Uudelleenviritetyt bakteerit ja genotyyppinen joustavuus

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Vapaa suomennos:

Kehittymiskyky ja hierarkia uudelleenviritetyissä bakteerien geeniverkostoissa

DNA:n sekvensointi useista organismeista on paljastanut, että geenien kopioituminen ja siirtyminen ovat olleet genomien pääasiallisia muokkautumistapoja. Vaikka tietyn geenin sammumisen tai liiallisen ekspression vaikutuksia on tutkittu monissa organismeissa, yksikään tutkimus ei ole käsitellyt systemaattisella tavalla uusien linkkien lisäämistä biologiseen verkostoon.

Tutkiaksemme verkoston kykyä kehittyä, tuotimme 598 promoottorien rekombinaatiota (säätelyjuosteet sisällytettyinä) eri tavalla transkriptoiduilla tai erilaisia transkriptiofaktoreita sisältävillä geeneillä kolibakteerille, lisättyinä villin tyypin geneettiseen pohjaan.

Osoitamme tutkimuksessamme, että bakteerit sietävät 95% lisätyistä verkostoista, vain hyvin pieni määrä säätelee kasvua, ja että ekspressiomäärä korreloi villin tyypin verkostohierarkian faktoriaseman kanssa. Mikä tärkeintä, havaitsimme tiettyjen verkostojen selviävän toistuvasti villissä tyypissä useiden erilaisten valintapaineiden vaikutuksen alaisina. Uudet linkit verkostossa ovat siis harvoin este evoluutiolle ja ne voivat lisätä kelpoisuutta.

http://www.nature.com/nature/journal/v4 ... 06847.html

Kommentit (4)

Vierailija
Empiristi
Vapaa suomennos:

Kehittymiskyky ja hierarkia uudelleenviritetyissä bakteerien geeniverkostoissa

DNA:n sekvensointi useista organismeista on paljastanut, että geenien kopioituminen ja siirtyminen ovat olleet genomien pääasiallisia muokkautumistapoja. Vaikka tietyn geenin sammumisen tai liiallisen ekspression vaikutuksia on tutkittu monissa organismeissa, yksikään tutkimus ei ole käsitellyt systemaattisella tavalla uusien linkkien lisäämistä biologiseen verkostoon.

Tutkiaksemme verkoston kykyä kehittyä, tuotimme 598 promoottorien rekombinaatiota (säätelyjuosteet sisällytettyinä) eri tavalla transkriptoiduilla tai erilaisia transkriptiofaktoreita sisältävillä geeneillä kolibakteerille, lisättyinä villin tyypin geneettiseen pohjaan.

Osoitamme tutkimuksessamme, että bakteerit sietävät 95% lisätyistä verkostoista, vain hyvin pieni määrä säätelee kasvua, ja että ekspressiomäärä korreloi villin tyypin verkostohierarkian faktoriaseman kanssa. Mikä tärkeintä, havaitsimme tiettyjen verkostojen selviävän toistuvasti villissä tyypissä useiden erilaisten valintapaineiden vaikutuksen alaisina. Uudet linkit verkostossa ovat siis harvoin este evoluutiolle ja ne voivat lisätä kelpoisuutta.

http://www.nature.com/nature/journal/v4 ... 06847.html




Jaksaisitko kertoa myös vähän taustoja eli mikä merkitys tällä löydöllä on.

Vierailija
Damasio
Jaksaisitko kertoa myös vähän taustoja eli mikä merkitys tällä löydöllä on.

Sinun kiinnostuksen kohteita tämä sivuaa siinä mielessä, että tässä lähiaikoinahan on ilmennyt tapauksia, joissa Paleyn kelloseppäargumenttia on pyritty herättämään henkiin tekemällä siitä modernista biologiasta kiinnostuneille ihmisille suunnattuja näennäistieteellisiä versioita kuten Irreducible Complexity. Kirjoittajan mukaan esimerkiksi tämä tulos 95 prosentin sietoisuudesta verkostoja lisättäessä osoittaa, että eliöt eivät ole niin hienosäädettyjä olioita, että pienet muutokset olisivat fataaleja kokonaisuuden toiminnan kannalta, vaan päin vastoin, eliöiden genotyypit ovat joustavia ja kestävät muutoksia erittäin hyvin.

