the nylon bug

[nכמ]

the nylon bug ../images/Emo188.gif

לרוב, נשמעת טענה שכל המוטציות מזיקות ותמיד "משחיתות" את הגנום. נאמר, שמוטציות יכולות רק להרוס אינפורמציה קיימת, ושמוטציות לא יכולות ליצור מידע חדש. הדוגמא שממחישה את ההפך מזה, היא הדוגמא על הבקטריה היפנית שסבלה מסוג של מוטציה מסוג frame shift, ואשר במקרה גרמה לאותה בקטריה לעכל שקית ניילון.שקית הניילון, האנזימים החדשים הם מאוד לא יעילים (רק 2 אחוז מאותם אנזימים יעילים בהשוואה לאנזימים רגילים), אבל האנזימים החדשים מאפשרים לבקטריה להסתגל לנישה חדשה. האנזימים האלה לא "עובדים" אצל בקטריה שמעכלת פחמימה. סוג המוטציה החדשה (שמאפשרת עיכול ניילון) קרתה יותר מפעם אחת! אז מה זה בעצם מוטציית מסוג frame shift? סוג המוטציה הזאת קורת כאשר אוסף של קוד גנטי (לצורך המחשה CGACGTAGACTGCTAGCTGA) "זזה" בנוקלוטאיד אחד או יותר. ב-DNA כל שלשה של נוקלוטאידים מפיקה חומצת אמינו אחת, שלשה כזאת נקראת codon. כך, שחומצת האמינו ארגינין מקודדת על ידי הנולוטאידים של ה-DNA, הקידוד שלה הוא: CGT וגם CGA , CGC, CGG, AGA, AGG. בנוסף, חומצת אמינו גלוטמית, מקודדת על ידי הצופן GAA, וגם על ידי הצופן GAG. יש ארבעה סוגים של נוקלוטאידים: Thymine, Adenine , Cytosine, Guanine. כך ש-Thymine תמיד יבוא ביחד עם Adenine, ו-Cytosine יבוא ביחד עם Guanine. או בקיצור T יבוא עם A, ו-C יבוא עם G. (ולהלן A, T, C, G) כך שבכל מקום ב-DNA , האות T תמיד תהא מחוברת ל-A, ו-C תמיד תהיה מחוברת ל-G. ב-codon יש 64 אפשרויות שונות לחומצות אמינו, אבל חלק מאלה הם עודפים, וכפי שהוראה למעלה לגבי חומצות האמינו -- ארגינין, וגלוטמית. באורגניזם ביולוגים, יש רק 20 חומצות אמינו. שלשות של ה-DNA לאותם חומצות אמינו, וחומצות האמינו יוצרות חלבונים - מולקולות כמו אנזימים שבאמת עושות תפקיד ספציפי, כמו (ולמשל) חילוף סוכרים. במוטציה מסוג frame shift , נוקלוטאיד בודד נכנס לגנום או נמחק, ולכן יוצר "תזוזה" באותם השלשות. כדי להסביר מה זאת מוטציה מסוג frame shift בצורה טובה יותר, אפשר להשוות את זה לאנלוגיה של קוד דיגיטלי, כמו קוד ASCII שקיים במחשב כדי להמיר מספרים מ-0 עד 255 לסימנים או אותיות. למשל האות "A" ב-ASCII ערכה המספרי הוא 65 בבסיס עשרוני, כאשר 65 בבינארי ממור ל-64+1, ולכן נכתב כך: 01000000 + 00000001 = 01000001 בשביל אותה אנלוגיה, אפשר להשתמש רק ב-128 אותיות, ולקחת 7 ספרות בינאריות. לכן, לאות "A" יש 7 ספרות של קוד דיגטלי, "a" (קטנה) היא ב-32 מקומות יותר גדולה מ-"A" (גדולה) , מה שמשאיר מקום לשאר ה-26 האותיות הנוספות ולעוד תווים מיותרים. "a" (קטנה) נכתבת כך: 1100001 בעוד ש-"b" נכתבת כך: 1100010 "d" נכתבת : 1100100 ו-"e" נכתבת: 1100101. ואיך כל זה מתקשר למוטציית ה-frame shifts? באנלוגיה הזאת, חלבונים או אנזימים מגיבים בהתאם למילים או למשפטים (רצפים, בהשוואה כמו רצפים במחשב). חומצת אמינו אחת, כמו ארגינין היא תגובה לרצף מסויים וספציפי (כמו האות "A"). לבסוף, הנוקלוטאידים של A,C,T,G של ה-DNA, מגיבים (באנלוגיה) לאותו רצף של ספרות כמו 0 ו-1. אז, ברגע שניקח רצף של אותיות שיוצר מילה, המילה bed תהפוך ל- b (1100010), e (1100101), and d (1100100) או כרצף אחד וארוך: 110001011001011100100 משמעותו bed. התמונה הבאה: (לחצו על הקישור) http://www.nmsr.org/frmshfta.gif התמונה ממחישה, מה קורה כאשר מתרחשת מוטציה מסוג frame shift לאותיות של "bed", כאן המוטציה גורמת לתזוזה בקוד הגנטי, של אות אחת לצד שמאל, מה שמצריך הוספת אות אחת לקוד, ולצורך ההדגמה הוספה "1". מוטציית ה-frame shift, היא לא מוטציה שלא גרמה לשום שינויי, אלא שגרמה לשינויי עצום בגנום כולו. עדיין יש שלשות של אותיות, אבל כל אות היא כעת אחרת הזזה של המסגרת נותנת רצף חדש: q1110001), 2 (0110010), and r (1110010).

