Pull to refresh

Автоматика из ДНК и белков: что у нее общего с электроникой?

Popular science Biotechnologies
(ответ биолога на статью «Вы неправильно пишете животных»)

image

В каждой клетке есть тысячи генов. Никогда не бывает так, чтобы они все работали одновременно. Клетки мышц, печени и мозга несут одинаковый набор генов. Они такие разные, потому что в них работают разные гены. Все клетки умеют включать и выключать отдельные гены в ответ на разные внешние воздействия. То есть система, которая управляет активностью генов — это такая система автоматического управления. Ученые хотят понимать, как такая автоматика работает, чтобы уметь ее чинить и взламывать. Например, в клетках человека есть система из примерно трехсот генов и белков, которая управляет делением клетки. Когда она ломается и клетка начинает все время делиться, возникает рак.
Читать дальше →
Total votes 39: ↑39 and ↓0 +39
Views 18K
Comments 31

Математика биологических переключателей

Popular science Biotechnologies
(продолжение. Предыдущая часть: «Автоматика из ДНК и белков: что у нее общего с электроникой?»)

image

Мы остановились на том, что лактозный оперон похож на логический элемент AND. Но откуда у него берутся цифровые свойства? Ведь оба входных сигнала (концентрации цАМФ и лактозы), вообще-то, аналоговые. Попробуем нарисовать входные функции лактозного оперона.
Читать дальше →
Total votes 12: ↑12 and ↓0 +12
Views 8.8K
Comments 11

Сборка схем из биологических переключателей

Popular science Biotechnologies
Предыдущая статья цикла

Логика включения оперонов разных путей обмена веществ у кишечной палочки близка к элементам AND и OR. Поэтому на их основе можно сделать генную конструкцию, реализующую произвольную логическую схему (не слишком сложную). Существуют программы, например Cello, которые из описания логики на языке Verilog делают последовательность генной конструкции, реализующей эту логику.
image

Cложнее оказывается обратная задача: из последовательности природной ДНК получить описание логики ее регуляции. Начнем с простых случаев, где нет сложных петель обратных связей и интеграции множества сигналов на одном опероне. Почти вся регуляция генов кишечной палочки удовлетворяет этим условиям. Если взять все известные регуляторные связи между генами кишечной палочки и построить сеть из них, то можно подсчитать статистику «мотивов» этой сети (способов соединения элементов) и выделить самые часто используемые.
Читать дальше →
Total votes 21: ↑21 and ↓0 +21
Views 8.2K
Comments 18

Генные сети, управляющие строением тела животных

Popular science Biotechnologies
image
Как при помощи генных сетей превратить яйцо сначала в личинку, а затем во взрослую муху? Муха, как и другие насекомые, состоит из сегментов. Сегменты объединяются в три группы — голова, грудь и брюшко. На сегменте может быть пара конечностей. В груди три сегмента, на каждом по паре ножек. Второй грудной сегмент имеет еще крылья, а третий — жужжальца (маленькие рулевые крылышки, практически незаметные без лупы). Брюшко состоит из восьми сегментов, конечностей на них нет. В голове исходно было шесть сегментов, но в ходе эволюции насекомых границы между ними совершенно стерлись. Их конечности — это усики, которыми муха нюхает и щупает, и три пары ротовых конечностей. У жука или таракана это были бы жвалы, максиллы и нижняя губа, а у мухи они все сливаются в хоботок.

Чтобы все органы были на своем месте, каждая клетка должна знать, в каком месте зародыша она находится. Поэтому на ранних стадиях развития зародыша, когда в нем еще нет никаких органов и все клетки выглядят одинаково, в нем появляется биохимическая «координатная сетка» с передне-задней, спинно-брюшной и лево-правой осями. Мутации генов, образующих координатную сетку, могут легко и быстро изменить облик животного — передвинуть органы на другое место, изменить их количество и так далее. Поэтому такие гены важны для эволюции животных и очень активно изучается. Генная сеть разметки зародыша у мухи дрозофилы — любимой игрушки генетиков — пожалуй, самая изученная среди генных сетей животных.
Читать дальше →
Total votes 60: ↑60 and ↓0 +60
Views 26K
Comments 110