أكد علماء من هولندا: وجود طبقة معلومات ثانية في الحمض النووي

إن تسلسل القواعد المتناوبة المحددة في جزيء DNA الموجود في كل خلية من خلايا الجسم يجعلنا معك كما نحن. في الوقت نفسه ، قام عدد من العلماء بدراسة إمكانية واحتمال وجود لغة مخفية "بديلة" ، والتي ترمز أيضًا إلى المعلومات الحيوية للجينوم ، ولكن بطريقة مختلفة وعلى مستوى مختلف. يجب أن تعمل هذه المعلومات المشفرة كنوع من دليل العمل ، حيث تستخدم خلايا الجسم القدرة على التعرف على الجسم الرئيسي للمعلومات ومعالجته في تسلسل محدد بدقة.



7 يونيو 2016 في صفحات المنشورات العلمية journals.plos.org وقد نشرت أعمال مجموعة من العلماء من هولندا، الذين تمكنوا من إثبات وجود الحمض النووي في طبقة المعلومات المخفية الثانية لدينا.

كيف يشفر الحمض النووي بنية البروتينات

كما تعلمون ، فإن أسس الحمض النووي هي اللبنات الأساسية للكون التي تحدد إمكانية وجود وتكاثر جميع أشكال الحياة على كوكبنا. يحتوي جزيء DNA على أربعة أنواع من قواعد النيوكليوتيد التي تحتوي على النيتروجين ، ويُشار إليها بالأحرف "A" و "T" و "C" و "G".

تحتوي كل خلية من خلايانا على حوالي 30 ألف جين مختلف ، بينما تحتاج بعض البكتيريا 500 جين فقط. تحتوي الجينات على أكواد يتم بموجبها تصنيع البروتينات وتحديد ترتيب الأحماض الأمينية فيها. بغض النظر عن مكان وجود الخلايا في جسم الإنسان ، فإنها تحتوي دائمًا على نفس مجموعة الجينات. ومع ذلك ، اعتمادًا على نوع الخلايا - خلايا الجلد أو الخلايا العصبية أو خلايا العضلات - تشارك جينات مختلفة فيها لتكوين بروتينات جديدة.

يتم ضغط سلاسل الحمض النووي الطويلة في كروموسومات الخلية بإحكام. يرجع الترتيب المدمج للحمض النووي في الكروموسومات إلى بروتينات خاصة يتم جرح خيوط الحمض النووي حولها. ولكن هناك بروتينات في الخلية ، من أجل تسهيل تخليق بروتينات جديدة وفقًا للكود الموجود في الحمض النووي ، تنقل الحمض النووي من الشكل المضغوط إلى الشكل الموسع إذا لزم الأمر. تحت تأثير هذه البروتينات ، تتكشف خلايا الكروموسوم التي تستعد للانقسام ومن تلك اللحظة تشغل مساحة 10 آلاف مرة.

يتم ترتيب النيوكليوتيدات من النوع "A" و "T" و "C" و "G" ، وهي جزء من جزيئات DNA الطويلة ، بترتيب معين من أجل ضمان ترميز البروتينات أثناء توليفها ، والذي يحدث من 20 نوعًا مختلفًا من الأحماض الأمينية. في الوقت نفسه ، يلعب الحمض النووي دور المصفوفة - كل بروتين له جينه الخاص ، وفقًا للعينة التي يتم فيها توليف الأحماض الأمينية التي تشكل البروتين المطلوب. وهكذا ، يتم تجسيد الشفرة الوراثية في البروتينات ، ويحدد تسلسل النيوكليوتيدات في الجين تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين. أبسط القياس هو شفرة مورس ، حيث تتوافق النقاط والشرطات وتركيبتها مع أحرف معينة من الأبجدية. تسلسل النيوكليوتيدات التي تتم قراءتها ثلاثة في وقت واحد يتوافق مع تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين. في هذه الحالة ، تشفر مجموعة من ثلاثة نيوكليوتيدات تُقرأ في وقت واحد حمض أميني واحد.على سبيل المثال ، ترمز مجموعة النوكليوتيد AUG إلى حمض أميني ميثيونين.

