Oamenii de știință au descoperit matematica ascunsă care guvernează mutațiile genetice
Oamenii de știință au descoperit că o funcție cheie dintr-o ramură „pură” a matematicii poate prezice cât de des mutațiile genetice duc la modificări ale funcției.
Aceste reguli, stabilite prin așa-numita funcție de sumă a numerelor, guvernează și unele aspecte ale plierii proteinelor, codarea computerizată și anumite stări magnetice din fizică.
a spus autorul principal al studiului Vibhav Mohanty, un fizician teoretician, doctorand și doctor la Harvard Medical School și MIT.
Pentru fiecare genotip – literele ADN ale unei anumite gene – există un fenotip sau rezultat final: o nouă proteină sau chiar un comportament în cazul unei gene care reglează un alt set de gene. Un genotip poate dobândi un număr de mutații înainte ca fenotipul său să se schimbe; Această acumulare de mutații neutre este o modalitate majoră în care evoluția continuă.
„Vrem să înțelegem, cât de robust este fenotipul real al mutațiilor?” spuse Mohanty. „S-a dovedit că această forță era prea mare.” Cu alte cuvinte, multe dintre „caracterele” sau perechile de baze care alcătuiesc codul ADN se pot schimba înainte ca rezultatul să se facă.
Deoarece această forță este văzută nu numai în genetică, ci și în domenii precum fizica și informatica, Mohani și colegii săi au bănuit că rădăcinile ei ar putea sta în matematica subiacentă a secvențelor potențiale. Ei au imaginat aceste posibile secvențe ca un cub multidimensional, cunoscut sub numele de hipercub, cu fiecare punct de pe acest cub imposibil vizualizat ca un posibil genotip. Mohany a spus că genotipurile cu același fenotip ar trebui în cele din urmă să se grupeze împreună. Întrebarea a fost, ce formă ar forma aceste grupuri?
Se pare că răspunsul se găsește în teoria numerelor, domeniul matematicii preocupat de proprietățile numerelor întregi pozitive. Sa dovedit că robustețea fenotipică medie a mutanților este determinată de ceea ce se numește funcție de sumă a numerelor. Aceasta înseamnă că prin adăugarea numerelor care reprezintă fiecare genotip de pe cub, puteți ajunge la robustețea medie a genotipului.
„Să presupunem că există cinci genotipuri care se corelează cu un anumit fenotip”, a spus Mohanty. Deci, de exemplu, cinci secvențe de ADN, fiecare cu o mutație diferită, dar toate încă codifică aceeași proteină.
Cercetătorii au descoperit că adăugarea numerelor folosite pentru a reprezenta aceste cinci secvențe vă oferă numărul mediu de mutații pe care le pot avea acele genotipuri înainte ca fenotipurile lor să se schimbe.
Acest lucru a condus la a doua descoperire interesantă: aceste numere din grafic, au format așa-numita curbă planmange, o curbă fractală numită după o budincă franțuzească (care arată ca o budincă modelată fantezie).
Pe o curbă fractală, Mohany a spus: „Dacă măriți curba, arată exact ca și cum a fost micșorat și puteți continua să măriți la infinit, la infinit, la infinit și va fi la fel.”
Mohani a spus că aceste rezultate au dezvăluit câteva secrete interesante despre corectarea erorilor. De exemplu, sistemele naturale studiate de cercetători tind să gestioneze erorile în mod diferit față de oamenii atunci când creează stocarea datelor, cum ar fi în mesajele digitale sau pe CD-uri sau DVD-uri. În aceste exemple tehnologice, toate erorile sunt tratate în mod egal, în timp ce sistemele biologice tind să protejeze anumite secvențe mai mult decât altele.
Acest lucru nu este surprinzător pentru secvențele genetice, a spus Muhany, deoarece pot exista multe secvențe linchpin și apoi altele mai periferice funcției genetice principale.
Înțelegerea dinamicii acestor mutații neutre poate fi în cele din urmă importantă pentru prevenirea bolilor, a spus Mohany. Virușii și bacteriile evoluează rapid, acumulând multe mutații neutralizante în acest proces. Dacă există o modalitate de a preveni ca acești agenți patogeni să aterizeze mutația acului în carul de fân benefic printre toate pleava, cercetătorii pot fi capabili să împiedice capacitatea agenților patogeni de a deveni mai infecțioși sau mai rezistenți la antibiotice, de exemplu.
Cercetătorii și-au publicat concluziile pe 26 iulie în Jurnalul de fațadă al Societății Regale.
„Creator. Amator de cafea. Iubitor de internet. Organizator. Geek de cultură pop. Fan de televiziune. Mândru foodaholic.”