Ribosomale Turing-Maschinen, DNA/RNA-Berechnung

Ich bin Informatiker und bin vor kurzem herübergekommen, um in der Computerbiologie an der Vorhersage von RNA-Sekundärstrukturen zu forschen. Beim Durchsehen der Materialien kam mir eine verrückte Idee, was wäre, wenn Sie ein synthetisches Ribosom entwerfen könnten, das als Turing-Maschine auf RNA-Stränge wirkt? (Sie könnten ähnliche Dinge mit DNA-Enzymen machen)

Die unmittelbaren Anwendungen könnten Dinge wie die Korrektur von Mutationen in RNA sein, um genetische Krankheiten zu heilen, was eine relativ einfache Berechnung ist:

  1. Überprüfen Sie, ob eine Saite schlecht ist.
  2. Wenn ja, korrigieren Sie den schlechten Brief.

Eine andere könnte DNA/RNA von Viren „zerkleinern“:

  1. Überprüfen Sie, ob eine Zeichenfolge ein Virus ist.
  2. Wenn ja, zerkleinern Sie es.

Ich bin mir nicht sicher, wie hoch der Stand der Literatur dazu ist oder ob die synthetische Biologie in der Lage ist, so etwas zu erschaffen. Halten Sie es für eine gute Idee, diese Idee weiterzuverfolgen oder nicht?

Mir ist klar, dass dies eine weiche Frage ist. Vielleicht wäre ein besserer, ist das möglich?

Es gibt einige Artikel über einfache Berechnungen mit Nukleinsäuren, wenn niemand antwortet, werde ich sie später nachschlagen. Was Ihre Beispiele betrifft, so macht die Natur bereits einige davon (siehe RNA-Interferenz). Und bei der Korrektur genetischer Krankheiten besteht der schwierige Teil tatsächlich darin, die Sequenz in allen Zellen in Ihrem Körper zu korrigieren , nicht die Erkennung selbst.
Wo wäre der „Tisch“ der Maschine? Mit anderen Worten, wie würde die „schlechte Saite“ erkannt?
@AlanBoyd Ein unmittelbarer Gedanke wäre, eine Kopie der schlechten Zeichenfolge, beispielsweise eines mutierten RNA-Strangs, in der Maschine aufzubewahren. Kombinieren Sie es mit einem daran gebundenen Enzym mit 2 Funktionen, überprüfen Sie, ob der Buchstabe, an den es derzeit gebunden ist, mit dem aktuellen Eingabebuchstaben übereinstimmt, und schieben Sie es nach rechts. Das könnte den Prüfschritt machen. Für den Ersetzungsschritt könnten Sie dasselbe rückwärts machen und dann das richtige Protein einspleißen. Für eine allgemeine Turing-Maschine könnten Sie eine Zeichenfolge des aktuellen Zustands in der RNA behalten, die Regeln in einer anderen Zeichenfolge speichern und daran entlang gleiten, um die zu finden herrschen und ausführen.
Ich bin kein Experte darin, aber ich glaube nicht, dass Sie eine Turing-Maschine brauchen, um dies zu erreichen, zumindest für DNA, da im herkömmlichen Sinne (ohne krebserregende Faktoren wie UV) das wahrscheinlichste Stadium ist, in dem eine DNA-Mutation auftreten kann Dies geschieht während der DNA-Replikation, sodass die DNA-Polymerase ( en.wikipedia.org/wiki/DNA_polymerase ) Korrektur liest, um eine genaue DNA-Replikation sicherzustellen, und dann kann die DNA (schließlich) wieder heterochromatisch werden. Dies wird für RNA schwieriger sein, da sie einzelsträngig sind, obwohl sie sich auf sich selbst falten.
Es gibt auch viele, viele RNA-Stränge, die durch alternatives Spleißen, VDJ-Rekombination und ungenaue RAG-Umlagerungen für die Antikörperproduktion produziert werden, was zu unendlich vielen möglichen RNA-Produktionen führen kann. Wie würden Sie also wissen, was in Bezug auf RNA und ihre Produktion „gut“ und was „schlecht“ ist? Die Hälfte der Zeit wissen wir nicht einmal, was sie tun und welche Rolle sie spielen, und der einzige Grund, warum wir etwas als „schlechte“ oder „fehlerhafte“ RNA bezeichnen, ist, weil es einen negativen Effekt hat, nicht weil wir die genaue Rolle von verstehen die Reihenfolge, was bedeutet, dass eine theoretische Tabelle nutzlos wäre.
Kurz gesagt, eine Proteinmaschinerie im Turing-Stil ist weder möglich (aufgrund der nahezu unendlichen potenziellen Anzahl an produzierter RNA) noch machbar (da die Anzahl der Proteine, die jede RNA-Sequenz überprüfen müssten, wiederum nahezu unendlich sein müsste). Und keines davon berücksichtigt SNPs, dh individuelle Variationen, die verbieten, Proteine ​​​​mit unterschiedlicher Sequenz, aber identischer Struktur / Funktion herzustellen, da offensichtlich alle tödlichen Variationen dagegen selektiert würden, aber das ist ein ganz anderes Argument.
Als Antwort auf den ersten Teil, ist das nicht genau das, was Mismatch-Reparaturgene tun? Sie suchen nach Fehlern, ich bin mir nicht ganz sicher, ob ich Turing-Maschinen verstehe, um Ihnen eine endgültige Antwort zu geben, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass dies der Fall ist.
@Bez könntest du deine Kommentare in eine Antwort umwandeln? Es ist eine anständige Antwort, die es wert ist, gespeichert zu werden, bevor diese Frage geschlossen wird
@ChrisStronks fertig! :)

