Dlaczego warto znać się na szyfrach? DNA a kod genetyczny

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.

Sekwencja Nukleotydów + Kod = Informacja

alfabet zycia3

Dzieci 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.

dnaaa

DNA 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

O tym jak foton może przekroczyć prędkość światła Kwantowe interpretacje: statystyka Borna Jak to było z flagą na Księżycu?