Es lohnt sich, die genaue Bedeutung von "Code" in dieser Frage anzugeben. Ein Code ist eine Karte von einem Raum zu einem anderen Raum, mit dem er keine algorithmische Verbindung hat. Daher ist die Darstellung von 321 als 0x141 keine Instanz eines Codes, da es einen Algorithmus gibt; Die Darstellung von 321 als Buchstabe Ł ist jedoch ein Code (in diesem Fall Unicode), da zwischen der Zahl und dem Symbol keine intrinsische Verbindung besteht. Die einzige Möglichkeit herauszufinden, welche Zahl zu welchem Symbol passt, besteht darin, sie in einem Buch nachzuschlagen.
Populäre Darstellungen der Funktionsweise von Zellen sprechen vom DNA/RNA-Code als Code . Es gibt keine algorithmische Transkription von RNA zu Proteinen. Die Transkription von Codons zu Aminosäuren ist ein Code, den Menschen interpretieren, indem sie ihn in einer Tabelle nachschlagen. Die Zellmaschinerie interpretiert dies so, dass GUN→Val-Transfer-RNA in der Zelle vorhanden ist, eine GUN→Glu-Transfer-RNA jedoch nicht. Während der Proteinsynthese paart sich jedes Transfer-RNA-Molekül, nachdem es ein Molekül seiner bestimmten Aminosäure erworben hat, mit dem Codon, mit dem es sich paaren soll. Die Codetabelle wird somit durch die Menge der tRNAs definiert, die zufällig in der Zelle herumschwimmen.
(Es kann gut sein, dass das obige Bild zu stark vereinfacht wurde).
Andererseits ist der DNA-Code kein Code in dem Sinne, dass das DNA-Molekül (und noch mehr RNA) kein passiver Aufbewahrungsort von Codesequenzen ist, sondern eine reaktive Einheit, und diese Reaktionen hängen auf andere Weise von der Nukleotidsequenz ab aus der tRNA-vermittelten Kodierung. Codierungsregionen; nichtkodierende Regionen; lange Ketten einzelner Nukleotide; Initiationsstellen; 3-D-Struktur des Moleküls – all dies hängt von den Nukleotidsequenzen ab, unabhängig von ihrer Rolle als Codons.
Deshalb ist dies ein "inwieweit?" Frage.
Ein Gedankenexperiment
Soweit der genetische Code ein Code ist , sollte ein solches Experiment möglich und vielleicht sogar nicht weit von der Praktikabilität entfernt sein. Soweit der Code kein Code ist , würde er nicht funktionieren.
Die Zelle sollte jetzt lebensfähig sein. Überall dort, wo GAT in der ursprünglichen Zelle für Asp kodiert hat, ist jetzt GAA zu finden; aber da die einzige für den Syntheseprozess verfügbare tRNA GAA-zu-Asp ist, bedeutet dies, dass Asp immer noch genau dort eingefügt wird, wo es eingefügt werden sollte. Die Veränderung der DNA-Sequenz wird durch die Veränderung der verfügbaren tRNAs – also die Veränderung des Codes – exakt kompensiert.
Zweck des Gedankenexperiments
Postulieren Sie einerseits den Erfolg. Die modifizierte Zelle, die einen anderen genetischen Code als alles andere auf dem Planeten verwendet, hat den Vorteil, dass sie gegen alle Viren immun ist. Oder erweist sich die Immunität gegen Viren doch nicht als Vorteil? Die modifizierte Zelle wird auch stark inzuchtbedingt sein, da sie genetisches Material nicht mit irgendetwas anderem austauschen kann. Vorteil oder Nachteil?
Berücksichtigen Sie andererseits die Möglichkeit des Scheiterns. Das Scheitern scheint darauf zurückzuführen zu sein, dass sich GAT und GAA (oder GAU und GAA) ganz abgesehen von ihrer Rolle als Codons in ihren chemischen Eigenschaften subtil unterscheiden. DNA und RNA könnten unterschiedliche Konformationen annehmen, solche, die ausreichend unterschiedlich sind, um die Art und Kinetik ihrer Reaktionen als Makromoleküle im Gegensatz zu Informationsspeichern zu ändern.
Womit wir genau beim Titel dieser Frage wären. Wenn der genetische Code ein reiner Code ist, dann wird das Experiment funktionieren - genauso wie ich eine Variante des Intel x86-Chips machen könnte, in der der Code für Addieren subtrahiert und der Code für Subtrahieren addiert, und dies kompensieren könnte, indem ich alle meine Programme ändere entsprechend. In dem Maße, in dem der Code mehr als ein Code ist, wird das Experiment weniger gut funktionieren.
Aber inwiefern?
Sie nennen es ein Gedankenexperiment, aber so etwas wurde tatsächlich gemacht. Nicht ganz ähnlich, da sie 2 nicht wechseln, aber dennoch ein Codon ersetzen.
