Информационная ёмкость геномов

[-Asket-]

Мутация, защищающая от всех известных прионных болезней
Генетический вариант, найденный у аборигенов Новой Гвинеи, в эксперименте помог защитить мышей от всех известных прионных заболеваний, в том числе от недавно обнаруженных особо опасных штаммов прионов, вызывающих неклассическую болезнь Крейтцфельдта-Якоба. Чем выше была доля мутантного белка, нарабатываемого у подопытных мышей, тем лучше была их защита. У мышей с двумя мутантными аллелями вырабатывался полный иммунитет ко всем исследованным прионным болезням.

(кликните для показа/скрытия)

Лечить прионные болезни мы не умеем. Даже теоретически трудно себе представить способ лечения, который мог бы помешать белкам животного менять конформацию на «заразную». Но есть и хорошая новость — оказывается, некоторые генетические варианты почти гарантируют устойчивость к прионным болезням. Одну из таких полезных мутаций обнаружили у аборигенов Новой Гвинеи, где из-за ритуального каннибализма было очень распространено прионное заболевание под названием куру. Несколько лет назад ученые проанализировали генетические варианты трех тысяч аборигенов и проследили за судьбой этих людей [7]. Выяснилось, что замена всего лишь одной аминокислоты в человеческом прионном белке (глицина в 127-м положении на валин — G127V) резко снижает вероятность умереть от куру. Ни у одного человека, который скончался от этой инфекции, «защитного» генетического варианта не было. Кроме того, члены семей, в которых встречался такой генетический вариант, намного реже заболевали куру.

Известна и другая полезная мутация, которая снижает вероятность заболеть прионной болезнью, — M129V — замена метионина на валин в 129-м положении аминокислотной последовательности прионного белка (PrP). Такая мутация встречается у людей по всему миру. Интересно, что она спасительна только в гетерозиготном состоянии — если на одной хромосоме у человека обычный вариант гена, а на другой — мутировавший. При этом часть молекул образующегося белка имеет стандартную последовательность, а часть — модифицированную. Ученые предполагают, что в такой ситуации агрегатам прионного белка сложнее образовываться: молекулам двух видов, немного отличающихся друг от друга, сложнее слипаться. Кстати, мутация G127V тоже встречалась у аборигенов Новой Гвинеи в гетерозиготном состоянии. Исследователи решили проверить, защищает ли «мутация аборигенов» от прионных болезней по такому же принципу, как и «общечеловеческая» — в позиции 129 [8, 9].

Для этого ученые получили мышей, у которых ген мышиного прионного белка был заменен человеческим. При этом мышиных линий было несколько, и все они несли разные сочетания аллелей — в 127-й («аборигенская») и в 129-й («общемировая») позициях PrP могли быть как обычные аминокислоты, так и варианты, возникающие из-за мутаций. Таких мышей ученые заражали самыми разными прионами и смотрели, какая комбинация генетических вариантов даст лучшую защиту от прионных болезней.

Оказалось, что «аборигенская» мутация эффективнее «общемировой»: если у мыши была хотя бы одна копия аллеля с «аборигенской» мутацией, это давало ей иммунитет к большинству прионных болезней. Даже если по 129-му положению у мыши была невыгодная комбинация аллелей (то есть они были одинаковыми), «аборигенская» мутация хорошо помогала. Но всё-таки не всегда.

С двумя недавно возникшими прионными штаммами (возбудителями особого варианта болезни Крейтцфельдта-Якоба), с которыми аборигены Новой Гвинеи никогда не сталкивались, единственная копия мутантного гена не справлялась. Бóльшая часть мышей, у которых замена G127V в PrP определялась одним мутантным аллелем, заболела. Интересно, что доля заболевших мышей одной и той же линии зависела от того, в каком соотношении нарабатывались у них стандартный и «аборигенский» варианты белка. Чем больше была доля последнего, тем меньший процент мышей заболевал. А двух копий прионного гена с мутантным 127-м кодоном оказалось достаточно, чтобы полностью защититься от всех использованных в эксперименте штаммов прионов. Это говорит о том, что «аборигенская» мутация работает не так, как «общемировая».

