Tagi


Archiwa


Zaprzyjaźnione


/ 10

Artykuły

Dlaczego warto znać się na szyfrach? DNA a kod genetyczny

28th Sie '16

Czy istnieje jakaś różnica pomiędzy kodem genetycznym a DNA? Czy modyfikując genetycznie organizmy, zmieniamy ich DNA, czy może kod genetyczny? Jeśli nie jesteś pewien odpowiedzi, zapraszam do lektury.

To jeden z tych tekstów, dzięki którym będziecie mogli wypominać wszystkim dookoła popełnianie dość powszechnego babola. Gościnnie podesłał go Marcel Strzałka. Od razu dodam, że takie ujęcie tematu nie przypadło do gustu koleżance po piórze z bloga Platyna.org; toteż od razu zachęcam do zapoznania się z jej krytycznym tekstem.
Żyjemy wewnątrz nie­sa­mo­wicie skom­pli­ko­wanej maszyny zwanej Wszech­światem. Okre­ślanie naszej rze­czy­wi­stości mianem urzą­dzenia jest już całkiem starą i spraw­dzoną ideą. Zasto­so­wanie tego pomysłu jest jednym z głównych powodów dla których jestem teraz w stanie napisać ten tekst (oraz zrobić wiele innych rzeczy, dawniej nie­moż­li­wych). Dlaczego w ten sposób myślę o naszym świecie?

Myślę o nim w ten sposób, albowiem nie jest to byle jaka zabawka, a naj­wyż­szej klasy szwaj­carski zegarek, regu­larnie kon­ser­wo­wany przez grono naj­wy­bit­niej­szych zegar­mi­strzów. Nie trzeba być szcze­gólnie spo­strze­gaw­czym, aby dostrzec co mam na myśli. Czy udało się wam kie­dy­kol­wiek zauważyć, żeby reguły rządzące tym aparatem uległy zmianie? Będę nie­zmiernie zdzi­wiony, jeżeli ktoś pozy­tywnie odpowie na to pytanie. Ciężko żyłoby się, gdyby raz na jakiś czas masywne ciała, zamiast się przy­ciągać – odpy­cha­łyby się. W takich warun­kach nie byłoby mowy o aku­mu­lacji wiedzy i jakim­kol­wiek naukowym postępie. Na szczę­ście infor­macji o rze­czy­wi­stości przybywa, całkiem nie­trudno zauważyć również postęp. Wynika z tego, przy­najm­niej do pewnego stopnia, że wewnętrzne mecha­nizmy naszego zegara są stałe w miejscu i czasie, dzięki czemu jesteśmy w stanie je zro­zu­mieć.

Opisanie i zro­zu­mienie oto­czenia nie jest try­wialną sprawą. Kiedyś byliśmy zdani wyłącznie na nas samych. Dzisiaj, przy­najm­niej w pewnych zada­niach wyrę­czają nas nasze dzieci – maszyny. Wyostrzają nie­do­sko­nałe zmysły, wykonują miliardy działań bez jakie­go­kol­wiek zasta­no­wienia, jednym zdaniem – otwie­rają dotąd nie­moż­liwe do otwarcia drzwi. W mię­dzy­czasie zaczę­liśmy nazywać wszystkie nowo poznane rzeczy, tworząc systemy skom­pli­ko­wanej ter­mi­no­logii, często zasła­niając naszą nie­wiedzę przy ich pomocy.

Jeden przykład terminu jest dla mnie szcze­gólny, albowiem sam kiedyś go nie rozu­miałem. Ten termin to kod gene­tyczny. Bardzo często mylony jest on z pokrew­nymi, ale odręb­nymi zna­cze­niowo poję­ciami jak DNA lub infor­macja gene­tyczna. Problem ten wystę­puje naprawdę często i nie dotyczy jedynie osób prze­ciętnie zain­te­re­so­wa­nych tego typu sub­tel­no­ściami. Miewają z nim problemy popu­la­ry­za­torzy nauki, sce­na­rzyści filmowi, a co gorsza, nawet pro­fe­sjo­na­liści, dla których nauka jest chlebem powsze­dnim. Chciałbym pokazać w tym artykule, że można te rzeczy zro­zu­mieć i upo­rząd­kować, a następnie prze­kazać wszystkim tym, którzy jeszcze tego nie wiedzą, albo nie rozu­mieją. Zacznijmy od krótkiej dygresji.