هناك 64 توليفة من النوكليوتيدات ، ولكن يتم تصنيع 20 نوعًا مختلفًا فقط من الأحماض الأمينية. هذا يعني أن بعض متواليات النيوكليوتيد الثلاثية لا تُستخدم لتركيب الأحماض الأمينية ، ولكن للإشارة إلى انقطاع في إجراء التوليف. لا توجد مجموعات لا معنى لها من النيوكليوتيدات الثلاثية - كل منها يؤدي بعض الوظائف المحددة. هناك عدة مجموعات من النيوكليوتيدات التي تشفر نفس الأحماض الأمينية. يتكون الجين الأكبر من مليوني نيوكليوتيدات تقع على كل من خيوطها ، وأصغر واحد من ألف.

تبدأ عملية قراءة المعلومات الجينية ("النسخ") باكتشاف ونشر جزء صغير من اللولب المزدوج للحمض النووي في نهاية الكروموسوم. ثم يتم نسخ الرموز الوراثية لهذا الجزء من الكروموسوم إلى جزيء الحمض النووي الريبي الذي ينمو مع تقدم عملية النسخ ، بينما تتحرك آلية نسخ البروتين على طول حبلا DNA. تنتهي عملية نقل الشفرة الجينية عندما يتم تصنيع ما يسمى بالمجموعة النهائية من الأحماض الأمينية في نهاية الحمض النووي الريبي - يشير وجودها إلى نهاية سلسلة البروتين في هذا الرمز.

يحدد تسلسل تناوب هذه القواعد في الجزيئات المعلومات التي تسمح لخلايا الجسم بإنتاج كمية محددة بدقة من البروتينات الضرورية ودعم الوظائف الحيوية الأخرى. ولكن ، على الرغم من حقيقة أن جميع خلايا الجسم تحتوي على نفس مجموعة الجينات ، فإن الخلايا نفسها تتطور بطرق مختلفة وأبسط تأكيد لذلك هو وجود خلايا نسيجية من أنواع مختلفة تتكون من أعضاء مختلفة. وكل هذا مرارًا وتكرارًا يجعل العلماء يبحثون عن مفتاح إضافي لـ "فائض" ، أي أنه لم يتم فك رموز المعلومات بالكامل بعد.



جزيئات DNA معبأة بشكل مضغوط للغاية. من ناحية أخرى ، من المعروف أنه في شكله غير المتشابك ، فإن سلسلة من الجزيئات الموجودة في خلية واحدة ، في المتوسط ​​، هي 2 متر. وفقًا لفرضية لم تتغير منذ الثمانينيات من القرن الماضي ، تحدد الخواص الميكانيكية لجزيء DNA كيف سيتم "طيه" داخل الخلية. أكدت أحدث الدراسات التي أجراها العلماء الهولنديون: أن تغيير شكل الجزيء يؤدي إلى تغيير في "الالتواء" في حلزون الحمض النووي. هذه الحقيقة هي التي جعلت من الممكن الحديث عن وجود آلية ترميز ثانية في الحمض النووي ، والتي تلعب دورًا لا يقل أهمية في عمليات دعم تكاثر البروتين من الشفرة الجينية الرئيسية.

قام فريق بحثي من معهد ليدن للفيزياء ، بقيادة هيلموت شيسيل ، بتطوير نموذج كمبيوتر يهدف إلى اختبار الفرضية الموضحة أعلاه وإيجاد طرق لإثبات صحتها. كان الأساس المنطقي للنموذج قيد النظر هو خلايا متشابهة من خميرة الخباز وخميرة جنس Schizosaccharomycetes تحتوي على جزيء DNA بنفس تسلسل القواعد ، ولكن بخصائص ميكانيكية مختلفة.

كما أوضح التحليل الرياضي للنموذج ، فإن جزيئات الحمض النووي للخميرة تطور حقًا (تكوين) وتكتسب حجمًا مضغوطًا تحت تأثير التأثيرات الميكانيكية المختلفة في خوارزميات مختلفة.

دليل آخر للرمز الثانوي

تم فك الشفرة الجينية الرئيسية الموجودة في الحمض النووي جزئيًا في الستينيات من القرن الماضي. منذ تلك اللحظة ، كان المجتمع العلمي متأكدًا تمامًا من أن المعلومات فقط عن البروتينات التي تنتجها خلايا الجسم كاستجابة للأحداث والمنبهات الخارجية يتم تسجيلها في الحمض النووي. على الرغم من حقيقة أن هذا المفهوم توسّع إلى حد ما بمرور الوقت ، إلا أن المبادئ الأساسية للترميز "أحادي اللغة" في الحمض النووي ظلت دون تغيير.

