Кодирование 3D структуры в ДНК

[Kondrakr]

Уже в этой сверхупрощенке намечается хаотически невообразимая сложность "точности попаданий" случайных стечений обстоятельств. А это означает, что будь в геноме закодирован план строения - он не сработает, потому что придется принимать невероятно большое число оперативных решений.

Спасибо Вам за участие в беседе, я, наконец, получил действительно научный аргумент против наличия в геноме единичной клетки "чертежа" (чего, кстати, и не декларировал). Как я понял, общая композиция оганизма всё же кодируется hex-генами. А дифференциация тканей? И главное - как всё же лимитируются границы роста при морфогенезе, так, что получается не фрактал, ограниченный физическими условиями, а система органов? И интересно, как получается "самоорганизация" врождённых инстинктов?

[василий андреевич]

  Тут такое дело, что даже самый смелый и продвинутый эмбриолог не возьмется объяснять общие принципы и движущие силы морфогенеза. Но правилом (законом) фон Бэра воспользоваться предложит. В общей фразе: "чем более ранние стадии индивидуального развития сравниваются, тем больше сходства удается обнаружить". В переводе на стройку небоскреба это будет звучать, как обязательность постройки шалаша, который проходит ряд обязательных консервативных стадий трансформации. И если частичные отклонения внутри стадий допустимы и исправимы, то отклонение в "узле" на ранних стадиях оказываются фатальными.
  Идея Нох-генов, как осуществляющих разметку, весьма удобна, ибо позволяет развить ее в принцип "геномного старения", когда срок работы предопределен всеобщим вторым принципом, тогда условная смерть этого гена приводит к рождению следующего ключевого гена, отвечающего за разметку следующего этапа. Во всяком случае, на дрозофилах показано, что перенесение "ключевых генов", например, глаза на зачаток лапки, провоцирует рост глаза на лапке. Более сложное вмешательство, допустим, с активацией соответствующего гена глаза в клетке на лапке имело бы, скорее всего, тот же результат.

  То, что мне случайно удается прочесть - все больше ведет к тому, что предпочтение отдается идее многостадийного развития морфогенетического поля. А где поле, там статистика. Статистические же распределения - это уже "игры" с взаимодействующими ансамблями частиц-волн.
  Понятие взаимодействия тянет за собой "механику" обмена кодированными сигналами, и, следовательно, "самоорганизацию" нервных каналов, причем так, что закладка каналов не предопределена, а налаживается как сборка и разборка между возникающими разностями потенциалов. Остаются "навсегда" только самые ранние каналы, но чем позже канал заложен, тем с большей легкостью он модифицируется. Отсюда появляется идея, что инстинкты - это совокупность частично обесцененных рефлексов.

[Лаплас]

Как я понял, общая композиция оганизма всё же кодируется hex-генами. А дифференциация тканей?

Всё в организме кодируется генами — по принципам, описанным в ссылках. Из которых в том числе следует, что между генами и будущим организмом есть «прокладка» в виде реакций типа Белоусова — Жаботинского (стр. 8, рис 1, а), суть которых — разметка внутренней среды организма, в соответствии с которой происходит дифференцировка клеток. Задать посредством неё большую строгость или хаотичность формирующегося органа, полагаю, не сложно:

При определенных условиях эти системы могут демонстрировать очень сложные формы поведения от регулярных периодических до хаотических колебаний ...

Реакция Белоусова — Жаботинского. Википедия.

[Alexeyy]

Кстати, Вы, случайно не встречали графики динамики (или численные данные) каких-нибудь конкретных характеристик реакции? Особенно, какие-нибудь экзотические варианты...

[Kondrakr]

з которых в том числе следует, что между генами и будущим организмом есть «прокладка» в виде реакций типа Белоусова — Жаботинского

Я понимаю, что Вы энтузиаст этой концепции, но если почитать, что об этом пишут западные биологи в свежих публикациях, выглядит так, что они допускают существенное значение подобных реакций для КВАЗИ-упорядоченных структур, таких, как пигментация пятен и полос у животных.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4360114/

Мне трудно представить, что такая, по Вашим словам "общепринятая" концепция настолько мало освещена в англоязычной профильной академической литературе, будучи действительно общепринятой. 

[Лаплас]

Кстати, Вы, случайно не встречали графики динамики (или численные данные) каких-нибудь конкретных характеристик реакции? Особенно, какие-нибудь экзотические варианты...

Нет, ничего не известно.

Я понимаю, что Вы энтузиаст этой концепции, но если почитать, что об этом пишут западные биологи в свежих публикациях, выглядит так, что они допускают существенное значение подобных реакций для КВАЗИ-упорядоченных структур, таких, как пигментация пятен и полос у животных.