 

[nכמ]

the nylon bug - המשך..

הזזה הרסה את הקוד שהיה, למבנה לא קריא, כלומר המילה "q2r" במקרה הזה, ה-frame shift היא לא מוטציה דרסטית, אבל שינתה לחלוטין את המשמעות של המילה "bed" לתוך רצף לא קריא של "q2r". במקרה הזה, לא רק שזה מוטציה דרסטית , אלא גם שינתה לחלוטין את המשמעות של "bed". ובמקרה הנ"ל לפחות, אינפורמציה רבה "נאבדה" או "הושחתה", על פי טיעוני הבריאתנים מוטציות הרסניות קורות כל הזמן, בכל מקום. וכאן הטעות, בזמן שרוב הזמן מוטציית ה-frame shift גורמת להרס של המשמעות ומשחיתה אינפורמציה, לא כולם הרסניות. בתמונה הבאה דוגמא לשינויי שמוטציית ה-frame shift יוצרת, כאשר לוקחים את המילה "gas" שהיא: g(1100111) + a (1100001) + s (1110011) וכאשר מוסיפים, תזוזה שמאלה לאורך "gas" לא נוצרת מילה חסרת משמעות כמו "q2r", במקרה הבאה יש מילה בעלת משמעות כמו "spy". http://www.nmsr.org/frmshftb.gif באופן דומה, המילה "jib" כאשר עוברת את מוטציית ה-frame shift יוצרת את המילה החדשה "USE". http://www.nmsr.org/frmshftc.gif וכאשר המילה "ICE" עוברת את מוטציית ה-frame shift נוצר "dab". http://www.nmsr.org/frmshftd.gif באופן מובהק, אכן רוב מוטציות ה-frame shift מזיקות והורסות אינפורמציה. אבל לא כולם, בשלושת הדוגמאות האחרונות, הייתה דוגמא ל-frame shifts שיוצרת אינפורמציה חדשה. אחרי הכל, וגם בהקשר מתאים, המילים "spy" ו-"dab" וגם "USE" בעלי משמעות. מאחר והמשמעות לא קשורה למשמעות המקורית, זה ברור , שלפחות במקרה הזה, מוטציית ה-frame shift יצרה מידע חדש. זה חשוב לציין שההקשר בעל משמעות למילים האלו. לדוגמא, עם המילה "luz" הייתה נוצרת, אז היא הייתה מחוסרת משמעות באנגלית, אבל "luz" משמעותה "אור" בספרדית. לולא, שפה ותרבות משותפת, מילים היו מחוסרי משמעות! זה שונה עם ה-DNA בגלל שה-"הקשר" של ה-DNA, של כל אחד מהמילים שנוצרות משמעותו תגובה כימית כלשהיא. המשעות של הכרומוומים תלוייה באיך שהם מועתקים, באיך שהחלבונים החדשים נוצרים. והדבר החשוב, שחלבונים יוצרים ריאקציות עם מולקולות אחרות, ואולי גם משפיעות על סגנון החיים של האורגניזם. עכשיו, אם נחזור לביולוגיה, כל המקרה של הבקטריה שהתפתחה והייתה בעלת יכולת לעכל שאריות ניילון, המקרה הזה מעניין במיוחד. ניילון לא היה קיים לפני שנת 1935, וגם לא אותו אורגניזם. בדיקה מפורטת של ה-DNA של הבקטריה המקורית, ושל הבקטריה המודרנית (הצאצאית) שמעכלת ניילון מראות רק הבדל אחד ב-400 נוקלוטאידים. אבל, אותו הבדל זעיר של הצטרפות 'T' בעקבות מוטציית ה-frame shift, גרם לאנזים של הבקטריה החדשה להיות מורכב מרצף שונה באופן מוחלט של חומצות אמינו. האנזים החדש הוא פי 50 פחות יעיל מהקודם לו, כפי שמצופה ממבנה חדש שלא היה לו זמן לעבור ברירה טבעית. לבטח אותה מוטציה קרתה פעמים רבות בעבר, אך תמיד הייתה קטלנית, ולא שרדה, עד לאותו הרגע שסביבה חדשה נוצרה וניילון נוצר. התמונה הבאה: http://www.nmsr.org/frmshfte.gif ממחישה כיצד חלק מרצף ה-400 נוקלוטאידים נראה, וממחישה גם את האנזימים שנוצרים בהתאם לרצף. הרצף של חומצות האמינו של הבקטריה המקורית מופיעה למעלה, בעוד שהרצף של הבקטריה החדשה (שעברה frame-shifted) נמצא למטה. הנוקלוטאידים מופיעים באמצע של שני הבקטריות. וה-'T' מוכנסת באמצע. בעוד שרוב מוטציות ה-frame shift שגורמות למוות לאותו אורגניזם. החלבון הנ"ל גרם לבקטריה לעכל ניילון. מה שגרם לשינויי, היה מוטצייה דרסתית, אשר גרמה לבקטריה שבמקורה מעכלת סוכרים, את היכולת לעכל ניילון, אשר באופן מקרי הניילון היה נוכח בשפע באזור של אשפה מאחורי מפעל יפני. מדענים יפנים אשר גילו את הבקטריה החדשה גודלת בפסולת של אותו המפעל, התעניינו בבקטריה החדשה. אשר לאחר בדיקת מעבדה נתגלתה שהיא תוצר של מוטציית ה-frame shift. האנזים החדש לא פעיל בבקטריה שמעכלת את המזון ה"קודם", ובבקטריות רבות נבדקו. אם הבקטרייה החדשה או אם לאו, העובדה היא שבשביל הבקטריה המזון הקודם נהיה פחות חשוב, בגלל היכולת החדשה לעכל מזון מסביבה חדשה, מפסולת נייר ניילון. הטענה שכל המוטציות חייבות להרוס אינפורמציה היא בתכלית שגוייה. ובמקרה הזה, מוטציה באופן ברור גרמה ליצירת מידע חדש. למרות שבריאתנים טוענים, שבמקרה הכל רק מדובר בבקטריה ולא בלוויתן או דינוזאור. אך זה לא משנה את העובדה, שלשאלה "האם מוטציות יכולות ליצור מידע חדש" התשובה היא כן.

