Question:
L'ADN indésirable pourrait-il être utilisé comme une machine de Turing par nature?
John Smith
2011-12-25 06:54:03 UTC
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De quelle manière l'ADN a-t-il été étudié pour voir s'il y avait un aspect "programmable"?

La nature a-t-elle produit quelque chose qui ressemble à une machine de Turing dans la cellule, utilisant peut-être «l'ADN indésirable» comme code? Je pense que le chemin de la nature serait probablement très rond et pas compact.

REMARQUE: Je ne parle pas de la construction d'ordinateurs à ADN, car cette question avait été récemment contournée pour devenir.

Quel inconvénient évolutif donnerait-il s'il n'encodait pour rien? (sans dire que non, je ne suis tout simplement pas fan des questions * "La nature a dû penser à xyz pendant toutes ces années" *)
La cellule entière est certainement assez capable de présenter toutes les fonctionnalités de l'ordinateur complet de Turing, il n'y a donc aucune raison d'utiliser l'ADNc pour cette tâche, en particulier lorsqu'elle fonctionne bien comme séparateur et réservoir de variabilité.
@nico S'il ne codait pas ou ne réglementait pas, ce serait des déchets que les cellules devraient traîner avec elles. Plus coûteux à reproduire et à entretenir, plus de coûts de matériau (simplement parce qu'il est plus long et nécessite plus de matériau pour se former), nécessite plus d'espace dans la cellule. Il existe * des * inconvénients évolutifs à avoir un grand génome, partiellement non fonctionnel.
@Konrad:, on pourrait cependant affirmer que notre corps est pratiquement efficace et dispose de nombreux mécanismes redondants. Cela dit, on sait que certaines mutations sur l'ADNc peuvent avoir des effets visibles, donc, comme je le disais, il peut avoir une fonction, et c'est probablement le cas, mais de là à dire qu'il encode pour une sorte de machine de Turing ...
La redondance @nico est requise pour un système à sécurité intégrée, elle offre un avantage évolutif direct. Et tandis que nos corps ne sont pas particulièrement efficaces dans de nombreux aspects qui ne peuvent être contrôlés par l’évolution (nerf laryngé…), la plupart des systèmes isolés sous contrôle évolutif ont été * hautement * optimisés. Par exemple, le renouvellement d'énergie d'une cellule eucaryote est d'un ordre de grandeur plus efficace que tout moteur ou générateur jamais créé par l'homme (conçu intelligemment).
@Konrad Rudolph: bien sûr, mais les cellules sont loin d'être efficaces à 100%. Un livre intéressant qui aborde le sujet de la façon dont notre cerveau est construit de manière inefficace, par exemple, est "L'esprit accidentel" de David J. Linden. Mais je m'écarte. Mon argument était seulement que «la nature a dû y penser dans 4 milliards d'années» n'est PAS une bonne excuse pour une question. Je ne disais PAS que l'ADNc est inutile.
[Peut-on considérer une cellule vivante (biologique) comme Turing Complete?] (Https://cs.stackexchange.com/questions/55426/can-one-consider-living-biological-cell-to-be-turing-complete)
Six réponses:
#1
+12
shigeta
2012-01-03 11:48:47 UTC
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Cette question est peut-être de savoir si les régions entre les gènes parfois appelées «ADN indésirable» ont une fonction.

Dans le génome humain, sur environ 5 milliards de bases , il y a quelque chose comme 20 à 30 000 gènes qui occupent peut-être des dizaines de millions de paires de bases, selon la façon dont vous les compte . 1% de tout l'ADN humain est le chiffre commun.

Il est parfois demandé comme si les biologistes pensaient généralement que cela n'avait aucune utilité, mais en fait c'est un sujet de recherche, et peu estiment qu'il n'a aucune fonction évolutionnaire ou biologique.

Certaines des utilisations les plus courantes de l'ADN intergénique chez les eucaryotes (les bactéries sont un sujet entièrement différent avec des réponses très différentes.

