминокислоты, не используемые в естественных клетках, другие пытаются синтетической биологией сконструировать свои собственные клетки, как вы предложили.
Однако стоит отметить, что экспрессия генов — это не просто взаимно однозначное сопоставление. Количество и вариант экспрессии генов также важны, многие регуляторные последовательности влияют на экспрессию ДНК, сплайсинг мРНК или связывание рибосом. После образования белка он часто расщепляется, фосфорилируется или гликозилируется и может образовывать комплексы с идентичными или разными белками. Интересно, кодирует ли «экзон» ДНК «сырую» белковую последовательность, и, как бы я ни предполагал, что ДНК к белку является истинным кодом, в контексте сложной биологической системы другие факторы, помимо исходной последовательности, влияют на функцию гена.
мгкреббс
Джек Эйдли