6. fejezet - Betekintés a sejten belüli számításokba

Napjainkban a számítógép-tudománnyal foglalkozó tudósokat a molekuláris biológia segíti annak a kutatásában, hogy hogyan lehetne helyettesíteni (vagy kiegészíteni) a szilícium alapú számítógépeket DNS alapú számítógépekkel. A legtöbb kutatás a DNS-számításokkal kapcsolatban, – mint ahogy az eddigiekben is írtuk – a molekulák kémcsőben való használatával foglalkozik, vagyis az élő sejteken kívül. Azonban most egy újabb, fontos és izgalmas ágát vizsgáljuk meg a DNS-számításoknak: az élő sejtekkel foglalkozunk, a DNS molekulákat természetes környezetükben vizsgáljuk. Ez a terület hozzátartozik tehát a bioinformatikához is, mert hozzájárul, hogy megértsük az összetett biológiai rendszerekben végbemenő „számítási folyamatok” természetét. Másrészt jó alapot adhat arra, hogy ismerve a természetben végbemenő „számítási lépéseket” azokat saját számítási céljainknak megfelelően alkalmazzuk.

A DNS-számításokat a csillós egysejtűekben vizsgáljuk, amik az egysejtűek egy nagyon régi csoportját alkotják, pl. a papucsállatka tartozik ide. Annak ellenére, hogy egysejtűek, a bonyolultabb DNS műveletekre képes élő szervezetek közé tartoznak. Tulajdonképpen azt mondhatjuk, hogy a láncolt-lista adatszerkezetet használják. Különösen érdekes számítási szempontból a génképzés folyamata a mikronukleuszból a makronukleusz alakig. Ennek a folyamatnak egy olyan formális leírását fogjuk megadni, ami három molekuláris műveletet tartalmaz (és egyes kutatók szerint jól fedi a valóságot). Ez a három művelet univerzális abban az értelemben, hogy ezekkel össze tudjuk állítani bármilyen génállomány makronukleuszát a mikronukleusz alakból.

6.1. A csillós egysejtűek

Mint említettük a csillós egysejtűek kb. 2 milliárd éve létező egysejtű élőlények. Az eukariótáknak ez az ősi csoportja kb. 8000 különböző fajt takar. Genetikai anyagukat tekintve is hatalmas különbség 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 tulajdonképpen 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. 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 egy ilyen modellt nézünk meg.