  • Régulation transcriptionnelle

En dehors des séquences codantes du gène, il peut y avoir un ensemble étendu de liaisons pour les protéines qui régulent le gène. Dans cet article de la figure 1, la célèbre séquence régulatrice de ENDO16 est peut être vue sur la figure 1. Comme vous pouvez le voir pour almoat 2000 bp, il existe de nombreux sites de liaison pour de nombreux types de promoteurs et de facteurs inhibiteurs, ainsi que des facteurs qui peuvent épisser le gène de diverses manières.

Si je me souviens bien, ENDO16 ne s'allume que pendant une brève période dans le développement de l'oursin et il est donc très étroitement contrôlé, ce qui signifie qu'il a beaucoup d'éléments de régulation en amont, contrôlant la transcription. C'est l'un des gènes les plus étudiés de manière exhaustive et le croient en avoir la plupart. D'autres gènes humains que j'ai vus en parcourant la littérature médicale ont vu 20k b sont nécessaires pour reproduire la régulation d'un gène. Pourtant, tout cela pourrait au mieux tripler la quantité d'ADN activement impliquée.

  • Centromères et télomères La physiologie des chromosomes a de grandes régions comme le mentionne Deniz sont nécessaires pour la reproduction cellulaire et pour le développement. Chez les animaux (comme les humains), les régions sont dépourvues de gènes transcrits et peuvent représenter 10 à 15% de la longueur du génome (je regarde cela à partir du navigateur de génome de l'UCSC sur chr21 - dans certains organismes comme la levure, le centromère ne peut être que quelques-uns cent paires de bases. Donc, de toute façon, nous allons quelque part maintenant!

  • Gènes non traduits. Il y a beaucoup de morceaux d'ADN qui peuvent être copiés dans l'ARN et ne fonctionnent pas comme des modèles pour les protéines. Certains disent qu'il y a beaucoup de ces trucs. L'opinion typique est qu'il y a quelques milliers de ces sortes de bêtes connues, et les humains en auraient actuellement environ 1 500. Un petit ajustement dans le nombre de gènes, mais ils sont là quand même.

  • Sites de liaison et d'organisation de la chromatine Bien que les centromères soient des endroits où la chromatine se lie, les différentes familles de protéines qui lient l'ADN et les enrouler dans des bobines enroulées organisées considérées comme des bobines de fil téléphonique pour former le nucléosome, ce qui en fait Les chromosomes ressemblent aux petits hommes de bâton que vous voyez dans les manuels. La chromatine peut bobiner à peu près n'importe quel type d'ADN, mais semble avoir une préférence pour les régions qui sont aux extrémités des gènes. Ils peuvent être modifiés par des enzymes (acylés, méthylés) pour moduler leur affinité pour certaines classes de séquence d'ADN. C'est un sujet de recherche brûlant. La capacité de l'ARN polymérase à trouver la transcription d'un gène n'est pas bonne si elle est enroulée sur la chromatine et bien que ce ne soit pas une liaison précise comme un facteur de transcription, la liaison et la régulation de la chromatine doivent être grandement affectées par les changements dans la distance entre les gènes et les séquences d'ADN qui entourent un gène pour des milliers de paires de bases, ce qui est l'une des principales différences entre les espèces.

De tous les systèmes biologiques (du moins que je connaisse), celui-ci représente la séquence d'ADN la plus volumineuse et est probablement aussi lié à la différence entre les différentes espèces que les facteurs de transcription et est presque certainement un système plus ancien de régulation génétique, si vous y pensez.

  • Les variations de nombre de copies et les régions répétitives juste une note d'accompagnement, mais des séquences de répétition petites et très longues peuvent apparaître dans les régions intergéniques ainsi qu'à l'intérieur d'une limite de gène pour expliquer certaines des différences entre les individus . ils peuvent être assez courts ou assez longs.

Espérons que cela vous aidera?

