10. fejezet - Számítási folyamatok az élő sejtben

Tartalom

10.1. A csillós egysejtűek
10.2. A génképzési feladat
10.2.1. A mutatók szerepe a modellben
10.3. Génképzési modell több molekulával
10.4. Génképzés egy molekulán belül
10.4.1. A génképzés műveletei
10.4.2. A génképzés modellezése irreverzibilis műveletekkel
10.4.3. A génképzés sztring modellje
10.4.4. Átfedési gráf modell
10.4.5. Alkalmazási ötlet - elméletben
10.5. Sablonnal irányított rekombináció

Eddigi számításaink során mesterséges környezetben használtuk fel a DNS molekulákat. Ebben a fejezetben a DNS számításoknak egy olyan ágával ismerkedünk meg, ami az élő sejten belül történik (angolul ezeket a folyamatokat is a ,self-assembly'-nek nevezik). Azt fogjuk megvizsgálni, hogy formálisan, matematikailag hogyan írhatóak le azok a folyamatok, amik bizonyos egysejtűek DNS-én végbemennek.

Nézzük tehát először, milyen élőlényekről van szó, amelyekben természetes környezetükben, vagyis az élő sejtben figyelhetőek meg az itt tárgyalt DNS számítások.

10.1. A csillós egysejtűek

A DNS számításokat a csillós egysejtűekben (angolul: ciliates, ciliated protozoans) vizsgáljuk, amik az egysejtűek egy nagyon ősi csoportját alkotják, kb. 2 milliárd éve létező egysejtű élőlények. Az eukariótáknak ez az ősi csoportja kb. 8000 különböző fajt takar, pl. a papucsállatka tartozik ide. Genetikai anyagukat tekintve is hatalmas különbség van az egyes fajok közt, több, mint a gyümölcslégy és az ember közt (a genetikai anyagukat tekintve). Ezekben az egysejtűekben az örökítőanyag kétféle forma egyikében található meg. Mikronukleusz formában van jelen a genetikai információ a szaporodás nyugalmi fázisaiban. A mikronukleusz egy nagy hosszúságú kétszálú DNS-lánc, aminek csak kb. 5 százaléka rejt genetikai információt. Ezzel szemben a szaporodási fázisban a genetikai információ sokkal tömörebb formában, csak magukat a géneket tartalmazva van jelen. Ezek a tömör, csak a genetikai információt hordozó DNS láncok a természetben előforduló legrövidebb láncok, a makronukleuszok. Jelen fejezetben azt fogjuk áttekinteni, hogy a genetikai információt a sejt hogyan rakja össze. A mikronukleuszban jelenlevő olyan részek, amelyek nem géneket kódolnak, első látásra feleslegesnek tűnnek. Napjainkban köszönhetően a nagyfokú érdeklődésnek, egyre több hasznos funkciójukra derítenek fényt kutatók.

Tehát a genetikai kód a szaporodási fázis kezdetén mikronukleusz formából makronukleusz formába alakul át. Ez a folyamat számítási nézőpontból is érdekes, a DNS számításokkal foglalkozó közösség egyik fontos vizsgálati tárgya e folyamat megfigyelése és formális modellezése. A következő részben ilyen modelleket nézünk meg. Lássuk a génképzési feladat megfogalmazását először.