ومع ذلك ، استمر البحث في هذا الاتجاه. في عام 2013 ، أعلنت مجموعة من العلماء من جامعة واشنطن (UW) لأول مرة عن وجود رمز ثانوي مخفي يحدد بشكل مباشر ترتيب قراءة تسلسل التعليمات الجينية الأساسية الواردة في الحمض النووي. تم نشر نتائج الدراسات التي تؤكد صحة الفرضية على صفحات العلوم .

خلص العلماء إلى أن المعلومات في الشفرة الجينية مكتوبة بلغتين مختلفتين. يصف الأول وينظم هيكل وكمية البروتينات التي تنتجها الخلايا ، والثاني يحدد تسلسل التعليمات التي تتحكم في قراءة الجينات. تم كتابة تركيبات اللغة الثانية ، كما لاحظ العلماء في نشرها ، على رأس تركيبات اللغة الأولى ، والتي كانت السبب الرئيسي في كونها "في المكان الأكثر بروزًا" ، تم إخفاؤها عن انتباه المجتمع العلمي لفترة طويلة.

بعد دراسة التسلسلات الجينية ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن بعض أنواع الكودونات (تصل إلى 15 ٪ من إجمالي عددهم) ، تسمى duons ، يمكن أن يكون لها معنيين ، أحدهما يرتبط بوصف بنية البروتينات ، والآخر بمبادئ إدارة الجينات. علاوة على ذلك ، ترتبط هاتان القيمتان ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض ، لأن تعليمات التحكم في الجينات في بعض الحالات تسمح لك بتثبيت أقسام معينة من البروتينات الأكثر تعقيدًا في وقت إنتاجها. وهي ثنائيات هي التي تشكل أساس تراكيب اللغة الثانية ، والتي يتم من خلالها تسجيل الطبقة الثانية من المعلومات في الحمض النووي.

يقول الدكتور جون ستاماتويانوبولوس ، أستاذ الطب وعلم الجينوم بجامعة واشنطن ، "لأكثر من 40 عامًا ، اعتقدنا أن جميع التغييرات في الشفرة الوراثية لجزيئات الحمض النووي تؤثر فقط على وظائف إنتاج البروتينات في الخلايا". أنه ، أثناء قراءة المعلومات الجينية ، فقدنا نصفها تقريبًا ، مما أدى بدوره إلى تشويه الصورة العامة لمعرفتنا. مسلحين بالمعرفة الجديدة حول توفر المعلومات الإضافية ، سنتمكن قريبًا من قراءة كل شيء مكتوب بالحمض النووي ، في أقوى جهاز تخزين معلومات تم إنشاؤه بواسطة الطبيعة اليوم. "

قيمة العمل

إن معرفة حقيقة أن جزيئات الحمض النووي تحتوي في وقت واحد على نوعين من المعلومات ستمكن العلماء من التعرف بشكل كامل على التغيرات في البروتينات التي ستحدث نتيجة لعمليات الطفرات التي تؤثر على بنية الحمض النووي. ستسمح الصورة الدقيقة والكاملة للتغييرات في بنية البروتينات للعلماء بتحديد الأمراض التي تتحول إلى أسباب ونتائج هذه التغييرات بدقة وبشكل لا لبس فيه وتطوير طرق جديدة لعلاج الأمراض بناءً على التغييرات في هذا الجزء من معلومات الحمض النووي التي تتحكم فقط في وظائف الجينات.

من ناحية أخرى ، وللمرة الأولى ، تمكن العلماء من تأكيد أن الطفرات الجينية ، والتي ، كما اقترح سابقًا ، يمكن أن تؤثر فقط على بنية الشفرة الأساسية للتسلسل الجيني ، يمكن أن تؤثر على البنية الميكانيكية للحمض النووي ، والتي بدورها ستؤدي إلى تغييرات في تسلسل القراءة تعليمات لإنتاج البروتينات ، وتغيير نوع وكمية الأخير.

_{منشور على موقع معهد ليدن للفيزياء وصف
مفصل للعمل في مجلة PLOS One}

---

هذا كل شيء ، كانت هناك خدمة بسيطة لاختيار معدات Dronk.Ru المعقدة  . لا تنسى الاشتراك في  مدونتنا ، سيكون هناك الكثير من الأشياء المثيرة للاهتمام ...

لماذا تعطي المتاجر عبر الإنترنت المال لعمليات الشراء؟	Xiaomi Mi Air Purifier 2 ?	— - Aliexpress

Source: https://habr.com/ru/post/ar395077/