Kopia kopii nierówna - to statystyka różnicuje komórki :: Artykuły / Polski Serwis Naukowy

Polecamy również:

Tajemnica kurczenia się populacji komara malarycznego

Naukowcy odkryli nowy mechanizm naprawy DNA komórek

Niebieska Karta - wyjaśnienie terminu; procedura "Niebieskie Karty"

Dofinansowanie polsko-wenezuelskich badań populacji jaguarów

W Kujawsko-Pomorskiem rusza odbudowa populacji kuropatw

Odkryte przez naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie nowe prawo statystyczne wyjaśnia, dlaczego sklonowany kot wygląda inaczej niż oryginał, a bliźniacy wcale nie są tacy sami. Prawo to wyjaśnia najprostszy mechanizm, dzięki któremu w rosnącej populacji identycznych genetycznie komórek tworzą się grupy wykonujące różne funkcje. W pewnych warunkach populacja namnażających się komórek spontanicznie dzieli się na dwie grupy o różnych funkcjach.

Odkryty, dzięki obliczeniom i symulacjom komputerowym, mechanizm może tłumaczyć jedno ze źródeł oporności bakterii na antybiotyki oraz wyjaśnić, dlaczego mimo tego samego zestawu genów bliźnięta jednojajowe i organizmy sklonowane nie są swoimi dokładnymi kopiami.

Artykuł opisujący odkrycie ukazał się w prestiżowym piśmie "Proceedings of the National Academy of Sciences".

Już w połowie ubiegłego wieku zauważono, że populacja bakterii Escherichia coli może podzielić się na dwie grupy, z których jedna wykazuje ekspresję genu, np. odpowiedzialnego za produkcję enzymu trawiącego określony rodzaj cukru, a w drugiej gen pozostaje nieczynny - choć wszystkie komórki miały to samo DNA i przebywały w tych samych warunkach. Co więcej, mimo braku zmian w zestawie genów, kolejne pokolenia dziedziczyły nowe funkcje.

Efekt ten jest znany, jako bimodalność populacji. Naukowcy z IChF PAN przeprowadzili obliczenia teoretyczne, a następnie sprawdzili je przy pomocy symulacji komputerowych metodą Monte Carlo. Odwzorowano w nich reakcje chemiczne zachodzące w komórce. Informacja genetyczna jest zawarta w DNA, jednak białka są syntetyzowane na podstawie sekwencji informacyjnego RNA (mRNA). Aby wyprodukować białko, trzeba informację przenieść z DNA na mRNA. Proces ten - transkrypcja - jest kontrolowany przez cząsteczki zwane czynnikami transkrypcyjnymi. Cząsteczki te po przyłączeniu do DNA mogą utrudniać odczyt genu (represory) lub go umożliwiać (aktywatory).

"Komórka to worek z cząsteczkami chemicznymi, poruszającymi się przypadkowo wskutek ruchów cieplnych. Po podziale w jednej komórce potomnej może być więcej czynników transkrypcyjnych niż w drugiej" - opisuje dr Anna Ochab-Marcinek z IChF PAN. Przy pomocy symulacji komputerowych badacze analizowali, jak niejednakowa ilość represorów czy aktywatorów wpływa na populację komórek.

Ponieważ liczba cząsteczek określonego typu w danej komórce jest stosunkowo mała, podczas podziałów dochodzi do niejednorodnego ich rozdziału pomiędzy komórki potomne. W czasie wzrostu populacji pojawiają się komórki produkujące znacznie więcej danego białka niż pozostałe lub nieprodukujące go wcale. Zależność między tempem produkcji danego białka a ilością represorów lub aktywatorów w komórce nie jest proporcjonalna. Efekt ten jest zwany nieliniowością. Naukowcy z IChF PAN pokazali, że z powodu nieliniowości w populacji formują się dwie wyraźne grupy: w jednej gen jest aktywny, w drugiej nie.

Podział populacji komórek na dwie grupy ma istotne znaczenie ewolucyjne. Zróżnicowanie zwiększa szansę przeżycia części populacji w przypadku wystąpienia w środowisku zmian niekorzystnych dla jednej z grup - tak jest na przykład z odpornością bakterii na leki.

Naukowcy zaproponowali także prostą konstrukcję geometryczną, przy pomocy, której można przewidzieć, kiedy w danej populacji komórek może dojść do zróżnicowania. Dzięki niej można wyjaśnić na przykład pojawianie się w populacji bimodalności tylko przy pewnych stężeniach antybiotyku.

"Ponieważ odkryty przez nas mechanizm jest najprostszy z możliwych, przypuszczamy, że jest on bardzo powszechny" - mówi dr Marcin Tabaka, współodkrywca zjawiska. Dr Ochab-Marcinek podsumowuje: "Odkryte przez nas prawo statystyczne opisuje, w jaki sposób losowy nieporządek we wnętrzu pojedynczych komórek przekształca się w uporządkowanie prowadzące do korzystnego dla przetrwania populacji różnicowania". PMW

PAP - Nauka w Polsce

krf/bsz

komentuj publikację

Czy wiesz że...?

wersja BETA

Dobór losowy w statystyce taki dobór elementów z populacji do próby statystycznej, w którym wszystkie elementy populacji (przedmiotów, regionów, ludzi, itp.) mają równe szanse (takie samo prawdopodobieństwo) dostania się do próby. pełny tekst

Normalizacja pojęcie odnoszące się do metodologii badań. Normalizacja to zabieg statystyczny polegający na ustaleniu zależności między wynikami uzyskanymi za pomocą danego narzędzia (np. testu, kwestionariusza) a wynikami średnimi w danej populacji (lub w interesującej badacza próbie). pełny tekst

Moduł "Czy wiesz że...?" (wersja testowa, beta): definicje/pojęcia wygenerowane w obrębie tego modułu pochodzą z Wikipedii i udostępniane są na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Dostęp do pełnej wersji każdego hasła (oraz dokładnch informacji na temat licencji, autora oraz edycji) możliwy jest po kliknięciu w odnośnik opisany jako "pełny tekst".