Krótka, ale ważna dygresja:

Do prze­ka­zania infor­macji zawsze potrze­bu­jemy dwóch skład­ników: danych oraz kodu. Same dane nie wystarczą, albowiem jeżeli napiszę na kartce kilka znaków i nie wyjaśnię Ci ich zna­czenia (kodu), to nie będziesz w stanie wycią­gnąć z nich jakiej­kol­wiek infor­macji. Zna­jo­mość szyfru jest nie­zbędna do odczy­tania zawar­tości. Naj­bar­dziej znanym przy­kładem kodu (przy­najm­niej dla odbiorców tego artykułu) jest język polski. Umó­wi­liśmy się w ramach tego systemu kodo­wania, że trzy­li­te­rowe słowo D-O-M oznacza budynek do którego zazwy­czaj lubimy wracać. Przy­ję­liśmy również masę innych umów, dzięki czemu jesteśmy w stanie całkiem sprawnie się komu­ni­kować.

Omó­wi­liśmy pojęcie danych i kodu. Możemy teraz spojrzeć na pewne sprawy z nowej per­spek­tywy, która pomoże nam zro­zu­mieć termin kodu gene­tycz­nego oraz to, dlaczego tak wiele osób ma z nim problem. Nor­malnie powie­dzie­li­byśmy, że Henryk Sien­kie­wicz napisał „Potop” w języku polskim. Teraz pora zauważyć, że tak naprawdę Sien­kie­wicz do prze­ka­zy­wania infor­macji, użył systemu kodo­wania zwanego językiem polskim. Widzimy, że tak jak usta­li­liśmy wcze­śniej, mamy tutaj do czy­nienia z dwiema sferami: danymi (znakami napi­sa­nymi przez autora książki) oraz kodem (inter­pre­tacją tych znaków, w tym przy­padku używamy reguł języka pol­skiego). Jeżeli oka­za­łoby się, że pan Henryk chciałby trochę uwspół­cze­śnić swoje dzieło, dodając motyw np. lata­ją­cych, auto­ma­tycznie strze­la­ją­cych armat, wówczas musiałby jedną z tych dwóch sfer zmo­dy­fi­kować. Czy lepiej jest zmo­dy­fi­kować dane czy kod?

Mody­fi­kacja szyfru (języka pol­skiego) nie miałaby naj­mniej­szego sensu. Gdyby nagle zamienić zna­czenie znaku M na T, widząc słowo M-A-M-A musie­li­byśmy rozumieć je jako T-A-T-A, a masa innych słów stra­ci­łaby cał­ko­wicie jaki­kol­wiek sens. Widzimy w takim razie, że jedynym logicznym roz­wią­za­niem tego problemu jest zamiana danych, czyli napi­sa­nych przez autora znaków. Zamiast pisać o samych armatach, musi on teraz dodat­kowo napisać przy­miot­niki takie jak auto­ma­tyczna i latająca, aby jego dzieło było łatwiejsze do zro­zu­mienia dla naj­młod­szych pokoleń Polaków.

Dane (znaki) + Kod (język polski) = Informacje

Nareszcie mogę swo­bodnie posłu­giwać się wyżej zapi­sanym „rów­na­niem”. Zoba­czymy teraz, że ma ono kluczowy związek z pojęciem kodu gene­tycz­nego. Zaczy­najmy!

Żywe orga­nizmy to bardzo skom­pli­ko­wane twory. Szcze­gólnie inte­re­su­jąca jest ich umie­jęt­ność do two­rzenia nowych, czasami jeszcze bardziej skom­pli­ko­wa­nych tworów. Dokładne omó­wienie dzia­łania tych mecha­ni­zmów jest zde­cy­do­wanie poza zasię­giem tego artykułu oraz wiedzy autora. Zacze­pimy jednak o parę ogólnych infor­macji, aby móc wyko­rzy­stać to potem w naszym temacie.