Ранее я приводил ссылку на статью о формировании пальцев.

Внутрь формирующегося организма так просто не заглянешь, поэтому и приходится смотреть по вершкам. А связь морфогенеза с неравновесной средой и бифуркациями вообще суть дело труба.

В сложных системах невозможно точно предсказать влияние факторов окружающей среды. В организме оно (так же как и влияние стохастических факторов) начинается in utero и продолжаются на протяжении всей жизни индивидуума. Наконец, сложные системы, как целое, не поддаются компьютерной симуляции.
...

1. Нельзя на основании свойств признака установить его причины (обратная задача). 2. Нельзя на основании известных причин, если они взаимодействуют между собой, установить однозначно свойства признака, вследствие возникающих свойств (прямая задача). 3. Нельзя с определенностью предсказать реакцию сложной системы на внешнее воздействие.

Нерешаемые проблемы биологии: нельзя создать два одинаковых организма, нельзя победить рак, нельзя картировать организм на геном - Е. Д. Свердлов, академик РАН, профессор, научный руководитель Института молекулярной генетики РАН, заведующий лабораторией структуры и функций генов человека Института биоорганической химии РАН.

[Kondrakr]

1. Нельзя на основании свойств признака установить его причины (обратная задача). 2. Нельзя на основании известных причин, если они взаимодействуют между собой, установить однозначно свойства признака, вследствие возникающих свойств (прямая задача). 3. Нельзя с определенностью предсказать реакцию сложной системы на внешнее воздействие.

Тут принципиально важны уточняющие оговорки "однозначно" и "с определённостью". Если постулировать существование генетической "программы" построения организма, корректирующей морфогенез (и вообще онтогенез) в зависимости от ответов среды, то, да, появляется существенный элемент вариативности итога реализации программы. Но если убрать из высказываний оговорки, они будут просто ложными. На основании известных причин, даже если они взаимодействуют между собой, МОЖНО установить В ОБЩИХ ЧЕРТАХ свойства порождаемого ими признака (если говорить конкретно об эмбриогенезе).  Можно с достаточной надёжностью предсказать реакцию сложной системы на внешнее воздействие, если это стабильная система с изученными свойствами (на этом строятся все фальсифицируемые элементы современных представлений об эволюции).

[Питер]

Чуть-чуть     об  однозначности  и  не   однозначности в  процессах   развития  у  очень  маленькой  и  очень  простой по  сравнению с  нами   нематоды
1.
Wnt Signaling Polarizes C. elegans Asymmetric Cell Divisions During Development.
Lam AK, Phillips BT.
Results Probl Cell Differ. 2017;61:83-114. doi: 10.1007/978-3-319-53150-2_4.
PMID: 28409301 Free PMC article. Review.
2.
TOR Signaling in Caenorhabditis elegans Development, Metabolism, and Aging.
Blackwell TK, Sewell AK, Wu Z, Han M.
Genetics. 2019 Oct;213(2):329-360. doi: 10.1534/genetics.119.302504.
PMID: 31594908 Free PMC article. Review.
3.
G Proteins and GPCRs in C. elegans Development: A Story of Mutual Infidelity.
Matúš D, Prömel S.
J Dev Biol. 2018 Nov 25;6(4):28. doi: 10.3390/jdb6040028.
PMID: 30477278 Free PMC article. Review.
4.
Axin Family of Scaffolding Proteins in Development: Lessons from C. elegans.
Mallick A, Taylor SKB, Ranawade A, Gupta BP.
J Dev Biol. 2019 Oct 15;7(4):20. doi: 10.3390/jdb7040020.
PMID: 31618970 Free PMC article. Review.
5.
C. elegans Embryonic Morphogenesis.
Vuong-Brender TT, Yang X, Labouesse M.
Curr Top Dev Biol. 2016;116:597-616. doi: 10.1016/bs.ctdb.2015.11.012. Epub 2016 Feb 1.
PMID: 26970644 Review.
6.
Biology of the Caenorhabditis elegans Germline Stem Cell System.
Hubbard EJA, Schedl T.
Genetics. 2019 Dec;213(4):1145-1188. doi: 10.1534/genetics.119.300238.
PMID: 31796552 Free PMC article. Review.
7.
Developmental Plasticity and Cellular Reprogramming in Caenorhabditis elegans.
Rothman J, Jarriault S.
Genetics. 2019 Nov;213(3):723-757. doi: 10.1534/genetics.119.302333.
PMID: 31685551 Free PMC article. Review.
8.
The SUMO system in Caenorhabditis elegans development.
Broday L.
Int J Dev Biol. 2017;61(3-4-5):159-164. doi: 10.1387/ijdb.160388LB.
PMID: 28621413 Review.
9.
C. elegans Vulva Induction: An In Vivo Model to Study Epidermal Growth Factor Receptor Signaling and Trafficking.
Gauthier K, Rocheleau CE.
Methods Mol Biol. 2017;1652:43-61. doi: 10.1007/978-1-4939-7219-7_3.
PMID: 28791633 Review.

