211service.com
Hoe gencircuits informatie opslaan
Een van de grote puzzels van celbiologie is hoe informatie wordt opgeslagen, verwerkt en van generatie op generatie wordt doorgegeven op biochemisch niveau.
Verreweg het bekendste mechanisme is de volgorde van nucleotiden in DNA. In de afgelopen jaren zijn er echter een aantal andere mechanismen voor gegevensopslag ontstaan, zogenaamde epigenetische processen, en hun rol staat ter discussie. Het patroon van methylgroepen die aan DNA zijn gehecht, lijkt bijvoorbeeld een belangrijk gegevensopslagsysteem te zijn, evenals modificaties aan de eiwitten die bepalen hoe DNA wordt verpakt.
Vandaag hebben Georg Fritz van de Universiteit van Keulen en een paar maatjes een nieuw idee geopperd. Ze zeggen dat een eenvoudig netwerk van genen kan fungeren als een voorwaardelijk geheugen, dat informatie opslaat of negeert wanneer dat wordt gevraagd. Het circuit gedraagt zich op dezelfde manier als een data-latch in een elektronisch circuit, d.w.z. het leest en slaat een ingangssignaal alleen op als het daartoe is geconditioneerd door een leescommando, zeg de groep.
Dit geheugencircuit is in wezen een gemodificeerde versie van de bekende genetische tuimelschakelaar die uit twee elkaar onderdrukkende genen bestaat en in twee toestanden kan voorkomen. Het verschil is dat dit circuit wordt gecontroleerd door de concentratie van een ander eiwit. Bij hoge concentraties is het circuit klaar om gegevens op te slaan in de vorm van een ander eiwit. Bij lage concentraties negeert het circuit wat er aan de hand is. Dat geeft een extra laag controle over de eenvoudige tuimelschakelaar.
Dit is een heel eenvoudig ontwerp dat de potentie heeft om complexe logica uit te voeren. Inderdaad, Fritz en co laten zien hoe dergelijke schakelaars kunnen worden gecombineerd om precies dat te doen. Dit is sequentiële logica die cruciaal afhangt van de geschiedenis van ingangssignalen (in tegenstelling tot combinatorische logica die alleen afhangt van de huidige ingangssignalen).
Dat is potentieel heel belangrijk. Voorwaardelijk geheugen zou cellen dan in staat stellen om informatie te manipuleren die onder verschillende omstandigheden op verschillende tijdstippen is verzameld, zeggen Fritz en co. In feite wordt precies dit soort gedrag waargenomen in bepaalde soorten cellen. We hebben gekeken naar een voorbeeld van schijnbaar intelligent cellulair gedrag dat precies deze eigenschap heeft.
Fritz en co gaan zelfs verder met het uitwerken van de eigenschappen die een conditioneel geheugencircuit zou moeten hebben. Het moet in staat zijn te reageren op veranderingen in de omgeving over een tijdschaal van ongeveer 30 minuten en toch informatie over vele celgeneraties kunnen opslaan.
Maar hier zit de kneep: het werk van Fritz is volledig theoretisch en dat roept een interessante en belangrijke vraag op. Bestaan er voorwaardelijke geheugencircuits in echte genetische netwerken? Niemand weet het.
Dat zouden ze gemakkelijk kunnen en redelijk eenvoudig werk zou hun aanwezigheid moeten onthullen. Als ze niet komen opdagen, is dat ook interessant. Het betekent dat de natuur een cruciale fout heeft gevonden in dit circuitontwerp of een betere manier om informatie op te slaan.
Tijd om op zoek te gaan.
Referentie: arxiv.org/abs/q-bio/0701011 : Sequentiële transcriptielogica ontwerpen: een eenvoudig genetisch circuit voor voorwaardelijk geheugen