"This conclusion [that genomic networds are robust and evolvable] also
flies in the face of the popular misconception among opponents of the
evolutionary theory, who believe that the genetic code is irreducibly
complex. For instance, advocates of 'intelligent design' compare the
genome to modern engineered machines such as integrated circuits and
clocks, which cease to function if their internal design is altered.
Although sometimes it is instructive to point to similarities between
design principles behind modern technology and those behind genetics,
the analogy can only go so far. Engineered devices are generally
designed to work just above the point of failure, so that any
tampering with their construction will result in catastrophe. In the
event of failure, new clocks can be purchased or central processing
units replaced. But nature does not have that option. To survive--
and so evolve--organisms must be able to tolerate random mutations,
deletion and recombination events. And Isalan and colleagues' work
provides an important step forward in quantifying just how robust the
genetic code can be."

Vierailija
Empiristi
Damasio
Jaksaisitko kertoa myös vähän taustoja eli mikä merkitys tällä löydöllä on.

Sinun kiinnostuksen kohteita tämä sivuaa siinä mielessä, että tässä lähiaikoinahan on ilmennyt tapauksia, joissa Paleyn kelloseppäargumenttia on pyritty herättämään henkiin tekemällä siitä modernista biologiasta kiinnostuneille ihmisille suunnattuja näennäistieteellisiä versioita kuten Irreducible Complexity. Kirjoittajan mukaan esimerkiksi tämä tulos 95 prosentin sietoisuudesta verkostoja lisättäessä osoittaa, että eliöt eivät ole niin hienosäädettyjä olioita, että pienet muutokset olisivat fataaleja kokonaisuuden toiminnan kannalta, vaan päin vastoin, eliöiden genotyypit ovat joustavia ja kestävät muutoksia erittäin hyvin.

"This conclusion [that genomic networds are robust and evolvable] also
flies in the face of the popular misconception among opponents of the
evolutionary theory, who believe that the genetic code is irreducibly
complex. For instance, advocates of 'intelligent design' compare the
genome to modern engineered machines such as integrated circuits and
clocks, which cease to function if their internal design is altered.
Although sometimes it is instructive to point to similarities between
design principles behind modern technology and those behind genetics,
the analogy can only go so far. Engineered devices are generally
designed to work just above the point of failure, so that any
tampering with their construction will result in catastrophe. In the
event of failure, new clocks can be purchased or central processing
units replaced. But nature does not have that option. To survive--
and so evolve--organisms must be able to tolerate random mutations,
deletion and recombination events. And Isalan and colleagues' work
provides an important step forward in quantifying just how robust the
genetic code can be."




Kiitos - tuossakin mielessä tärkeä löydös.

Vierailija
Empiristi
Vapaa suomennos:

Osoitamme tutkimuksessamme, että bakteerit sietävät 95% lisätyistä verkostoista, vain hyvin pieni määrä säätelee kasvua, ja että ekspressiomäärä korreloi villin tyypin verkostohierarkian faktoriaseman kanssa. Mikä tärkeintä, havaitsimme tiettyjen verkostojen selviävän toistuvasti villissä tyypissä useiden erilaisten valintapaineiden vaikutuksen alaisina. Uudet linkit verkostossa ovat siis harvoin este evoluutiolle ja ne voivat lisätä kelpoisuutta.

http://www.nature.com/nature/journal/v4 ... 06847.html




Eräs mahdollinen syy tällaiseen verkoston hahmon häiriönkestävyyteen voisi olla kaaostutkimuksesta tuttu mittakaavainvarianssi eli itsesimilaarisuus. Sehän tarkoittaa systeemin jonkin rakennepiirteen tai dynaamisen hahmon esiintymistä samankaltaisena eri mittakaavoissa tai eri fysiologisilla tasoilla. Esimerkiksi aivoista on mitattu sama dynaaminen hahmo hermoimpulssikaavioiden, EEG:n, neuropeptidijakaumien, veren virtauskuvioiden jne. tasoilta. Tällaisen itsesimilaarisuusilmiön uskotaan yleisestikin esiintyvän biologisissa järjestelmissä (kts. seuraavat viitteet).
Mihin sitten voisi perustua itsesimilaarisuuden häiriönkestävyysvaikutus?
Siihen, että itsesimilaarisuus on systeemin rakennepiirteet ja dynaamisen hahmon tuottaneen ja ylläpitävän Nambun-Goldstonen bosonin (tai sellaisten kokoelman) tärkeä ilmentymä. Systeemi on siis etsiytynyt lokaaliin energiaminimiin, johon kohdistuvat häiriöt vastaava Nambun-Goldstonen bosoni "kuolettaa". Dramaattinen esimerkki tästä on Axel Hundingin mukaan mitoosivaiheessa olevan solun sisällön sekoittaminen mikroneulalla ilman että sillä on vaikutusta solun järjestyneeseen prosessiin. Itsesimilaarisuusilmiö kuvastaa hyvin NG-bosonin hallitsevaa otetta systeemin kaikkiin toimintatasoihin. Samaan perustuu luonnollisesti myös systeemin toiminnallinen yhtenäisyys.