Eine Übersicht: https://en.wikipedia.org/wiki/Expanded_genetic_code
Große Sache: In den beiden Artikeln, die zu diesem vorangingen, ersetzten sie alle 314 UAG-Stoppcodons in E.coli K12 und verwendeten das jetzt unbenutzte UAG-Codon für ein paar ausgefallene Sachen: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed/25607366
Wurde Ihre Frage nicht bereits von jenen Organismen (und Organellen) beantwortet, die einen anderen genetischen Code als den standardmäßigen genetischen Code (ursprünglich als "universal" bekannt) haben? Im Wesentlichen haben sie das Experiment für Sie durchgeführt, indem sie eine Maschinerie entwickelt haben, um mRNA unterschiedlich zu decodieren ( Transfer-RNAs mit entsprechend unterschiedlichen Anticodon-/Aminosäure-Akzeptanzfähigkeiten – das bestimmt, wie der Code interpretiert wird).
Und ich denke, DNA ist hier ein Ablenkungsmanöver. Der genetische Code ist ein Code zur Entschlüsselung von Informationen in mRNA-Regionen, die Proteine spezifizieren. Es gilt nicht – und war nie beabsichtigt – für irgendetwas anderes zu gelten. Daher gilt es nicht für die 5'- und 3'-untranslatierten Regionen von mRNAs, wo es andere Kombinationen von Nukleotiden geben kann, die unterschiedlich interpretiert werden (z. B. Ribosomen-bindende Sequenzen in Prokaryoten, PolyA-Additionssignale in Eukaryoten). Die Verwendung eines modifizierten (T für U) genetischen Codes wird nur bei DNA verwendet, um Vorhersagen über Regionen zu treffen, die die proteinkodierenden Teile von mRNAs spezifizieren (dh ob sie dies können, und wenn ja, welche Aminosäuresequenz das Protein haben wird). ).
[Entschuldigung, wenn Sie sich all dieser molekularbiologischen Hintergründe bewusst waren und ich Ihre Argumentation falsch verstanden habe.]
Einerseits ist es nicht möglich, ein Experiment zu entwerfen, das eine Zelle töten (und wiederbeleben) würde: Sobald eine Zelle versagt, ist sie wahrscheinlich irreparabel beschädigt. Abgesehen davon glaube ich jedoch nicht, dass dieses Experiment nicht wirklich durchgeführt werden kann. Sie müssten nur gleichzeitig verschiedene Kulturen (die unter denselben Bedingungen gezüchtet wurden) unterschiedlicher eingefügter DNA oder RNA aussetzen. Dazu gehören Expositionen, von denen Sie vorhersagen würden, dass sie sowohl Zelltod als auch Überleben oder Wachstum verursachen, und „kontrollierte“ Expositionen, von denen Sie wissen, dass sie Zellen töten oder verschonen würden. Dies wird routinemäßig mit Bakterien, Hefen und Krebszellen von Säugetieren durchgeführt.
Abhängig von Ihrer Interpretation eines "wahren Codes" wäre dies testbar. Offensichtlich kartiert ein DNA-ATG in besonders gut definierter Weise auf AUG. mRNA AUG wird auch zu Met dekodiert, aber der Mechanismus hier ist wichtig: die tRNA ist eine "dekodierende" Klasse von Molekülen, diese haben eine komplementäre Erkennungsstelle für ein mRNA-Codon, z. B. UAC, und eine Bindungsstelle für eine Aminosäure wie z Am anderen Ende getroffen. Diese Dekodierungsmoleküle sind ansonsten strukturell identisch und austauschbar, tatsächlich gibt es einige Bakterienarten, die „nicht-kanonische“ Dekodierungs-tRNAs verwenden, die sich von anderen Arten unterscheiden, und „genetische Neukodierung“, bei der zusätzliche Aminosäuren oder Rasterverschiebungen durch unsere STOP-Codons kodiert werden.
Ich weiß nicht, ob tRNA hier zu Ihrer Analogie als Algorithmus oder Compiler passt, aber die Evolution hat eine Vielzahl von Ausnahmen hervorgebracht, an denen wir den genetischen "Code" testen könnten. Grundsätzlich arbeiten wir mit einer uns vertrauten Tabelle und einige Bakterien verwenden eine andere mit zusätzlichen Aminosäuren wie Selenocystein. Jüngste Experimente haben sogar DNA/RNA-Basen hinzugefügt, die nicht in der Natur vorkommen, und "nicht-kanonische" Aminosäuren, die in natürlich vorkommenden Zellen nicht verwendet werden, andere versuchen, ihre eigenen Zellen mit synthetischer Biologie so zu konstruieren, wie Sie es vorgeschlagen haben.
Es ist jedoch erwähnenswert, dass die Genexpression keine einfache Eins-zu-Eins-Zuordnung ist. Die Menge und Variante der Genexpression ist ebenfalls wichtig, viele regulatorische Sequenzen beeinflussen die Expression von DNA, das Spleißen von mRNA oder die ribosomale Bindung. Sobald ein Protein hergestellt ist, wird es oft gespalten, phosphoryliert oder glykosyliert und kann Komplexe mit identischen oder unterschiedlichen Proteinen bilden. Ob die „Exon“-DNA eine „Roh“-Proteinsequenz kodiert, ist faszinierend, und so sehr ich die Hypothese aufstellen würde, dass DNA zu Protein ein wahrer Code ist, im Kontext eines komplexen biologischen Systems beeinflussen andere Faktoren jenseits der Rohsequenz die Genfunktion.
mgkrebbs
Jack Aidley