Pour être plus précis, environ 1,5% du génome humain codent l'ADN (Nature 409, 860-921 (15 février 2001))
wow - merci pour le vote de la prime. Je voudrais ajouter que la machine mathématique de Turing impliquerait d'utiliser l'ADN comme mémoire et des séquences à longue distance s'influençant mutuellement de manière systématique. la chromatine se comporte en quelque sorte comme ça, mais l'analogie est exagérée ...
Je viens de trouver ce joli article de blog avec des liens chauds sur «Junk DNA» et comment il est étudié récemment. http://phylogenomics.blogspot.com/2011/06/selfish-dna-symbionts-and-parasites.html
#2
+8
Deniz
2012-01-02 19:56:02 UTC
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Cela dépend de ce que vous entendez par "non codant".

Il y a des éléments structurels dans les télomères centromères d'& - bien que l'ADN ne code pas pour les protéines, il contribue à la structure tridimensionnelle de le chromosome.

L'ADN «non codant» peut également agir comme substrat de liaison pour de nombreuses protéines: facteurs de transcription, amplificateurs, protéines histones; et donc contrôler la régulation indirectement par ces intermédiaires.

Les régions promotrices en amont des régions transcrites / traduites sont les commutateurs / cadrans de contrôle combinatoire de notre génome et ont une importance réglementaire énorme.

L'ADN non codant agit également comme des répertoires d'ADN mobile éléments, qui permettent une évolution rapide / "plasticité" en copiant les exons d'&pasting autour (transductions L1) ou en les copiant dans les régions codantes & les interrompant.

Enfin, ils peuvent agir comme le bac à sable de l'évolution: les régions non codantes qui ne sont pas génétiquement liées à des régions fonctionnelles sont très susceptibles de ne pas souffrir d'une sélection purificatrice, elles peuvent donc agir comme des modèles d'évolution aléatoire - où le la grande majorité des mutations n'aura aucun impact positif ou négatif. Cela permet d'explorer de toutes nouvelles combinaisons, qui peuvent alors devenir de nouveaux exons / miARN / régions régulatrices ou être mélangées dans d'autres régions pour activer de nouvelles fonctionnalités.

Vous souhaiterez peut-être développer le point 'sandbox de l'évolution' =)
@Rory Bon point, fera l'affaire.
#3
+6
KAM
2012-01-02 19:05:15 UTC
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Par programmable, je suppose que vous entendez qu'il contient des informations ou peut être modifié en réponse à une entrée ou à un stimulus. La réponse est «non» pour les deux. Eh bien, en quelque sorte.

L'ADN non codant contient-il des informations? Par définition, non. Il y a probablement de nombreuses régions du génome qui semblent ne pas avoir d'informations, seulement plus tard pour contenir des introns, des éléments de régulation tels que des amplificateurs, des éléments de frontière, des MAR / SAR, des sites de ciblage, etc. Même des tests fonctionnels (comme la suppression du région) peut ne rien révéler parce que les effets peuvent être mineurs, ou seulement évidents dans des conditions spéciales. Mais sans doute, si vous supprimez une région et que cela a un effet sur l'organisme, alors ce n'est pas vraiment un ADN non codant, c'est juste que vous n'avez pas vu le codage avant.

Quant à ce dernier, peut il a changé, la réponse est à nouveau «non», ou du moins «apparemment non». Les régions intergéniques (ces segments d'ADN qui ne contiennent pas de régions transcrites évidentes ou caractérisées ou leurs éléments de contrôle) sont très stables entre les organismes et même entre les espèces. Ils semblent avoir un taux de mutation attendu pour ne pas avoir d'informations, et donc libres de muter lentement sans être balayés. Il n'y a aucune preuve (pour autant que je sache) qu'une région du génome ait été délibérément modifiée, à l'exception d'une poignée de gènes spécifiques dont la régulation est contrôlée par une entaille de l'ADN ou quelque chose du genre.

Peut-être que je Je manque votre question, étant biologiste et ne sachant pas vraiment ce qu'est une "machine de Turing". Si j'ai mal compris, veuillez clarifier.

