8. fejezet - Beszúró-törlő rendszerek

Tartalom

8.1. Beszúrás és törlés a DNS molekulákba
8.2. Beszúró-törlő rendszerek formális leírása
8.3. INSDEL nyelvosztályok

Ebben a fejezetben egy újabb számítási modellt mutatunk be: a modell neve önmagáért beszél, az alapműveleteink a DNS-láncokba való beszúrás és a belőlük való törlés.

Formálisan tekintve a beszúrás művelete megjelenik pl. a S. Marcus által bevezetett kontextuális nyelvtanok esetén, amikben a természetes nyelvben előforduló nem környezetfüggetlen mintázatokat viszonylag egyszerűen lehet létrehozni. Ezekben a nyelvtanokban a szavakat úgy bővíthetjük (változtathatjuk meg egy lépésben), hogy egyszerre két helyen szúrjuk be egy szópár egy-egy tagját, feltéve, hogy a két beszúrási hely közti (illetve az előttük és utánuk levő) szórészre valamilyen feltétel fennáll. A DNS molekulák esetén lokális mintázattól tehetjük függővé a törlés, illetve beszúrás műveletét:

8.1. Beszúrás és törlés a DNS molekulákba

A DNS molekulákon sokféle műveletet értelmeztünk már, de eddig még nem volt szó a törlés (deletion) és a beszúrás (insertion) műveletekről, így előbb ezeket írjuk le, majd a következő alfejezetben magukat a beszúró-törlő rendszereket is definiáljuk formálisan.

Tegyük fel, hogy a lombikban egyszálú DNS láncok vannak, amelyeket az 5’ végtől a 3’ vég felé a következőképpen írhatunk le: x1uvx2, ahol x1, x2, u, vV+, vagyis nemüres sztringek. Tegyünk a lombikba 3’ → 5’ irányú molekulákat, ahol és az u és v sztringek Watson-Crick komplementer megfelelői, pedig egy adott y sztring komplementere. Ekkor, a molekuláris levesben az eredeti molekulák u és a v részsztringje hidrogénkötéssel összekapcsolódhat a később betett molekulákban levő komplementer részsztringjeikkel, miközben a szabadon maradt rész hurok alakban meghajlik (lásd 8.1. ábra). Ha az így létrejött (részben) kettős láncot a felső szálon az u és v között restrikciós enzimmel elvágjuk, az eddig hurkot alkotó szakasz kiegyenesedhet. Ha a levesben van polimeráz enzim, és megfelelő számú nukleotid, akkor a felső szál kiegészítődik, ennek megfelelően az y részszó megjelenik ezen a láncon. A láncok denaturálásra szétválnak, a felső szálon végrehajtottuk a beszúrás műveletet.

8.1. ábra - A beszúrás művelete sematikusan: adott környezetek közé adott szakasz beszúrása.

A beszúrás művelete sematikusan: adott környezetek közé adott szakasz beszúrása.

Így az eredeti egyszálú molekula u és v részláncai közé egy y lánc lett beszúrva, a műveletben az u és v játsszák a baloldali, illetve jobboldali környezetet, ők jelentik a feltételt az y beszúrásához. A művelet csak olyan molekulákra működik, amelyek tartalmazzák eredetileg az uv részszót.

A fenti módszer fordított alkalmazásával egy uyv lánchoz az u és v komplementeréből álló lánc segítségével el lehet távolítani a meghajlott y részszót (8.2. ábra).

8.2. ábra - A törlés művelete sematikusan: adott környezet esetén a szál közbeeső része törlődik.

A törlés művelete sematikusan: adott környezet esetén a szál közbeeső része törlődik.

Technikailag könnyebben elgondolható a folyamat ha ismert a műveletben résztvevő molekulák vége (vagyis az x2 3' felőli végének egy része, legyen ez mondjuk z). Ilyenkor ugyanis a megfelelő primert ( molekulákat ezesetben) az oldathoz adva, a polimeráz enzim segítségével teljes kettős láncot építhetünk fel az oldatban a létrejött új, beszúrással meghosszabbított, vagy törléssel megrövidített molekulákból; és megfelelő sokszorosítással emelhetjük is a megfelelő célmolekulák oldalban levő jelenlétét.