In che modo i circuiti genetici memorizzano le informazioni

Uno dei grandi enigmi della biologia cellulare è come le informazioni vengono archiviate, elaborate e trasmesse di generazione in generazione a livello biochimico.

Il meccanismo di gran lunga più famoso è la sequenza dei nucleotidi nel DNA. Tuttavia, negli ultimi anni sono emersi numerosi altri meccanismi di memorizzazione dei dati, i cosiddetti processi epigenetici, e il loro ruolo è oggetto di accesi dibattiti. Ad esempio, il modello dei gruppi metilici attaccati al DNA sembra essere un importante sistema di archiviazione dei dati, così come le modifiche alle proteine ​​che controllano il modo in cui il DNA è confezionato.

Oggi Georg Fritz dell'Università di Colonia e alcuni amici hanno presentato una nuova idea. Dicono che una semplice rete di geni può fungere da memoria condizionale, che memorizza o ignora le informazioni quando gli viene detto di farlo. Il circuito si comporta in modo simile a un latch di dati in un circuito elettronico, cioè legge e memorizza un segnale di ingresso solo quando condizionato a farlo da un comando di lettura, diciamo il gruppo.

Questo circuito di memoria è essenzialmente una versione modificata del noto interruttore genetico a levetta che consiste di due geni che si reprimono reciprocamente e può esistere in uno dei due stati. La differenza è che questo circuito è controllato dalla concentrazione di un'altra proteina. Ad alte concentrazioni, il circuito è predisposto per memorizzare i dati sotto forma di un'altra proteina. A basse concentrazioni, il circuito ignora cosa sta succedendo. Ciò offre un ulteriore livello di controllo sul semplice interruttore a levetta.

Questo è un design molto semplice che ha il potenziale per eseguire logiche complesse. In effetti, Fritz e co continuano a mostrare come tali interruttori possono combinarsi per fare proprio questo. Questa è una logica sequenziale che dipende in modo cruciale dalla storia dei segnali di ingresso (al contrario della logica combinatoria che dipende solo dai segnali di ingresso presenti).

Questo è potenzialmente molto importante. La memoria condizionale consentirebbe quindi alle cellule di manipolare le informazioni raccolte in condizioni diverse in momenti diversi, affermano Fritz e co. In effetti, proprio questo tipo di comportamento si osserva in alcuni tipi di cellule. Abbiamo esaminato un esempio di comportamento cellulare apparentemente intelligente che ha esattamente questa proprietà .

Fritz e co continuano persino a elaborare le proprietà che dovrebbe avere un circuito di memoria condizionale. Dovrebbe essere in grado di rispondere ai cambiamenti nell'ambiente in un lasso di tempo di circa 30 minuti e tuttavia essere in grado di memorizzare informazioni su molte generazioni di cellule.

Ma ecco il problema: il lavoro di Fritz è interamente teorico e questo solleva una domanda interessante e importante. Esistono davvero circuiti di memoria condizionale nelle reti genetiche reali? Nessuno sa.

Potrebbero facilmente e alcuni lavori abbastanza semplici dovrebbero rivelare la loro presenza. Se non si presentano, sarà interessante anche quello. Significherà che la natura ha trovato qualche difetto cruciale nella progettazione di questo circuito o un modo migliore di memorizzare le informazioni.

Il tempo cerca.

Rif: arxiv.org/abs/q-bio/0701011 : Progettazione della logica di trascrizione sequenziale: un semplice circuito genetico per la memoria condizionale

nascondere