alfabet zycia3Dzieci w większym lub w mniej­szym stopniu zawsze są podobne do swoich rodziców. To podo­bień­stwo wynika z faktu, że pewna część infor­macji rodziców została prze­ka­zana od nich do dzieci, co jest całkiem oczy­wiste. Mniej oczy­wiste jest zna­le­zienie odpo­wiedzi na pytanie, które wynika bez­po­średnio z naszego „równania”. Skoro doszło do prze­ka­zania infor­macji pomiędzy rodzi­cami, a dziec­kiem: czym są dane, a co jest kodem? Wbrew pozorom, odpo­wiedź na tą zagadkę zna­le­ziono całkiem niedawno, bo w XX wieku. Okazuje się, że wewnątrz prawie każdej naszej komórki (wyjąt­kiem są czerwone krwinki) istnieje (czasami więcej niż jedna) struk­tura zwana jądrem komór­kowym. Gdyby komórka była oddziałem woj­skowym, jądro odgry­wa­łoby rolę generała, decy­du­ją­cego o losie każdego ze swych pod­wład­nych. W miejscu tym można znaleźć coś, o czym słyszał chyba każdy – DNA. Ta skom­pli­ko­wana pod względem budowy che­micznej sub­stancja zawiera elementy zwane nukle­oty­dami, które przy­chodzą w czterech różnych wersjach. Każda wersja nukle­otydu jest jakby literą w alfa­becie życia, a dana czą­steczka DNA jest bardzo długim poematem zbu­do­wanym na bazie tych liter.

Alfabet życia: A, T, C, G (litery pochodzą od pełnych nazw nukle­tydów np. nukle­otyd ade­ni­nowy, tyminowy, cyto­zy­nowy i guani­nowy)

Przykład prostej czą­steczki DNA: AAATGTACGTAGTGCGAT (spe­cjalnie pomijam fakt, że DNA jest zazwy­czaj dwu­ni­ciowy, jest to istotne z punktu widzenia jego repli­kacji, ale nie­szcze­gólnie z mojego)

Biolodzy nie są szcze­gólnie roman­tyczni, dlatego zamiast o poemacie zbu­do­wanym na bazie liter z alfabetu życia, wolą mówić o sekwencji (kolej­ności wystę­po­wania) nukle­otydów w danej czą­steczce DNA. W takim razie, możemy teraz jeszcze raz zapisać nasze „równanie”, korzy­stając z nowo zdo­by­tych infor­macji.

Sekwencja Nukleotydów + Kod = Informacja

Udało się nam ziden­ty­fi­kować dane, które zawarte są w czą­steczce DNA w postaci różnej kolej­ności nukle­tydów. Wciąż jednak nie znamy kodu, który zamieni sekwencje nukle­tydów (dane) na infor­mację gene­tyczną (wygląd wcze­śniej wspo­mnia­nego dziecka). Pora zająć się tym pro­blemem.

W czasie badań bio­lo­gicz­nych, wielu biologów oraz innych zna­ko­mi­tych uczonych zasta­na­wiało się nad jednym pytaniem. Jak rozumieć wcze­śniej wspo­mniany poemat? Domysłów było wiele, jednak nie jest to dla zacie­ka­wio­nego czło­wieka rzecz wystar­cza­jąca. Prze­pro­wa­dzono sporo trudnych, a zarazem pomy­sło­wych doświad­czeń, w wyniku czego udało poznać się reguły rządzące tak zwanym kodem gene­tycznym.

Przy­kła­dowa sekwencja nukle­otydów w czą­steczne DNA: AAA-TGT-ACG-TAG-TGC-GAT

Litery w naszym poemacie zostały podzie­lone na trój­e­le­men­towe grupy, albowiem tyle dokładnie nukle­otydów potrzeba, aby przy pomocy kodu gene­tycz­nego zako­dować poje­dynczą infor­mację. Każda paczka (istnieje 64 moż­li­wości) jest odpo­wie­dzialna za stwo­rzenie dokładnie jednego ami­no­kwasu – elementu skła­do­wego białka. Białka wpływają na wiele cech naszego orga­nizmu, między innymi na wygląd. W taki oto sposób odkry­liśmy kod gene­tyczny, który jest ana­lo­giczny do języka pol­skiego, w naszym przy­kła­dzie z książką.