«Общемировая» мутация полезна только в единственной копии, тогда у ее носителя образуются два разных варианта белка, которые хуже образуют агрегаты. «Аборигенская» же мутация работает даже лучше, если присутствует в двух аллелях. Получается, механизм ее действия основан не на том, что двум разным формам белка труднее слипаться. Скорее всего, «аборигенская» мутация затрудняет переход PrP в «заразное» состояние, и цепная реакция изменения конформации не запускается. Осталось только понять, почему единственная аминокислотная замена мешает прионному белку приобрести конформацию, склонную к агрегации.

Правда, как применить это знание на практике, пока не понятно. Разве что спроектировать для наших домашних животных белки, устойчивые к переходу в «заразное» состояние, и получить генетически модифицированные породы, защищенные от прионных болезней.

7.Mead S., Whitfield J., Poulter M., Shah P., Uphill J., Campbell T. et al. (2009). A novel protective prion protein variant that colocalizes with kuru exposure. N. Engl. J. Med. 361, 2056-2065;
8.Asante E.A., Smidak M., Grimshaw A., Houghton R., Tomlinson A., Jeelani A. et al. (2015). A naturally occurring variant of the human prion protein completely prevents prion disease. Nature. 522, 478-481;
9.Telling G. (2015). Neurodegeneration: Evolved protection against human prions. Nature. 522, 423-424;

Потреблённый на обед, каннибалу мстит сосед:
По вербовке чемпионы, поражают мозг прионы.
Но иным аборигенам повезло с мутантным геном —
Не берёт их человечий, и коровий, и овечий, и любой другой прион.
А герой... один кодон.

[незлой]

а паразитический мем это отрицание обоснованных фактов.

Так и не понятно в чем факт то? Количество генов не соответствует чей то чуйке?

к спору о "необходимом количестве генов": в программировании есть такое понятие, как "процедурная генерация": это когда вместо хранения данных об объекте пишется код, генерирующий эти данные,  результат обычно занимает гораздо меньше места.

[незлой]

По - моему от темы ушли очень далеко. Я бы сказал невероятно далеко

хомский считал ( и пытался обосновать, если не ошибаюсь -- довольно убедительно), что "чувство языка" у хомосапсапа -- врождённое.

[незлой]

...На этом я остановлюсь, но на самом деле еще много интересного. Подведу итог. Даже важно не то, что поменялось. Да, поменялся на взгляд на эту систему, она из стабильной, правильной, структурно-функциональной стала постоянно формирующейся, очень динамичной. Ощущение хаоса, конечно, возникает и надо себя в голове переломать и заставить по-другому думать, чтобы в этих терминах искать новые ответы. Но есть и плюс - появилась возможность объяснять какие-то абсурдные явления, которые раньше списывали, говорили, что это ошибка, это неважно, не нужно этим заниматься. Этим сейчас можно заниматься и это интересно. История только началась, все началось фактически в 2000 году, мы в 2012, еще далеко не все осознали и поняли азы, все самое интересное впереди и эта история явно еще не на пике, она будет развиваться.

красавец.
какая там упорядоченность: клубок обратных связей перепутанный.

както так (только помноженное на тысячу)

http://www.youtube.com/watch?v=-QPIZND4o-4

[незлой]

хомский считал ( и пытался обосновать, если не ошибаюсь -- довольно убедительно), что "чувство языка" у хомосапсапа -- врождённое.

..насколько понимаю -- примерно как базовые трели, из которых состоят [уже более сложные и наследуемые негенетически] рисунки "песен" певчих птиц.
причём существование маугли, например, этому не противоречит: чувство языка необходимо при коммуникации, при отсутствии оной оно просто атрофируется за ненагруженностью.
то, что по результатам у нас в голове практически постоянно крутиться "внутренний диалог" (т.е. процесс коммуникации с "самим собой" - собственно, "ум") - факт уже производный от.

[Nucleosome]

результат обычно занимает гораздо меньше места.

ну смотря какой объект и до какой полноты его описывать. ну и параметры тоже могут быть комбинациями некого набора исходных. но исходные-то всё равно нужны. а их мало.

А герой... один кодон.

хм... интересно, а вот нет ли какого прионы который специлизировался на таких вот модифицированных белках?..

[pppppppo_98]

а паразитический мем это отрицание обоснованных фактов.

Так и не понятно в чем факт то? Количество генов не соответствует чей то чуйке?

