Nieuws

21 nov 16: Persbericht: KNAW: genome editing vraagt om publiek debat en heldere regelgeving
18 nov 16: Volkswagen schrapt 30.000 banen door dieselschandaal en transitie naar elektrische auto
16 nov 16: 100.000e elektrische auto rijdt op de Nederlandse weg (AD)
10 nov 16: Is Erik Verlinde de nieuwe Einstein? Sterrenkundige Margot Brouwers resultaten wijzen er op dat Verlindes theorie klopt!
8 nov 16: Nederlander Erik Verlinde komt met baanbrekende theorie over zwaartekracht
8 nov 16: Chimpansees winden draderige algen als spaghetti om een stokje nrc
6 nov 16: The Origami Code. NPO 2 Zondag 6 nov 2016 19:15. Kijk de aflevering hier terug. Is zeer de moeite waard!

*) zie hier. [ Archief Actualiteiten ]

09 april 2012

DNA beoordeeld vanuit informatietheoretisch perspectief

Om de betrouwbaarheid van DNA als informatiedrager op een onafhankelijke manier te kunnen beoordelen gebruik ik de theorie van 'Error-Correcting Codes' zoals beschreven wordt door John MacCormick (2012) Nine Algorithms That Changed the Future: The Ingenious Ideas That Drive Today's Computers. We hebben het immers over DNA als informatiedrager en het onderzoeksveld informatica beschikt over een goed uitgewerkte mathematische theorie van informatie overdracht. Dus bij de informatica zijn we bij het juiste adres. Dat wil niet zeggen dat we informatietheorie blindelings kunnen toepassen op DNA. Maar we voorkomen in ieder geval dat we, zoals gebruikelijk, DNA opvatten als het beste middel van informatie overdracht dat de natuur ons te bieden heeft. Als DNA het enige informatie opslagmiddel is, hoe zouden we het dan met iets anders kunnen vergelijken?

De eerste en meest simpele methode om fouten in informatie overdracht te detecteren is domweg de informatie te herhalen. (Tussenhaakjes: een favoriet fragment uit een interview op tv van een man die letterlijk zei: "Ik zeg alles maar één keer. Ik zeg alles maar één keer. Ik zeg alles maar één keer.") MacCormick noemt dit 'the repetition trick' (p.62). Als je de hele boodschap tweemaal herhaalt is de kans klein dat ze allebei dezelfde fout bevatten. Maar je weet niet welke van de twee de foutloze is. Daarom moet je de boodschap drie maal of nog vaker herhalen en kijken welke het vaakst voorkomt. Dat zal de juiste zijn. Dit is natuurlijke een nogal kostbare en inefficiënte methode. Het verbazingwekkende is dat de natuur deze methode heeft toegepast: DNA is dubbelstrengs. De boodschap is in tweevoud aanwezig. We zouden niet zo gauw op dit idee komen, omdat we zo gewend zijn aan het feit dat DNA een geniale dubbele helix is. We zeggen dan: uiteraard is DNA dubbel omdat enkelstrengs DNA veel te instabiel en dus onbetrouwbaar is als opslagmedium. Maar dat is precies het punt. Het kan wel zijn dat dubbelstrengs DNA stabieler is, maar deze methode is 100% redundant en kost bovendien tweemaal zoveel aan bouwstenen die ook gesynthetiseerd moeten worden. Je kunt dus ook zeggen dat dubbelstrengs DNA een compensatie is voor een zwakheid in plaats van een genialiteit. De volledige informatie zat immers ook al in enkelstrengs DNA. Denk aan mRNA dat enkelstrengs is en de volledige informatie voor het eiwit bevat. Dus we hebben 100% herhaling van de informatie in dubbelstrengs-DNA.

