לויזיני - על נח בשבע שגיאות
ויזיני היקר, למען הגדיל תורה והאדיר, אני מציג כאן תזכורת ומעט רקע על נפלאות מעשה הבריאה, במה שקשור לענינינו בנושא רנ"א וכו'. אם זה מעייף אותך עבור לחלק השני של ההודעה שבו אתיחס ל"חישוביך" תיזכורת ומעט רקע - מדובר על המאמר היקר העוסק ב Directed Evolution of RNA. ובו מתואר הניסוי הבא: מטרת הניסוי - להדגים את עיקרון דרווין, בכך שנתחיל עם "אוכלוסיה" הטרוגנית (מגוונת) של מולקולות רנ"א ונגיע בסוף הניסוי לאוכלוסיה הומוגנית (אחידה) של מולקולות רנ"א בעלות תכונות רצויות ספציפיות. רקע קצר על אופן תהליך השכפול - הקוד הגנטי נמצא במולקולות דנ"א. מולקולות רנ"א, בין יתר תפקידיהן המופלאים, נבנות על הדנ"א כתעתיק חותם ונחתם שלו, מתנתקות מן הדנ"א ושוחות להן דרך סרט נא בן אלפי מנגנונים עד שבסופו של דבר מהקוד שהן נושאות במבנן, נבנים בתא חלבונים. איך נבנה רנ"א? כאמור מעל דנ"א. אבל לא לבד. דרושים לכך אלפי תנאים ובעיקר - רנ"א פולימראז' - זהו אנזים חלבוני, מורכב באופן שלא ישוער וסיבוכיותו בהחלט יכולה להיות מושווה למעבד פנטיום ופי כמה וכמה יותר. אנזים זה, מתלבש על קצה האחד של גן שהוא חלק ממולקולת דנ"א ומתחיל לזחול לארכו, כאשר הוא קורא אות אות בקוד של הדנ"א ולפיה שולה מהתמיסה שסביבו בסיסים מתאימים לבניית רנ"א, וכך לפי קוד הדנ"א תופר הוא בסיס לבסיס ומחבר מולקולת רנ"א. תהליך התפירה עצמו הוא מורכב מאין כמהו ובו שלבים רבים כדי לתפור שני בסיסי רנ"א זה לזה. בתחילה החלבון תופר חלקים מסוימים אל עצמו ואח"כ מחברם ועוד פלאים רבים. ואומר מחבר המאמר – כרגע, אנו סומכים במעבדה על החלבון רנ"א פולימרז' כדי ליצר את הרנ"א. באופן אולטימטיבי היינו רוצים להציג אפשרות של יצור רנ"א שהוא בעצמו בעל תכונות של רנ"א פולימרז' כדי שיוכל הוא לסנתז את עצמו. תרחיש זה חיוני לתורת האבולוציה כדי לפתור את בעית הביצה והתרנגולת – לאמור, אם לייצור רנ"א נצרכים חלבונים ואם לייצור חלבונים נצרך רנ"א – אז איך בכלל נוצרו שניהם ממרק חומצות ? בוירוסים – רנ"א מחליף את הדנ"א והוא עצמו נושא הקוד הגנטי כך שהתהליך בוירוס הוא – רנ"א + חלבון רנ"א פולימרז' + הספקת שוטפת של בסיסים נוקלאוטידים וסביבה יונית וחומצית מתאימה ==> רנ"א משוכפל. אופן הניסוי – התחלנו עם מבחנה בעלת אוכלוסית רנ"א מגוונת ללא תכונות של רנ"א פולימרז' ואנו רוצים להגיע לאוכלוסיה של רנ"א שביכולתו לזרז efficient template-directed polymerization of nucleoside 5´-triphosphates שזוהי אחת מאלפי התכונות של החלבון רנ"א פולימרז' הנצרכות לתפירת רנ"א. ולצורך קבלת רנ"א כזה נצרכות X Y Z ... מוטציות. עכשיו, אילו מוטציות אלו היו שכיחות, היה מספיק להתחיל עם משהו כמו 23^10 מולקולות (סדר גודל של בקבוק), לשכפל את המולקולות ולבחור רק את קומץ המולקולות שעברו את המוטציות המתאימות. אלא שהמוטציות הללו הן מאד מאד לא שכיחות וכפי שנחשב אח"כ ולכן