к спору о "необходимом количестве генов": в программировании есть такое понятие, как "процедурная генерация": это когда вместо хранения данных об объекте пишется код, генерирующий эти данные,  результат обычно занимает гораздо меньше места.

Концепцию алгоритмической сложности Чайтина изучать не приходилось..А то наверное бы знали, что процедурные генерация ака построение машины Тьюринга способную сгенерировать заданную последовательность выполняется с нулевой вероятностью... Правильно выражаясь множество меры 0 в пространстве последовательностей....то есть возможность процедурной генерации это характерная особенность последовательностей малой сложности.... Близкая к этой задача- задача сжатия последовательности...что-то как не пытались куча биоинформатиков, никто не смог прилично сжать без потерь информации  никакой геном...

[pppppppo_98]

результат обычно занимает гораздо меньше места.

ну смотря какой объект и до какой полноты его описывать. ну и параметры тоже могут быть комбинациями некого набора исходных. но исходные-то всё равно нужны. а их мало.

А герой... один кодон.

хм... интересно, а вот нет ли какого прионы который специлизировался на таких вот модифицированных белках?..

Из рассмотрения чайтина по сжатию последовательностей как раз и вытекает сложность...то есть длина описания алгоритма, по которой можно создать данную последовательность... Рассмотрение случайных последовательностей показывает что сжатие у всех за исключением множества меры 0 последовательностей равно1- то есть простейшая программа печатают дач эту строку есть принт "строка"....Все это естественно для случайно выбранной строки... Встаёт вопрос а что для того множества меры 0...да та существуют алгоритмы, но для написания такого кода нужно знать алгоритм....а как по выбранной строке проверит является ли она алгоритмической или из основной чати массива неведомо для этого нужно запускать по очереди все машины Тьюринга и проверять совпадает ли строка с заданной, а это даже теоретически невозможно ибо остановка машины Тьюринга алгоритмически неразрешимо- так называемая задача усердного бобра...так что мы в без просветном положении при - идёт поиск наощупь атома анобтаниума в видимой части вселенной... Только на квантовую симуляцию уповаю, если мы все таки когда нибудь сможем эту технологию осилить....

[Nucleosome]

Но то что вирусы обычно выделяют токсины факт, хотя им вроде бы удобнее их не вырабатывать.

ну когда они внутри клетки - могут чего и принести чтобы она синтезировала.

могли бы существовать несколько различных по геному митохондрий, но это вероятно не так.

такое бывает. потому и к деревьям, где ветви разделены только митохондриальными генами нужно относится осторожно. но хотя шансы малы - чуть-чуть вглубь митохондриальных поколений и останется только одна общая прародительница в общем случае, как и в случае с организмами вообще: чтобы одна линия не выреснила прочие нужны какие-то веские причины почему их две (то есть в данном случае разделение функций) просто засечь это не так просто - ведь при выделении ДНК секвенируется наиболее распространённый её вариант.

[незлой]

ну смотря какой объект и до какой полноты его описывать.

обычно -- чем сложнее объект, тем больший выигрыш в занимаемом месте.
тут единственный вопрос -- алгоритмизируется ли процесс построения (роста), например, человека? кмк -- вполне

[незлой]

то есть возможность процедурной генерации это характерная особенность последовательностей малой сложности..

а какова сложность уже упомянутых в теме выше фракталов?
например?

[незлой]

Близкая к этой задача- задача сжатия последовательности

для построения организма нужен не чертёж этого организма, а инструкция по его построению.
хотябы даже потому, что чертежи там читать просто некому.

[Nucleosome]

хотябы даже потому, что чертежи там читать просто некому.

а инструкция для кого тогда? чертёж вообще нужен цитоплазме зиготы - она и будет им пользоваться.

обычно -- чем сложнее объект, тем больший выигрыш в занимаемом месте.

просто сложные объекты нередко избыточно сложны. и содержат много компонент которые по сути комбинация других - собственно фракталы на этом построенны. насчёт генома ничего такого не известно. дублированные гены и другие элементы есть конечно, но оценки значимой части генома их не включают.

[незлой]

а инструкция для кого тогда?

дык инструкции выполнять как раз мозгов не нужно: автоматы могут быть очень простыми.

но оценки значимой части генома их не включают

а как эти оценки проводились, кстати? как известно, какой ген используется, а какой -- нет?
без подвоха спрашиваю -- правда интересно

[Nucleosome]

как известно, какой ген используется, а какой -- нет?

