¿Se puede considerar el ADN y el ARN como el lenguaje de programación de la naturaleza?

La frontera final de las Ciencias Biológicas podría considerarse comprender los efectos de la variación en el ADN (y el ARN).

Si después de la fertilización, el ADN del cigoto pudiera modificarse genéticamente para evitar complicaciones posteriores en la vida de ese ser humano, podría convertirse en la medicina definitiva.

Además, sabemos que (en humanos) solo el 2% del genoma codifica genes que se traducen en proteínas; ¿Se requiere el resto para la función?

¿Puede el ADN y el ARN considerarse el modelo definitivo de todos los organismos vivos?

Las respuestas a su pregunta principal (la parte en negrita al final) serán, en gran medida, "principalmente basadas en opiniones" (y especulativas). La relación entre el ADN/ARN y el funcionamiento del organismo también es un tema muy amplio. Creo que deberías intentar hacer varias preguntas específicas en su lugar.
¿Responderás a mi título como un sí o un no?
"...todos los demás campos de la biología se andan con rodeos" - tsss...
Literalmente solo estaba escribiendo una respuesta: / en mi opinión, no hay nada basado en opiniones sobre esto (aunque la pregunta podría formularse mejor): la biología molecular clásica dice que el ADN hace que el ARN produzca proteínas. Si bien esto es cierto, menos del 2% del genoma codifica proteínas, y el resto codifica regiones reguladoras y moléculas de ARN no codificantes (a menudo con funciones importantes propias). Entonces, aunque en algunos aspectos el ADN podría considerarse el "código" de los organismos, es mucho más complicado que esto: cada célula de un organismo tiene la misma genética pero diferentes fenotipos, así que claramente...
... hay más en juego que simplemente el ADN. Este campo de regulación y diferenciación se refiere a la epigenética , que son modificaciones del ADN que no cambian la secuencia genética y, hasta cierto punto, es heredable. Por lo tanto, es incorrecto decir que el ADN solo hace un organismo, y es incorrecto decir que otros campos de la biología simplemente se andan por las ramas: hay muchos más factores en juego que solo el código genético.
Hola, @a.aniq. Realicé algunas ediciones en su pregunta para darle una idea de cómo se podría estructurar una pregunta (es decir, eliminar cualquier cosa subjetiva: significado aclarado); pero todavía hay suposiciones masivas que hizo que he dejado en - si investiga un poco para aclarar su propio entendimiento y corroborar algunas de sus suposiciones con fuentes, esta pregunta puede calificar para reabrir y uno de nosotros puede proporcionarle una respuesta mucho más detallada :)
@Luke Querías responder esta pregunta; ¿Convertirías tus comentarios en una respuesta?
"¿Se puede considerar el ADN y el ARN como el lenguaje de programación de la naturaleza?" Sí. Es Turing completo.

Respuestas (1)

Esta pregunta no se puede responder con un simple sí/no, pero diría que la analogía de que el ADN es el "código" utilizado por las células es razonable, si se toma con otras consideraciones.

función del ADN

Cuando Watson y Crick describieron por primera vez la estructura del ADN (siendo una secuencia de doble cadena de los nucleótidos Adenina, Citosina , Guanina y Timina ) esto condujo a lo que se conoce como el Dogma Central de la Biología Molecular [ 1 ], que postula que el ADN hace que el ARN haga Proteína (figura de [ 2 ], tal como la produjo Watson originalmente).

http://sandwalk.blogspot.co.uk/2007/01/central-dogma-of-molecular-biology.html

Como usted señala correctamente, menos del 2% del genoma codifica proteínas, sin embargo, nuestra comprensión del resto del genoma se está multiplicando debido a proyectos como ENCODE [ 3 ], que están descubriendo no solo las regiones "reguladoras" que controlar la expresión de genes que codifican proteínas, pero también el descubrimiento de ARN no codificantes, muchos de los cuales no están caracterizados [ 4 ].

