Только четыре нуклеотида

Несколько физиков из ФИАН, МФТИ и МГУ создала новый способ сравнения двух молекул РНК. Его неожиданным следствиемстала догадка о статистическом механизме выделенности применяемого природой «четырехбуквенного нуклеотидного алфавита».

Для эволюционной биологии вопрос сравнения ДНК и РНК последовательностей — один из главных, например, он разрешает делать выводы о том, как на большом растоянии в эволюционном смысле разошлись друг от друга два разглядываемых гена, и какие конкретно гены смогут являться их неспециализированными предками. И в случае если вопрос сравнения двух последовательностей молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) с алгоритмической точки зрения не вызывает принципиальных трудностей, то задача построения метода сравнения молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК) наталкивается на значительные препятствия и не обращая внимания на большой прогресс в данной области, до сих пор полностью не решена.

Дело в том, что молекулы РНК содержат нетривиальную вторичную структуру типа клеверного страницы либо кактуса. Сергей Нечаев (ФИАН), Михаил Тамм (МГУ) и Ольга Вальба (МФТИ) предлагают способ сравнения РНК, учитывающий как порядок следования нуклеотидов, так и комбинаторику, обусловленную тем, что молекула РНК может образовать различные кактусоподобные структуры.

Молекулы ДНК и РНК — это нерегулярные последовательности, образованные четырьмя типами букв — нуклеотидов. Задача сравнения либо, как говорят, выравнивания последовательностей молекул ДНК, содержится в нахождении большой неспециализированной подпоследовательности двух молекул. Эта подпоследовательность не обязательно складывается из идущих конкретно приятель за втором букв, они смогут идти и с пробелами — делециями.

Задачу о сравнении двух последовательностей РНК мы свели к задаче о вычислении свободной энергии комплекса двух взаимодействующих неоднородных цепей, любая из которых может образовывать кактусоподобную структуру,- говорит начальник работы, врач физ.-мат.наук Сергей Нечаев.

Представьте себе, — поясняет Нечаев, — что в опыте появилась необходимость угадать вторичную структуру синтезированной молекулы РНК по последовательности нуклеотидов. Отечественный метод разрешает угадать оптимальную с позиций статистической физики вторичную структуру молекулы РНК, которая будет соответствовать минимуму свободной энергии. Наряду с этим мы старались по возможности оставаться в рамках статистической физики и избегать эвристических мыслей, взятых только на базе анализа экспериментальных данных.

Следствием созданного подхода стало достаточно неожиданное наблюдение. Оказалось, что если не ограничиваться лишь четырьмя типами нуклеотидов (аденин, цитозин, урацил и гуанин), присутствующими в несложной модели РНК со случайной первичной структурой, а разглядеть гипотетическийалфавит с произвольным числом букв, с, то выравнивание молекул РНК при с ? 4 и при с4 происходит по-различному.

Алфавит, что применяет природа, — говорит Сергей Нечаев, — выделен тем, что при числе букв, меньшем либо равном четырем, укладка весьма долгой молекулы РНК фактически не содержит пропусков, другими словами их часть пытается к нулю, и каждому нуклеотиду найдется комплиментарный. При же, в то время, когда число букв больше четырех, в весьма долгой цепи РНК постоянно присутствует много пропусков (их число сравнимо с длиной всей цепочки). Число четыре есть пограничным: это предельное количество букв, при котором весьма долгая случайная РНК может образовывать идеальную вторичную структуру, другими словами у каждого нуклеотида в последовательности найдется комплиментарный.

Вопрос о том, из-за чего природа применяет как раз 4 типа нуклеотидов, — один из наиболее значимых в генной инженерии и биологии. Как предполагают исследователи из ФИАН, МГУ и МФТИ, с позиций статистической физики случайных гетерополимеров со сложной иерархической вторичной структурой типа РНК, число четыре есть статистически выделенным среди всех вероятных алфавитов при изучении неприятности выравнивания.

Для линейной молекулы ДНК, где количество нуклеотидов кроме этого равняется четырем (аденозин, цитидин, гуанозин и тимидин), оно уже ничем не выделено. Это наблюдение может рассматриваться как косвенный довод в пользу догадки РНК-мира, в соответствии с которой на начальной стадии происхождение судьбы на Почвы существовали лишь РНК, а ДНК показались уже в следствии их эволюции.

Создатель: По данным АНИ ФИАН-информ

Источник: http://www.fian-inform.ru/

Случайные записи:

• «Табачные мутации» в разных органах отличаются друг от друга
• Сколько бактериальных генов уместится в одном человеке?

The Chainsmokers — Closer (Lyric) ft. Halsey

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Ученые раскрыли тайну динозавров с четырьмя крыльями

  Крылья – это очень способное творение природы, которое, думается, некоторым животным вовсе без необходимости. Забрать того же страуса, либо пингвина,…

• Физики открыли первый тетракварк сразу с четырьмя ароматами

  Физики коллаборации DZero (Национальная ускорительная лаборатория имени Энико Ферми) информируют об открытии новой элементарной частицы — тетракварка…

• Только наше серое вещество сокращается в размерах с возрастом

  Новое изучение продемонстрировало, что сокращение количеств мозга – это и имеется та цена, которую мы все платим за то, что нам посчастливилось появиться…

• Новый сорт супер риса, содержит в четыре раза больше железа, чем обычный рис

  Австралийские ученые вывели новый сорт риса, что владеет повышенным содержанием цинка и железа. Ученые заявляют, что одна порция для того чтобы риса…