псевдогены... то есть гены которые похожие на нормлаьные - ну то есть по которым известны их продукты, но у них то ли есть какие мутации, что белок не функциональный, или промотер дефектный и РНК слишком мало и т. д.

инструкции выполнять как раз мозгов не нужно: автоматы могут быть очень простыми.

смотря какие инструкции... если это к примеру полиции судьям какой приговор выписать то да, а вот сварганить такую штуку как новая клетка и чуть другая по отношению к материнской, то тут уж надо постараться явно - чуть сбой и всё... не даром же большая половина эмбрионов дохнет как раз тогда, когда надо делать разные клетки и в нужных местах, то есть гаструляция.

[pppppppo_98]

Одним принципом химические связи образуются электромагнитным... В качестве подробностей могу дать ссылку на книгу с описанием применений кэд  в молекулярных системах

Да вот только типы, энергии и сопряжения орбиталей в зависимости от условий синтеза и состояния вещества разные.
Ситуация в том что та же аэрозольная химия пока в зачаточном состоянии, коллоидная чуток по лучше.
Куда развиваться и чего исследовать непочатый край, поэтому непонятно унынье, что всё наука и технологии дальше развиваться не будут.
Методологии конечно буксуют.
Но даже если не удастся найти более адекватные философские принципы и алгоритмы для современного диапазона исследований, то опытно, практически технологии будут пусть и в слепую как в средневековье накапливаться. 

Уверяют вас все одинаково

то есть возможность процедурной генерации это характерная особенность последовательностей малой сложности..

а какова сложность уже упомянутых в теме выше фракталов?
например?

Если существует программа, в пол килобайта способная генерировать этот фрактал, то сложность его пол килобайта...

[pppppppo_98]

Близкая к этой задача- задача сжатия последовательности

для построения организма нужен не чертёж этого организма, а инструкция по его построению.
хотябы даже потому, что чертежи там читать просто некому.

Инструкция и есть алгоритм.... Сложность описания этого алгоритма сжатия но некоторой универсальной машине Тьюринга плюс сама сжатая последовательность и есть кого ритмическая сложность задачи..с живой клеткой таки все сложнее, ибо часть информации как я уже говорил мы не знаем, она находится в среде  условно говоря это и описание самого алгоритма сжатия, а сама ДНК сжатая последовательность

[незлой]

Если существует программа, в пол килобайта способная генерировать этот фрактал, то сложность его пол килобайта...

ну, значит наша собственная сложность на данный момент оценивается в пару-тройку десятков тысяч генов

Сложность описания этого алгоритма сжатия но некоторой универсальной машине Тьюринга

да с чего вы вообще взяли, что решается именно проблема сжатия?
что сжимать, откуда данные?

[pppppppo_98]

Если существует программа, в пол килобайта способная генерировать этот фрактал, то сложность его пол килобайта...

ну, значит наша собственная сложность на данный момент оценивается в пару-тройку десятков тысяч генов

опять двадцать пять...а альтернативой сплайсинг, а регулирование экспансии генов...Это всерегулируетс в самой среде окоужающей геном, то есть часть информации изначально находится не в геноме а в среде и во время репликации реплики рвётся не только геном, но и окружающаесть создаются условия в которых возможно само согласованное воспроизведение программы записанной в геноме

Сложность описания этого алгоритма сжатия но некоторой универсальной машине Тьюринга

да с чего вы вообще взяли, что решается именно проблема сжатия?
что сжимать, откуда данные?

Да ничего я не решил...этносы с непонятно почему начали рассматривать регулярные фракталы как сложные объекты, способные быть аналогом сложности объектов клетки...я же утверждаю, что это далеко и далеко не так клетка сложнее, в чем можно убедиться просто на просто скачка геном, и попробовав его просто непросто сжать каким нибудь известным алгоритмом...получившаяся длина этот оценка сверху  информации хранящейся в геноме...подчеркну ещё раз-это не вся информация, находящаяся в функционирующей клетке.

[гравицап]

Для начала надо бы попробовать на готовом геноматериале... внедрить в геном человека соответствующий фрагмент ткачика и дитя сызмальства станет строить удивительные гнезда. Или опять же. бобра.
Или хотя бы... ну скажем. кукушку заставить гнезда вить и птенцов высиживать...