[василий андреевич]

  Как только мы обзовем синтез на матрице способом передачи информации, то попадаем в плен логической догмы - химия становится информатикой.
  Пусть рнк - матрица с "шершавой поверхностью", выступы которой активируются, как силы притяжения, в присутствии сторонних (-О-Н) "шершавостей". Это означает, полипептид расположится вдоль матрицы ориентированным образом, с выставленными по оси активированными водородными окончаниями. Остается ждать, когда к сложившейся конфигурации подойдет тот единственный пептид с подходящими пазлами. Произойдет "квантовое туннелирование" отрицательной энергии от связи рнк-полипетид к связям полипептид-пептид.
  И скажите мне на милость, зачем называть этот элементарный процесс информационным? Соглашусь, что такой словесный шаблон удобнее - он меньше пугает. Но далее идет эффект бумеранга. Вместо того, что бы "на пальцах" прикинуть вероятность попадания синтезированного белка в мембрану однозначно ориентированным образом, мы вводим управляющие Силы из воображаемого Центра.
  И чем дальше, тем больше садимся в лужу в своем стремлении вытянуть себя из нее за волосы.

[Питер]

Василий   Андреевич,    а  можно     то  же  самое  в   реальности  работы   рибосомы  ?   Не  так  на  мРНК   идет  синтез.   
И   обратите   внимание   -     у  авторов  термина mRNA  нет    информации.  Она  появляется  в  русском  переводе   ...

[василий андреевич]

а  можно     то  же  самое  в   реальности  работы   рибосомы  ?

Нет. И Вы знаете, что у меня лень превысит потребность получить второе университетское образование.
  Я не против того, что бы геном обозвать клавиатурой вселенского органа, при указании на органиста.

  Если органист - тепловой шум с квантовыми неоднородностями, то в триаду репликация-транскрипция-трансляция придется добавлять "неизвестные обратные" процессы. Термином "информация" при этом очень удобно прикрыться, дескать, это именно ее Природно-уникальная способность накапливаться на непонятных носителях. И уже хип-хопом ДНК оказывается таковым накопителем, раздающем через коды указания.
  Синтез малых "аминов" на больших (матричных) принципиально объясним (пусть в деталях я не прав). Диссипация в цитоплазме - это работа по производству как малых аминов, так и того загадочного "поля", которое мы высокоштильно называем сознанием. Свойство такого "сознания" - это аттрактор (в обиходе - ниша). Ниша для функционирования генома.
  Типа философически, получаем, замкнутый процесс, отсеивающий (отбирающий) только те флуктуации из теплового шума, с которыми резонирует замкнутый процесс. В рамках квантовой механики это азы. В практике биологов - это подобие идей эпигенеза, которые вторгаются в теорию, как слон в посудную лавку.

  Расширяя, выходит, что какие бы ошибки не совершались геномом при единичной транскрипции, они все равно будут исправлены статистически. Встройка рнк между днк и белком лишь расширяет спектр сигналов из белого шума, которые могут быть использованы при морфогенезе. Но тогда верно и обратное - редкие "коротковолновые" сигналы из шума могут приводить к прямой трансляции белка на матрице ДНК.

  Теперь остается подытожить, что сам развивающийся эмбрион является породителем белого шума (как естественного хаоса) из которого "выталкиваются" низкоэнтропийные флуктуации, включающиеся в работу геномов, раскиданных в клетках по всем объему.

[Kondrakr]

Как с вами хорошо! Попробуем зайти с другой стороны. Формулировка "в ДНК клетки закодированы все алгоритмы, обеспечивающие наследуемость фенотипа образующегося из неё в процессе онтогенеза организма" корректна? Если нет, то как её нужно видоизменить?

[Alexeyy]

Кстати, Вы, случайно не встречали графики динамики (или численные данные) каких-нибудь конкретных характеристик реакции? Особенно, какие-нибудь экзотические варианты...

Нет, ничего не известно.

В смысле Вам неизвестно?

[Лаплас]

В смысле Вам неизвестно?

Да, я писал про себя.

[василий андреевич]

 

в ДНК клетки закодированы все алгоритмы, обеспечивающие наследуемость фенотип

Ну так о чем? Раз знаете, что так. Осталось тъфу - доказать.
  Вырезаем из днк ключевую протяженность - фенотип не состоялся, делаем вывод - вырезанный участок ответственен за признак. Хлопаем в ладошки - каждому типу строения соответствует свой участок днк.
  Если Вам нравится, то мне - нет.