Je n'ai pas de référence à donner pour le moment, mais les mutations dans les introns peuvent, par exemple, affecter l'épissage.
Nico, ce n'est pas nécessaire. Je suis bien conscient que les mutations dans les introns peuvent affecter l'épissage (ainsi que l'expression si le gène a des éléments amplificateurs introniques). Cependant, je parlais de mutations en dehors des régions transcrites. Une partie du problème avec la question est de deviner ce qu'il ou elle entend par «ADN non codant».
Bien sûr, le mien n'était qu'un exemple
L'ADN non codant @KAM contient des informations, il ne code tout simplement pas pour les séquences protéiques.
@Gergana Vandova, OK. Je suppose que c'est une différence de définition. Si vous définissez le «codage» comme des cadres de lecture ouverts, vous avez raison. Je considère que le «codage» contient des informations utiles. Dans l'ensemble, cependant, je pense que c'est un terme vague. J'en ai entendu certains décrire les ARNr comme codant, car ils codent pour des informations structurelles. C'est un argument sémantique.
@KAM Je pense que c'est la définition courante de l'ADN non codant. J'ai essayé de trouver une référence, mais je n'en ai trouvé aucune, sauf wikipedia et certains dictionnaires. Ce serait bien si les gens ne passent pas de temps à essayer de déduire ce que le demandeur voulait dire ...
#4
+6
peri4n
2012-01-04 15:55:24 UTC
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Je suis très surpris que personne n'ait mentionné le domaine de l'informatique ADN. C'est la preuve par Leonard Adleman et Richard Lipton que vous pouvez calculer avec des molécules d'ADN.

Dans l'article d'Adleman, ils présentent une expérience pour résoudre une instance du problème du voyageur de commerce. Parce que ce problème est dans NP, on peut dire que l'ADN est complet.

Article d'Adleman

Pour une compréhension plus approfondie, voir

-1: a) L'ADN peut être utilisé pour calculer, mais la cellule ne le fait pas naturellement. b) des séquences spécifiques d'ADN / ARN sont invitées à effectuer des calculs basés sur les acides nucléiques, qui ne sont pas nécessairement présents naturellement et / ou pas nécessairement dans l'ADNc. c) l'appareil nécessaire pour ce faire n'est pas seulement à base d'ADN, des enzymes spécifiques, ajoutées dans des séquences spécifiques sont nécessaires.
Je ne vois pas la phrase dans la question où vos restrictions sont mentionnées. Pouvez-vous m'aider?
désolé, je n'ai pas remarqué que quelqu'un a édité la question, je pensais toujours à la première version de celle-ci, donc mon commentaire ne s'applique plus vraiment. Cependant, le système ne me permet pas de supprimer le -1 maintenant, veuillez apporter quelques modifications à votre réponse afin que je puisse changer mon vote.
#5
+4
dsign
2012-01-03 23:51:22 UTC
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La nature s'est plutôt bien débrouillée dans le domaine du calcul formel. À tel point que nous essayons toujours de garder le rythme.

Quant à votre question, cela dépend de votre définition de «ADN non codant».

En général, l'ADN ainsi que les machines en charge de sa maintenance sont Turing-complets à plusieurs égards. Regardez, par exemple, l'existence d'éléments génétiques mobiles: certains d'entre eux sont des «sous-programmes» codant pour les transcriptases inverses qui à leur tour sont capables de reproduire le programme original. Je dois noter que pour faire cela avec un formalisme complet de Turing comme le lambda-calcul, eh bien, vous devez faire un programme assez long et compliqué: http://crpit.com/confpapers/CRPITV26Larkin.pdf. Et le calcul lambda est "plus facile" que les machines de Turing nues, ce qui signifie que vous pouvez écrire des programmes plus courts qu'avec des machines de Turing pour faire la même chose. Donc, mon argument (en quelque sorte spécieux) est que toute machine d'information du monde réel capable de s'auto-répliquer est avec une forte probabilité équivalente à une machine de Turing.