Antworten (1)

Ich bin kein Experte darin, aber ich glaube nicht, dass Sie eine Turing-Maschine brauchen, um dies zu erreichen, zumindest für DNA, da im herkömmlichen Sinne (ohne krebserregende Faktoren wie UV) das wahrscheinlichste Stadium ist, in dem eine DNA-Mutation auftreten kann Dies geschieht während der DNA-Replikation, sodass die DNA-Polymerase Korrektur liest, um eine genaue DNA-Replikation sicherzustellen, und dann kann die DNA (schließlich) wieder heterochromatisch werden. Dies wird für RNA schwieriger sein, da sie einzelsträngig sind, obwohl sie sich auf sich selbst falten.

Es gibt auch viele, viele RNA-Stränge, die durch alternatives Spleißen, VDJ-Rekombination und ungenaue RAG-Umlagerungen für die Antikörperproduktion produziert werden, was zu unendlich vielen möglichen RNA-Produktionen führen kann. Wie würden Sie also wissen, was in Bezug auf RNA und ihre Produktion „gut“ und was „schlecht“ ist? Die Hälfte der Zeit wissen wir nicht einmal, was sie tun und welche Rolle sie spielen, und der einzige Grund, warum wir etwas als „schlechte“ oder „fehlerhafte“ RNA bezeichnen, ist, weil es einen negativen Effekt hat, nicht weil wir die genaue Rolle von verstehen die Reihenfolge, was bedeutet, dass eine theoretische Tabelle nutzlos wäre.

Kurz gesagt, eine Proteinmaschinerie im Turing-Stil ist weder möglich (aufgrund der nahezu unendlichen potenziellen Anzahl an produzierter RNA) noch machbar (da die Anzahl der Proteine, die jede RNA-Sequenz überprüfen müssten, wiederum nahezu unendlich sein müsste). Und keines davon berücksichtigt SNPs, dh individuelle Variationen, die Proteine ​​mit unterschiedlicher Sequenz, aber identischer Struktur/Funktion produzieren können, da offensichtlich alle tödlichen Variationen dagegen selektiert würden, aber das ist ein ganz anderes Argument.

Es sollte möglich sein, Wang-Kacheln mithilfe von DNA oder RNA zu erstellen. Verschiedenfarbige Kanten könnten durch verschiedene Sequenzen dargestellt werden, die ausgewählt wurden, um selektiv aneinander zu binden (DNA und RNA sind sehr gut darin!). Wang-Kacheln können verwendet werden, um einen zellularen 1D-Automaten zu implementieren, der eine Turing-Maschine implementieren kann – er wird seine vollständige Geschichte als große wackelige Matte aufzeichnen. Wang-Fliesen sind Sammlungen von quadratischen Fliesen, bei denen jede Kante eine bestimmte Farbe hat und benachbarte Kanten übereinstimmende Farben haben. Sie können unendlich erweiterbare Muster erzeugen, die nicht periodisch sein können (ähnlich wie Penrose-Kacheln).
@PaulHarrison - Willkommen bei SE Biology. Ich habe wirklich das Gefühl, dass Sie, wie im ursprünglichen Post vor über vier Jahren, auf der falschen Liste stehen. Ein Grund dafür, dass es nur eine Antwort auf die ursprüngliche Frage gab, ist, dass nur wenige Biologen wissen, was eine Turing-Maschine ist, und die meisten von denen, die glauben, dass sie keine Relevanz für die Biologie hat. Ich habe noch weniger Ahnung, was Wang-Fliesen sind. Wenn Sie jedoch der Meinung sind, dass Sie einen nützlichen Punkt ansprechen möchten, können Sie Ihre eigene Frage auf SE stellen und sie dann beantworten. Ich würde jedoch vorschlagen, dass Sie dies auf SE Bioinformatics tun, da Sie dort eher eine Antwort erhalten.
@PaulHarrison - Ich sehe nicht, wie Ihr Beitrag in irgendeiner Weise auf die Frage abzielt. Es ist eher ein Kommentar zu der anderen Antwort, denke ich. Wie David sagt, ich weiß zwar, was eine Turing-Maschine ist, aber die Kacheln sind auch über meinem Kopf. Ich wandle die Antwort vorerst in einen Kommentar der anderen Antwort um. Fühlen Sie sich frei, es zu ändern, um es zu einer spezifischeren Antwort auf diese Site in einem biologischen Kontext zu machen. Vergessen Sie nicht, Quellen zu Ihrem Material anzugeben.
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