211service.com
Hvordan Gene Circuits gemmer oplysninger
Et af cellebiologiens store gåder er, hvordan information lagres, behandles og videregives fra generation til generation på det biokemiske niveau.
Langt den mest berømte mekanisme er sekvensen af nukleotider i DNA. I de senere år er der dog dukket en række andre datalagringsmekanismer op, såkaldte epigenetiske processer, og deres rolle er under heftig debat. For eksempel ser mønstret af methylgrupper knyttet til DNA ud til at være et vigtigt datalagringssystem, ligesom modifikationer af de proteiner, der styrer, hvordan DNA pakkes.
I dag fremlagde Georg Fritz ved universitetet i Köln og et par kammerater en ny idé. De siger, at et simpelt netværk af gener kan fungere som en betinget hukommelse, der enten gemmer eller ignorerer information, når den får besked på at gøre det. Kredsløbet opfører sig på samme måde som en datalås i et elektronisk kredsløb, dvs. det læser og lagrer kun et inputsignal, når det er betinget til at gøre det af en læsekommando, siger gruppen.
Dette hukommelseskredsløb er i det væsentlige en modificeret version af den velkendte genetiske vippekontakt, som består af to gensidigt undertrykkende gener og kan eksistere i en af to tilstande. Forskellen er, at dette kredsløb styres af koncentrationen af et andet protein. Ved høje koncentrationer er kredsløbet klaret til at lagre data i form af et andet protein. Ved lave koncentrationer ignorerer kredsløbet, hvad der foregår. Det giver et ekstra lag af kontrol over den enkle vippekontakt.
Dette er et meget enkelt design, der har potentialet til at udføre kompleks logik. Faktisk fortsætter Fritz og co med at vise, hvordan sådanne kontakter kan kombineres for at gøre netop det. Dette er sekventiel logik, som afhænger afgørende af inputsignalernes historie (i modsætning til kombinatorisk logik, som kun afhænger af de nuværende inputsignaler).
Det er potentielt meget vigtigt. Betinget hukommelse ville så sætte celler i stand til at manipulere information indsamlet under forskellige forhold på forskellige tidspunkter, siger Fritz og co. Faktisk observeres netop denne form for adfærd i visse typer celler. Vi har set på et eksempel på tilsyneladende intelligent cellulær adfærd, der har præcis denne egenskab.
Fritz og co fortsætter endda med at finde frem til de egenskaber, som et betinget hukommelseskredsløb skal have. Det bør være i stand til at reagere på ændringer i miljøet over en tidsskala på 30 minutter eller deromkring og alligevel være i stand til at gemme information over mange cellegenerationer.
Men her er gnisten: Fritz' arbejde er helt teoretisk, og det rejser et interessant og vigtigt spørgsmål. Findes betingede hukommelseskredsløb faktisk i rigtige genetiske netværk? Ingen ved.
Det kunne de nemt, og noget ret ligetil arbejde skulle afsløre deres tilstedeværelse. Hvis de ikke dukker op, vil det også være interessant. Det vil betyde, at naturen har fundet en afgørende fejl i dette kredsløbsdesign eller en bedre måde at gemme information på.
Tid til at se.
Ref: arxiv.org/abs/q-bio/0701011 : Design af sekventiel transskriptionslogik: Et simpelt genetisk kredsløb til betinget hukommelse