Il se trouve que la caractéristique essentielle des éléments génétiques mobiles est d'assurer leur survie, c'est probablement la raison pour laquelle nous n'avons pas trouvé un fragment d'ADN capable de faire quelque chose d'aussi intéressant que le calcul de la racine carrée.

Si vous faites référence à la partie de l'ADN qui ne peut rien faire du tout, eh bien, pour parler des machines de Turing et du calcul, vous avez besoin d'un moyen par lequel certaines "données" peuvent être "interprétées" comme un programme. Un morceau d'ADN totalement inerte ne remplit pas ce rôle, par définition.

Malheureusement, on peut montrer trivialement que l'auto-réplication n'est pas suffisante pour être Turing complet (imaginez le langage de programmation "Rep" qui a une seule commande, "rep", qui imprime "rep"; clairement ce langage permet d'écrire soi-même -répliquer des programmes et clairement ce n'est pas Turing complet).
@Rudolph: c'est ce que je voulais dire par «spécieux». Ce n'est donc pas une preuve formelle et vous devrez faire un peu plus de travail pour en avoir une. Cependant, cela me surprendrait qu'une machine plus complexe que tout ce que nous avons inventé (y compris nos ordinateurs bien-aimés) ne soit pas complète.
Le problème n’est pas que la preuve soit spécieuse, c’est que la preuve est impossible puisque l’affirmation est prouvée erronée. Je suis d'accord avec le point plus spécifique selon lequel les cellules en particulier sont complètes de Turing - mais toutes les machines d'information auto-réplicatives ne le sont pas.
@Rudolph: D'accord, mon erreur.
#6
+1
Alexander Galkin
2012-01-05 19:16:19 UTC
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Permettez-moi de répondre à votre question en la scindant en deux parties:

L'ADN peut-il être utilisé comme support programmable (= bande) pour la machine de Turing?

La réponse est OUI.

À partir de l'article de rupture de Shapiro et al. dans Nature, suivi d'un autre excellent article de Parker, il existe de nombreuses publications scientifiques sur la façon d'utiliser l'ADN pour l'informatique. Malheureusement, ces résultats ne sont toujours pas applicables pour les calculs classiques et les ordinateurs ADN ne remplaceront guère les ordinateurs normaux dans un avenir proche.

Un ADN indésirable peut-il fonctionner comme une machine de Turing?

Il existe un principe connu en informatique appelé "Junk In, Junk Out". Idem dans le cas de l'ADN - il existe un moyen d'utiliser l'ADN indésirable pour l'informatique, mais le résultat du calcul sera également pour la plupart indésirable: tant que nous ne savons pas à quoi sert cet ADN, et ce n'est pas le cas. semblent fonctionner comme une machine de Turing seule, il n'est guère possible d'obtenir quelque chose de raisonnable en exécutant cet ADN sur une machine turin ...

«Junk» a ici une signification spécifique. Et au fait, il est généralement écrit "Garbage in, garbage out"
Merci. Je suis conscient de ce que signifie «ADN indésirable», je voulais juste jouer un peu avec le mot pour clarifier mon propos.
Ma question n'était pas tellement d'utiliser une bande d'ADN à la place du papier pour une machine de turing. Ce n'est pas très intéressant. Je demande si la nature a déjà des machines de calcul dans une cellule, ce qui pourrait aider à expliquer une partie de l'ADN non codant
Oh je vois. J'ai alors mal compris votre question. Peut-être que vous essayez de le reformuler pour clarifier votre point, parce que d'autres répondants l'ont peut-être mal compris aussi.
Vous avez naturellement mal compris la question parce qu'un crétin a détourné ma question et l'a transformée en quelque chose de complètement différent. Si vous regardez les commentaires sous la question et les réponses les mieux notées, vous voyez qu'ils discutent de ma question initiale, pas de celle que vous avez vue. J'ai essayé de le modifier à ce que j'avais demandé.
En effet, j'ai remarqué le décalage entre la question et les commentaires, mais je pensais que c'était parce que la question avait été améliorée en réponse aux commentaires. Maintenant c'est beaucoup plus clair, merci pour vos efforts!


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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