Hur Gene Circuits lagrar information

Ett av cellbiologins stora pussel är hur information lagras, bearbetas och överförs från generation till generation på biokemisk nivå.

Den överlägset mest kända mekanismen är sekvensen av nukleotider i DNA. Men under de senaste åren har ett antal andra datalagringsmekanismer dykt upp, så kallade epigenetiska processer, och deras roll är under hård debatt. Till exempel verkar mönstret av metylgrupper kopplade till DNA vara ett viktigt datalagringssystem, liksom modifieringar av proteinerna som styr hur DNA förpackas.

Idag lade Georg Fritz vid universitetet i Köln och några kompisar fram en ny idé. De säger att ett enkelt nätverk av gener kan fungera som ett villkorat minne, som antingen lagrar eller ignorerar information när den blir tillsagd att göra det. Kretsen beter sig på samma sätt som en datalås i en elektronisk krets, d.v.s. den läser och lagrar en insignal endast när den är betingad att göra det av ett läskommando, säger gruppen.

Denna minneskrets är i huvudsak en modifierad version av den välkända genetiska vippströmbrytaren som består av två ömsesidigt undertryckande gener och kan existera i ett av två tillstånd. Skillnaden är att denna krets styrs av koncentrationen av ett annat protein. Vid höga koncentrationer är kretsen förberedd för att lagra data i form av ett annat protein. Vid låga koncentrationer ignorerar kretsen vad som händer. Det ger ett extra lager av kontroll över den enkla vippbrytaren.

Detta är en mycket enkel design som har potential att utföra komplex logik. Faktum är att Fritz och co fortsätter med att visa hur sådana switchar kan kombineras för att göra just det. Detta är sekventiell logik som är avgörande för ingångssignalernas historia (i motsats till kombinatorisk logik som endast beror på de nuvarande insignalerna).

Det är potentiellt mycket viktigt. Villkorat minne skulle sedan göra det möjligt för celler att manipulera information som samlats in under olika förhållanden vid olika tidpunkter, säger Fritz och co. Faktum är att exakt denna typ av beteende observeras i vissa typer av celler. Vi har tittat på ett exempel på uppenbarligen intelligent cellulärt beteende som har exakt denna egenskap.

Fritz och co fortsätter till och med att räkna ut egenskaperna som en villkorad minneskrets bör ha. Den ska kunna reagera på förändringar i miljön över en tidsskala på 30 minuter eller så och ändå kunna lagra information över många cellgenerationer.

Men här är rubbet: Fritz arbete är helt teoretiskt och det väcker en intressant och viktig fråga. Finns villkorade minneskretsar verkligen i verkliga genetiska nätverk? Ingen vet.

De kunde lätt och några ganska okomplicerade arbeten borde avslöja deras närvaro. Om de inte dyker upp blir det också intressant. Det kommer att betyda att naturen har hittat några avgörande brister i denna kretsdesign eller ett bättre sätt att lagra information.

Tid får leta.

Ref: arxiv.org/abs/q-bio/0701011 : Designa sekventiell transkriptionslogik: En enkel genetisk krets för villkorligt minne

Dölj