On lähellä hypoteesi, jonka mukaan myös elävän solun tai solukollektiivin geenistö kuuluu tähän Nambun-Goldstonen bosonin hallitsemaan kaoottiseen (s.o. hyvin monta samanaikaista itseorganisaatiotilaa käsittävään) järjestelmään. jolloin siinä valtaan pyrkivä häiriö NG-bosonien toimesta "kuolettuu".

Gisigerin artikkelissa pohdiskellaan älykkäästi mittakaavainvarianssin esiintymistä biologiassa:

http://journals.cambridge.org/action/di ... &aid=74595
Scale invariance in biology: coincidence or footprint of a universal mechanism?

--------------------------------------------------------------------------------
T. GISIGER a1p1
a1 Groupe de Physique des Particules, Université de Montréal, C.P. 6128, succ. centre-ville, Montréal, Québec, Canada, H3C 3J7 (e-mail: gisiger@pasteur.fr)

Abstract

In this article, we present a self-contained review of recent work on complex biological systems which exhibit no characteristic scale. This property can manifest itself with fractals (spatial scale invariance), flicker noise or 1/f-noise where f denotes the frequency of a signal (temporal scale invariance) and power laws (scale invariance in the size and duration of events in the dynamics of the system). A hypothesis recently put forward to explain these scale-free phenomomena is criticality, a notion introduced by physicists while studying phase transitions in materials, where systems spontaneously arrange themselves in an unstable manner similar, for instance, to a row of dominoes. Here, we review in a critical manner work which investigates to what extent this idea can be generalized to biology. More precisely, we start with a brief introduction to the concepts of absence of characteristic scale (power-law distributions, fractals and 1/f- noise) and of critical phenomena. We then review typical mathematical models exhibiting such properties: edge of chaos, cellular automata and self-organized critical models. These notions are then brought together to see to what extent they can account for the scale invariance observed in ecology, evolution of species, type III epidemics and some aspects of the central nervous system. This article also discusses how the notion of scale invariance can give important insights into the workings of biological systems.

Tässä artikkelissa ilmeisesti todistellaan verkostojen itsesimilaarisuuden lujuutta yleensäkin. Oletettavasti jokainen mahdollinen verkosto onkin joko NG-bosonin hallitsema tai "upotettu" johonkin NG-bosonin hallitsemaan systeemiin (kuten esim. internetti ihmisyhteisöön..):

http://www.nature.com/nature/journal/v4 ... 03248.html
Letters to Nature
Nature 433, 392-395 (27 January 2005) | doi:10.1038/nature03248; Received 4 August 2004; Accepted 30 November 2004

Self-similarity of complex networks
Chaoming Song1, Shlomo Havlin2 and Hernán A. Makse1

Levich Institute and Physics Department, City College of New York, New York, New York 10031, USA
Minerva Center and Department of Physics, Bar-Ilan University, Ramat Gan 52900, Israel
Correspondence to: Hernán A. Makse1 Correspondence and requests for materials should be addressed to H.A.M. (Email: makse@mailaps.org).

Top of pageComplex networks have been studied extensively owing to their relevance to many real systems such as the world-wide web, the Internet, energy landscapes and biological and social networks1, 2, 3, 4, 5. A large number of real networks are referred to as 'scale-free' because they show a power-law distribution of the number of links per node1, 6, 7. However, it is widely believed that complex networks are not invariant or self-similar under a length-scale transformation. This conclusion originates from the 'small-world' property of these networks, which implies that the number of nodes increases exponentially with the 'diameter' of the network8, 9, 10, 11, rather than the power-law relation expected for a self-similar structure. Here we analyse a variety of real complex networks and find that, on the contrary, they consist of self-repeating patterns on all length scales. This result is achieved by the application of a renormalization procedure that coarse-grains the system into boxes containing nodes within a given 'size'. We identify a power-law relation between the number of boxes needed to cover the network and the size of the box, defining a finite self-similar exponent. These fundamental properties help to explain the scale-free nature of complex networks and suggest a common self-organization dynamics.

Uusimmat

Suosituimmat