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¿El ADN tiene el equivalente de declaraciones IF, bucles WHILE o llamadas a funciones? ¿Qué tal GOTO?

¿El ADN tiene el equivalente de declaraciones IF, bucles WHILE o llamadas a funciones? ¿Qué tal GOTO?


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¿Tiene el ADN algo como declaraciones IF, GOTO-saltos o bucles WHILE?

En el desarrollo de software, estas construcciones tienen las siguientes funciones:

  • Sentencias IF: Una instrucción IF ejecuta el código en un bloque de código posterior si se cumple alguna condición específica.
  • Bucles MIENTRAS: El código en un bloque de código posterior se ejecuta tantas veces como se especifique, o siempre que se cumpla una condición específica.
  • Llamadas a funciones: El código omite temporalmente el bloque de código siguiente, ejecutando en su lugar algún otro bloque de código. Después de la ejecución del otro bloque de código, el código regresa (a veces con algún valor) y continúa la ejecución del bloque siguiente.
  • Declaraciones GOTO: El código pasa por alto el bloque de código siguiente, saltando directamente a otro bloque.

¿Hay construcciones similares a estas presentes en el ADN? En caso afirmativo, ¿cómo se implementan y cómo se llaman?


Ejemplos biológicos similares a declaraciones de programación:

  • SI: Activador transcripcional; cuando está presente, se transcribirá un gen. En general, no hay terminación de eventos a menos que la señal desaparezca; el programa termina solo con la muerte de la célula. Entonces elSILa declaración siempre es parte de un ciclo.
  • TIEMPO: Represor transcripcional; El gen se transcribirá hasta que el represor no esté presente.
  • No hay equivalentes defunciónllamadas. Todos los eventos ocurren en el mismo espacio y siempre existe la posibilidad de interferencia. Se puede argumentar que los orgánulos pueden actuar como un compartimento que puede tener unfuncióncomo propiedades, pero son muy complejas y no son solo una especie de dispositivos de entrada y salida.
  • IR Asiempre depende de una condición. Esto puede suceder en el caso de determinadas conexiones de red, como bucles de alimentación directa y vías ramificadas. Por ejemplo, si hay una vía de señalización como esta:
    A → B → C y hay otra conexión D → C entonces si de alguna manera D está activado afectará directamente C, haciendo A y B dispensable.

Las puertas lógicas se han construido utilizando circuitos biológicos sintéticos. Consulte esta revisión para obtener más información.


Nota

Los procesos biológicos moleculares no se pueden comparar directamente con un código de computadora. Es la lógica subyacente lo que es importante y no el enunciado en sí mismo y estos ejemplos no deben tomarse como analogías absolutas. También debe tenerse en cuenta que el ADN es solo un conjunto de instrucciones y no es realmente una entidad completamente funcional (es funcional hasta cierto punto). Sin embargo, incluso siendo solo un código, es comparable a un código HLL que debe compilarse para ejecutar sus funciones. Vea esta publicación también.

También es importante tener en cuenta que la celda, como muchos otros sistemas físicos, es de naturaleza analógica. Por lo tanto, en la mayoría de las situaciones no existe un valor 0/1 (binario) de las variables. Considere la expresión genética. Si está presente un activador transcripcional, el gen se transcribirá. Sin embargo, si sigue aumentando la concentración del activador, la expresión de ese gen aumentará hasta alcanzar un punto de saturación. Entonces no hay lógica digital aquí. Dicho esto, agregaría que el cambio de comportamiento es posible en los sistemas biológicos (incluida la expresión génica) y también se usa en muchos casos. Ciertos tipos de estructuras de redes reguladoras pueden dar lugar a esa dinámica. La cooperación con o sin retroalimentación positiva es uno de los mecanismos que pueden implementar el comportamiento de cambio. Para obtener más detalles, lea sobre ultrasensibilidad. Consulte también "¿Puede la genética molecular hacer una variable booleana a partir de una variable continua?"


Ciertamente, se podrían hacer algunas comparaciones entre la forma en que los genes se expresan a partir del ADN y las funciones lógicas, pero no son excelentes.

Pero la biología sintética es realmente un nuevo campo floreciente que está intentando integrar funciones lógicas en la biología, ver p. Siuti et al (2013).

El artículo anterior es un ejemplo brillante de un grupo que usa bacterias para almacenar información y ensamblar circuitos biológicos que luego pueden usarse para procesar funciones lógicas. Así que se está haciendo, pero no exactamente de la manera que propones.