Sekwencja Nukleotydów + Kod Genetyczny = Informacja

Pod­su­mo­wując, nastę­pu­jący mecha­nizm pozo­staje odpo­wie­dzialny za prze­ka­zy­wanie infor­macji pomiędzy rodzi­cami, a dziećmi.

dnaaaDNA rodziców jest mieszane (przy pomocy pewnych sztuczek), a następnie prze­ka­zy­wane dziecku. Każda czą­steczka DNA (w komór­kach potomka) składa się z bardzo długiego łańcucha nukle­otydów (liter z alfabetu życia). Z łańcucha odczy­ty­wane są wszystkie trójki liter (nukle­otydy), które wyzna­czają ami­no­kwasy potrzebne do pra­wi­dło­wego zbu­do­wania białek. Ze zbu­do­wa­nych białek oraz paru innych ele­mentów, otrzy­mu­jemy wyjąt­kowy wygląd danego dziecka.

Dziecko to tylko kolorowy przykład. Opisany wyżej mecha­nizm jest abso­lutnie uni­wer­salny, gdyż w niemalże nie­zmie­nionej postaci, spotyka się go w prawie każdym żywym orga­ni­zmie. Również GMO (orga­nizmy zmo­dy­fi­ko­wane gene­tycznie) w ten sam sposób prze­ka­zują swoją infor­mację potomkom. Mimo tego, w inter­necie można znaleźć masę bzdur­nych źródeł twier­dzą­cych, że wcale tak nie jest. Warto sobie wówczas zadać jedno pytanie: 

Czy gdybym chciał zmo­dy­fi­kować organizm (książkę), to zmie­niłbym w nim DNA / sekwencje nukle­otydów (znaki), a może kod gene­tyczny (język polski)? Mam nadzieję, że jest to teraz dla czy­ta­ją­cych pytanie z kate­gorii reto­rycz­nych. Na koniec pora na kilka cie­ka­wych cytatów z arty­kułów na temat GMO, życzę miłego czytania.
„Dzięki inży­nierii gene­tycznej można do jednego orga­nizmu prze­szczepić kod gene­tyczny innego”. (patrz: ABC Zdrowie)
***
„Nie wszyscy są też prze­ko­nani, czy aby spo­ży­wanie pro­duktów o zmie­nionym kodzie gene­tycznym nie ma abso­lutnie żadnego wpływu na DNA czło­wieka”. (patrz: ABC Kura­cjiusza)
***
„Technika klo­no­wania i rekom­bi­no­wania pozwala na dowolną mani­pu­lację kodem gene­tycznym znaj­du­jącym się w probówce”. (patrz: IST Share)
Gościnnie rugał
Marcel Strzałka

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.

  • Zonkil9

    „Każda paczka (istnieje kil­ka­na­ście moż­li­wości) jest odpo­wie­dzialna za stwo­rzenie dokładnie jednego ami­no­kwasu – elementu skła­do­wego białka.” – Dostrzegam błąd w tym zdaniu. Moż­li­wości istnieją dokładnie 4x4x4=64 (a nie kil­ka­na­ście), w tym trzy kodony STOP, nie­ko­du­jące żadnego amin­ko­wasu. Kilka kodonów może kodować ten sam amin­kowas, a samych amin­ko­wasów budu­ją­cych więk­szość orga­ni­zmów mamy 20 (ta liczba może być różna, istnieją wyjątki).

    A oprócz tego bardzo zgrabny tekst, gra­tu­lacje dla autora. 🙂

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Marcel Strzałka

      Dziękuję za dostrze­żenie błędu. Przed ostatnią edycją zamiast „kil­ka­na­ście” miałem napisane „20”, albowiem miałem na myśli liczbę moż­li­wych do zbu­do­wania ami­no­kwasów, chociaż zdanie napi­sałem na tyle nie­for­tunnie, że należy to odebrać jako liczbę moż­li­wości w ogóle.

      Cieszę się, że artykuł przypadł do gustu, błąd zostanie popra­wiony w naj­bliż­szym możliwym czasie (nie jestem autorem bloga, więc jest to trochę mniej ele­men­tarna sprawa).