 

[nכמ]

מקור

http://www.nmsr.org/nylon.htm

 

[22ק ו ס ם]

מעניין מאוד

וזה גם מאיפה שאני נמצא בצירוף מקרים מוזר..

 

[nכמ]

כן, יש עוד עדויות מעניינות ל-Micro

evolution.. סתם מתוך סקרנות, מה מביא אותך לאיפה שאתה נמצא?

 

[22ק ו ס ם]

אני לומד פה

יש כאן תוכנית לימוד מיוחדת לפסיכולוגיה אבולוציונית שזה תחום די חדש ואין אותו בארץ.

 

[meteorite]

לא ממש קשור

אבל בנושא הבקטריות שמפרקות ניילון- היה פעם רעיון להנדס את הגנום שלהם לתוך צמחים על מנת שייצרו פלסטיק, וכך ליצור את שדות הפלסטיק.

 

[Levos]

אבל הסיכוי שיצא משהו פעיל הוא אפסי

עד כדי בלתי אפשרי. לעומת הזזת המסגרת שהדגמת על מילים של 3 אותיות, נסה למצוא הזזת מסגרת על טקסט של כמה עמודים שתיתן לפחות הגיון קלוש כלשהו(פעילות של 2%). באותה מידה ניתן לזרוק סתם פוליפפטידים ולצפות שאחד מהם יהיה אנזים לפרוק ניילון. אולי זה סביר יותר עם חלה הזזת מסגרת קרוב לקצה החלבון, כך שרובו נותר רגיל ורק חלק בקצה, שאיכשהו עוזר לקישור או פרוק ניילון נוצר.

 

[nכמ]

נכון, הסיכויי באמת נמוך..

אבל מה שהמאמר שתרגמתי הראה שזה מה שקרה. ראה בתמונה המצורפת : http://www.nmsr.org/frmshfte.gif צירופה של ה-'T' התרחש באמצע ולא בקצה. אגב, אם יהיה אפשרי להוסיף את זה למאמרי הפורום, אני אערוך מחדש את המאמר, כי את הנקודה הזאת לא הסברתי כמו שצריך, הצטרפותה של ה-'T' קרתה באמצע הקוד הגנטי, כך שהיא כן "חירבשה" את כל המידע הקיים, ובכל זאת יצרה דבר שימושי.