El punto de esta sección es aclarar que aunque solo el 2% del genoma codifica proteínas, es incorrecto decir que el resto es "basura" o no funcional. El dogma central descrito anteriormente es ahora un modelo obsoleto: ciertamente, algo de ADN produce ARN y produce proteínas, pero no todo; muchas moléculas de ARN son funcionales por derecho propio.

Se podría argumentar que las proteínas y las moléculas de ARN no codificantes son el producto de "guiones" en el ADN que ejecutan o ejecutan las células, aunque es poco probable que encuentre científicos genómicos hablando en estos términos.

Control epigenético

Donde la analogía se rompe es que todas* las células de un organismo tienen el mismo genoma, pero son muy diferentes entre sí. Estas diferencias se deben a procesos epigenéticos , que se describen como modificaciones no codificantes del ADN que afectan la expresión de las transcripciones. Una descripción básica se puede encontrar aquí [ 5 ].

Estas modificaciones vienen en varias formas e incluyen:

  1. metilación del ADN
    • la adición de un grupo metilo a los nucleótidos de citosina que pueden afectar la unión de factores de transcripción, etc.
  2. Modificaciones de histonas
    • El ADN es en realidad una estructura tridimensional y está envuelto alrededor de proteínas llamadas histonas, que se envuelven juntas para formar la cromatina y la estructura cromosómica característica.

La disponibilidad del ADN para los factores de transcripción depende completamente de estas modificaciones del ADN, que son específicas de los tipos de células individuales y evitan que las células de la retina, por ejemplo, expresen enzimas hepáticas. (Debajo de la figura de [ 6 ])

http://www.eusem.com/main/CH/epi

Visión general

En resumen, la genética y la secuencia de ADN ciertamente pueden considerarse como el modelo de un organismo; los cambios en esta secuencia pueden afectar profundamente el fenotipo; sin embargo, es demasiado simplista imaginar que la secuencia por sí sola proporciona toda la información necesaria.

No solo hay muchas moléculas no codificantes esenciales para el funcionamiento de las células, sino que existe un control exquisito sobre la expresión mediante modificaciones del ADN que no afectan la secuencia de nucleótidos y son esenciales para la diferenciación celular.

El proyecto ENCODE (Enciclopedia de los elementos del ADN) [ 7 ] está avanzando en la interpretación de los elementos no codificantes de proteínas del ADN, pero aún queda mucho camino por recorrer.

* no todos, por ejemplo, las células B tienen una región hipervariable para enriquecer los anticuerpos para la variación [ 8 ]

  1. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Class/MLACourse/Modules/MolBioReview/central_dogma.html
  2. http://sandwalk.blogspot.co.uk/2007/01/central-dogma-of-molecular-biology.html
  3. Consorcio del proyecto ENCODE, “El proyecto ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements)”, Science, vol. 306, págs. 636–640, 2004. PMID: 15499007
  4. http://www.nature.com/encode/threads/non-coding-rna-characterization
  5. http://www.whatisepigenetics.com/fundamentals/
  6. http://www.eusem.com/main/CH/epi
  7. http://www.genome.gov/encode/
  8. http://www.anaptysbio.com/technology/somatic-hypermutation/
Una respuesta bastante completa :)
Esta es una excelente respuesta desde el punto de vista de la biología (lo cual es apropiado ya que este es un sitio de biología), pero tal vez se podría decir más desde la perspectiva de CS. En particular, creo que es importante distinguir entre los mecanismos de autorregulación del ADN (por ejemplo, las cajas TATA) y los lenguajes de codificación totalmente completos de Turing. Hay una fuerte distinción, creo, entre los mecanismos epigenéticos necesarios dentro de los organismos y las capacidades de hardware utilizadas para ejecutar el código de computadora, y esto es probablemente más claro una vez que se reconoce que el ADN es muy diferente a los lenguajes de computadora completos de Turing.
Estuve algo ocupado todos estos días, y ni siquiera imaginé que esta pregunta mía tendría una respuesta tan elaborada. Gracias por responder a mi pregunta.
¿Se puede considerar el ADN y el ARN como el lenguaje de programación de la naturaleza?
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