      Pozdra­wiam.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Paulina Shiro Orszulak

    Bardzo cieszy mnie fakt, że pojawiły się artykuły bardziej bio­lo­giczne, ponieważ kształcę się w tym kierunku i miło czasami powtó­rzyć sobie podstawy, a nuż pojawi się coś, czego wcze­śniej się nie wie­działo. Poza tym, wydaje mi się dość dziwne to, że spe­cja­liści mylą te 2 ele­men­tarne pojęcia, których uczy­liśmy się już w drugiej klasie liceum 😉

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • https://www.stratfor.com/ Halder

    Bardzo przy­jemny artykuł wyja­śnia­jący, zapewne dosyć oczy­wistą z punktu widzenia biologów, roz­bież­ność. Widać, że sekwencja nukle­otydów (DNA) to nie to samo co kod gene­tyczny – dobrze wiedzieć 😉 Cytaty kończące artykuł dobrze obrazują z jaką rezerwą trzeba pod­cho­dzić do pseu­do­nau­ko­wych stwier­dzeń w różnych dziwnych ser­wi­sach.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Lukasz33

    Czy to prawda, że zna­le­ziono takie dna (jakiejś bakterii), gdzie odczy­ty­wana infor­macja gene­tyczna miała sens po prze­su­nięciu się o jeden nukle­otyd. To tak jakby w książce była ukryta druga książka jeśli zaczniemy czytać ją od drugiej litery. Czy są takie łańcuchy DNA, które są odczy­ty­wane w obu kie­run­kach ?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Zonkil9

      Odpo­wia­dając na pierwsze pytanie: nie jest to możliwe, ponieważ DNA jest dzielone na kodony, które są trzema nastę­pu­ją­cymi po sobie nukle­oty­dami. Po prze­su­nięciu o jeden, liczba nukle­otydów nie byłaby podzielna przez trzy, więc infor­macja gene­tyczna nie miałaby sensu (nie biorę tu pod uwagę sekwencji telo­me­ro­wych, które ulegają skró­ceniu przy każdej repli­kacji, nie mają zna­czenia dla samej infor­macji gene­tycznej).

      Odpo­wia­dając na drugie pytanie: Komórka dosko­nale wie, gdzie ma zacząć odczy­tywać infor­mację gene­tyczną, a gdzie ma skończyć i nie ma prawa się prze­sunąć (chyba, że zajdą mutacje genowe). Matryca jest odczy­ty­wana zawsze w kierunku 3′ → 5′, a trans­krypcji podlega wyłącznie odcinek DNA od pro­mo­tora do ter­mi­na­tora.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

      • alex

        Ad 1) Oso­bi­ście zro­zu­miałem, że chodzić może o over­lap­ping genes (https://en.wikipedia.org/wiki/Overlapping_gene).

        Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

      • Platyna

        > Odpo­wia­dając na pierwsze pytanie: nie jest to możliwe, ponieważ DNA jest dzielone na kodony, które są trzema nastę­pu­ją­cymi po sobie nukle­oty­dami. Po prze­su­nięciu o jeden, liczba nukle­otydów nie byłaby podzielna przez trzy, 

        Jest taka moż­li­wość. Istnieją tzw. alter­na­tywne otwarte ramki odczytu i to nie tylko w bak­te­riach.

        > Odpo­wia­dając na drugie pytanie: Komórka dosko­nale wie, gdzie ma zacząć odczy­tywać infor­mację gene­tyczną, a gdzie ma skończyć i nie ma prawa się prze­sunąć (chyba, że zajdą mutacje genowe). Matryca jest odczy­ty­wana zawsze w kierunku 3′ → 5′, a trans­krypcji podlega wyłącznie odcinek DNA od pro­mo­tora do ter­mi­na­tora.

        Istnieje coś takiego jak błędy albo jąkanie się poli­meraz – stąd m. in powstają nowe powtó­rzenia krótkich sekwencji DNA, które mogą ale nie muszą mieć wpływu na geny i nie­ko­niecznie musi to pro­wa­dzić do mutacji. W wielu przy­pad­kach obie nici kodują RNA. Proces trans­krypcji nie jest dosko­nały.

        Ogólnie pre­zen­to­wane podej­ście jest dość licealne.

        Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Kul­tu­ralny Komen­tator

    Wytłu­ma­czył Pan to nie­zwykle obrazowo dla huma­nisty (poli­hi­stora in spe). Dostrze­gałem nie­sa­mo­wity „bajzel” defi­nicji w każdej dyskusji o genach na jaką tra­fiałem. Teraz jest to zagad­nienie dla mnie oczy­wiste.

    Zachęcam autora do częst­szych zapro­szeń Sz.P. Marcela, życząc obu panom miłego dnia.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Platyna

    Muszę przyznać, że nie za bardzo podoba mi się ten wpis. Odnio­słam się do niego tutaj:
    http://platyna.org/blog/2016/09/07/czy-dna-cokolwiek-koduje/

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0