El ADN no es análogo al código de computadora, lo que hace que su búsqueda de construcciones similares en él carezca de sentido. Para dar un par de ejemplos simples de por qué esto es:

  • El código de computadora tiene un orden secuencial de ejecución; El ADN actúa en paralelo y fuera de secuencia, no se "ejecuta".

  • El código de computadora tiene un significado estricto y consistente, por lo que la líneasi x == 4: x = 7siempre hace lo mismo; El ADN codificante se traduce en aminoácidos y son las complejas interacciones químicas entre estos ácidos las que dan a las proteínas su función, por lo que ningún fragmento de ADN codificante puede entenderse fuera de su proteína.

Los sistemas biológicos tienen algunas vías que operan de manera similar a las computadoras, pero debe buscarlas a nivel de proteína, no a nivel de ADN e, incluso entonces, debe tener mucho cuidado de que su analogía no afecte su comprensión de lo que realmente está sucediendo.


Solo para agregar a las respuestas anteriores, pero interferencia transcripcional (ver por ejemplo, Shearwin et al., 2005) puede verse como una forma de declaración IF (o WHILE) en el sentido de que:

si (x transcrito) {no y transcrito}

Sin embargo, la interferencia no tiene por qué ser binaria y son más comunes las respuestas graduadas. La interferencia transcripcional también puede tener lugar en la etapa de ARN (ver por ejemplo, Xue et al, 2014), usando ARN antisentido ya menudo proporciona un circuito de retroalimentación negativa, pero la interferencia luego se elimina del ADN y no representa un análogo de declaración IF directo en la etapa del ADN.

Para mí, GOTO tiene sentido principalmente para la ejecución de código secuencial, y este no es el caso del ADN (hay muchas transcripciones en paralelo todo el tiempo). De manera más general, la "ejecución" paralela del ADN junto con las interacciones continuas y los bucles de retroalimentación entre el ADN, las transcripciones y las proteínas (entre otras cosas) también significa que los procesos celulares son mucho menos claros y rastreables que el código de computadora, lo que significa que la computadora El código es una metáfora muy pobre de los procesos celulares y el funcionamiento del ADN.


Como dijo WYSIWYG, no hay equivalente para las llamadas a funciones, ya que siempre habrá alguna interferencia. Sin embargo, se podría argumentar que algunas vías modulares (por ejemplo, la señalización de apoptosis) pueden verse como un "bloque de código" donde una determinada entrada conducirá (casi) con certeza a un cierto efecto. La analogía con las llamadas a funciones es que, al describir muchos mecanismos diferentes, hace que un "código" más corto y eficiente considere todo entre, por ejemplo. activación de caspasa y fuga de citocromo como un bloque. Además, marcar una proteína con ubiquitina puede verse como una función llamada a la degradación.

Si está interesado en los bloques de construcción para la programación con biología, consulte el programa biobricks.org, que tiene como objetivo definir partes modulares (ladrillos) que pueden ser sensores, funciones lógicas, efectores, ...


Con respecto a las llamadas a funciones:

No hay equivalentes de llamadas a funciones. Todos los eventos ocurren en el mismo espacio y siempre existe la posibilidad de interferencia. Se puede argumentar que los orgánulos pueden actuar como un compartimento que puede tener una función similar a las propiedades, pero son muy complejos y no son solo una especie de dispositivos de entrada y salida.

y

Como dijo WYSIWYG, no hay equivalente para las llamadas a funciones, ya que siempre habrá alguna interferencia.

Creo que los receptores nucleares son excelentes ejemplos de llamadas a funciones. Se quedan en el citosol permitiendo que la programación normal funcione de manera normativa. Tras la activación con su ligando, se trasladan al núcleo para activar subrutinas de represión / activación génica y procesos posteriores posteriores.

De esta manera, se podría incluso argumentar que la mayoría de las interacciones de ligando iniciales que inician la señalización celular son llamadas de función.


Además de la excelente respuesta WYSIWYG, hay algunas construcciones similares a la programación en el nivel inferior:

  • LLAMADA A LA FUNCIÓN: reemplazar una sola subunidad dentro de una proteína compleja, ensamblada a partir de múltiples subunidades, cada una codificada por genes separados. Esto también puede verse como COMPOSICIÓN, otro concepto de programación.
  • IF: empalme alternativo, se puede incluir o no un fragmento de ADN (exón) en la transcripción que codifica la proteína final.