הוצרכו לטכניקת "הגברה סלקטיבית". לאחר שכפול אחד בחרו קומץ מזערי שבמזערי שעברו מוטציה X והעבירו אותן למבחנה אחרת. הוסיפו חמרי בניין ואנזימים ורנ"א פולימרז' ונתנו להן להשתכפל ועכשיו בחרו את אלו שעברו מוטציה Y. כך שיש לנו כבר מולקולות עם מוטציות X Y וכן הלאה. כך התקבל סרט נא של מבחנות שבכל אחת מסופקים החמרים והסביבה הנדרשת והoutput של מבחנה אחת הוא ה input של הבאה ומכל מבחנה בוחרים רק את האחוז האפסי שעברו מוטציה רצויה. טוב, את אלפי הטענות, מדוע דבר כזה אינו יכול להתרחש בטבע, כבר שטחתי כאן בהודעות רבות. כי לא היה רנ"א או משהו דומה לו להתחיל בניסוי, ולא היה אנזים רנ"א פולימרז' אצילי ומשכלל כזה, ולא היתה הספקה אינסופית של חומצות אמיניות מכל סוגיהו בכל רגע ובכל מקום, וכו' וכו' וכו' הרי טעמי מנומקים בשלל הודעות. ברצוני כרגע להתיחס רק לחישוב ההסתברות שעשיתי ולפיו, בטבע, ללא אדם שידלל את התוצאות באופן אקטיבי כזה, היו דרושות 452^10 מולקולות רנ"א בכדי לקבל מולקולה אחת שהתרחשו בה X Y Z המוטציות הנדרשות כדי לקבל את אותה תכונה שהיא רק אחת מאלפי תכונות הנצרכות לרנ"א פולימרז', שהוא רק אחד מאלפי גורמים הנצרכים לשכפול רנ"א שהיא רק אחת מאלפי מולקולות הנצרכות לקיום וירוס פרמיטיבי. וכנגד חשבון זה, שלא נסתר ע"י ויזיני, בא הוא עם אלגוריתם מופלא של זמן מחצית החיים ומראה לי שאין לפחד ממספרים גדולים דוגמת 452^10 מולקולות. אז ראשית נבין את חישוב ההסתברות, ואח"כ ננסה להבין מה מרגיע את ויזיני ועל מה הוא סומך את אמונתו. נתחיל במספרים קטנים ונעבור למספרים גדולים. נניח שגם מוטציות X וגםY וגם Z , קורות אחת ל 10. כמה מולקולות צריך ללא דילול כדי לקבל אחת עם שלשת המוטציות? 10*10*10 = 1000. וכמה כדי לקבל 10? 10000. ואילו עם משתמשים בדילול – מספיק 10 מולקולות בתור התחלה + הספקת חמרי בניין. הכיצד? מתחילים עם 10. במבחנה א'. אחת עברה מוטציה X ומעבירים אותה למבחנה ב' ואת המשוכפלות שלא רכשו תכונה X זורקים. מוסיפים חומרי בניין ומשכפלים שוב וכך 10 פעמים, עד שיש לנו כבר 10 מולקולות עם מוטציה X במבחנה ב'. אותו תהליך קורה גם במבחנה ב' ומולקולות שעברו מוטציה Y מועברות למבחנה ג'. וכך – לאחר 1000 מחזורי שכפול במבחנה א' ו 100 במבחנה ב' ו 10 במבחנה ג' – קבלנו בסוף מולקולה אחת בעלות מוטציות X Y Z במבחנה ד'. וכך בעזרת דילול וחזרה שוב ושוב הצלחנו לממש הסתברות של אחד לאלף –עם 10 מולקולות התחלתיות בלבד. ואילו שכיחות כל מוטציה לא היה אחד ל 10 אלא אחד ל 100, אזי – ההסתברות שיקרו שלשתן היא אחד חלקי 100*100*100 = 6-^10 וללא דילול היו נצרכות 10^6 מולקולות. או 100 מולקולות התחלתיות ודילול בשיעור של 6^10. וכן הלאה. ולפי חשבון זה, היות ונאמר במאמר, שהדילול שבוצע הוא בשיעור של 452^10 – מכאן נסיק, שבטבע ללא דילול היו נצרכות 452^10 מולקולות רנ"א כדי לקבל אחת עם המוטציות הנדרשות. המשך בחלק ב' -