In de informatietheorie is herhaling de simpelste methode. Maar die wordt eigenlijk niet gebruikt omdat die zo ontzettend verspillend is. Vooral als het om megabyte en gigabyte hoeveelheden gaat. Een bekend evolutiehandboek [1] schrijft dat de worm Caenorhabditis elegans een verbazingwekkend lage mutatiefrequentie heeft van één puntmutatie op de 100 miljoen bases. Dat is een hele goede score, maar er wordt niet bij gezegd dat de kosten een 4-voudige genoomredundantie, en verder nog ongeveer 10% overhead aan DNA-repair genen zijn. Want het DNA-repair systeem moet je ook als overhead rekenen. Het zou immers niet nodig zijn als DNA foutloos gerepliceerd zou worden. Voor een eerlijke vergelijking zou je ook de software die checksums berekent er ook bij moeten tellen. Ik weet niet hoe groot die is. Ik denk redelijke kort, want het zijn elementaire berekeningen.
Bedenk verder dat het  menselijk chromosoom 1 (het grootste) alleen al 247 miljoen bases telt. Voor het menselijk genoom totaal zou dat neerkomen op ruim 30 mutaties als het 1x gecopieerd zou worden [2].

In de evolutieleerboeken zie je vaak staan dat de cel feitelijk gebruik maakt van die redundatie bij het repareren van DNA (mismatch van bases) [3]. In feite heeft een diploid organisme dus een 4-voudige herhaling van genetische informatie. Ieder chromosoom is in tweevoud aanwezig en ieder chromosoom bestaat weer uit dubbelstrengs DNA. In totaal 4 maal. De cel schijnt ook gebruik te maken van de diploïde informatie. Dit wordt recombinational dna repair genoemd [6]. Dit kun je allemaal slim noemen, maar uit informatietheoretisch oogpunt is dit de methode met de grootste overhead. In de informatica kan het met véél minder overhead, zoals de redundancy methode [4] en de nog efficiëntere checksum en pinpoint methodes (zie MacCormick hoofdstuk 5). Deze methode voegt extra bitjes toe aan het einde van de informatie die het mogelijk maken vast te stellen of er fouten in de boodschap zitten. Het mooie van deze methodes is dat ze niet alleen foutdetectie maar ook foutcorrectie mogelijk maken [5]. Bij informatie overdracht in computers kan de overhead van checksums minder dan 1 duizendste van een procent van de totale informatie zijn, terwijl er vrijwel 100% garantie is op een foutloze informatie overdracht. En er worden nog betere fout correctie methodes ontwikkeld. Die zijn wel weer ietsje groter.

Dit alles kan verder uitgediept worden, maar ik hoop de lezer op een spoor gezet te hebben. Informatietheorie biedt een onafhankelijke theorie waarmee je de prestaties van DNA als opslagmedium kunt beoordelen.

Opmerkingen
  1. Scott Freeman, Jon Herron (2007) Evolutionary Analysis, p. 149. 
  2. Nu kun je wel zeggen die fouten zijn juist nuttig voor evolutie, en genetische diversiteit, evolvability, adaptability, maar we hadden het over betrouwbare informatieoverdracht. Het nut en de efficientie van mutaties is een heel ander verhaal. De overgrote meerderheid van muaties zijn geen verbeteringen.
  3. Het is mij nog niet duidelijk hoe de cel bepaalt welke van de twee bases de foute is en alleen de foute corrigeert. Mogelijk gaat de cel er van uit dat bij replicatie de oude streng correct is en alleen de mismatch in de nieuwe streng corrigeert. Dit lijkt me tenminste een mogelijkheid.
  4. De genetische code maakt ook gebruik van redundantie: de meeste aminozuren worden door meerdere base tripletten in DNA gecodeerd. Dit voorkomt een groot aantal fouten in de aminozuurvolgorde van eiwitten. Strikt genomen worden hier geen fouten in DNA gecorrigeerd, maar de gevolgen van fouten geneutraliseerd. Dit lijkt op de Redundancy trick van MacCormick (p. 64)
  5. Doet de natuur aan checksums? Mogelijk is Nonsense-mediated mRNA decay waarbij een door mutatie ontstaan stopcodon midden in een eiwit herkend wordt en vervolgens het mRNA vernietigd wordt. Dit kun je slim noemen. Dit is altijd beter dan het ingekorte foute eiwit produceren, maar beter was het om de fout eerder te herkennen en het stopcodon te corrigeren. Het probleem is: hoe weet je wat het originele codon was? Gokken wat het meest waarschijnlijke codon was? Een andere mogelijke foutdetectie methode is detecteren of een exon door 3 deelbaar is omdat codons uit 3 bases bestaan. Maar hoe moet je zo'n fout herstellen als je hem al gedetecteerd had?
  6. Een ander mechanism dat gebruikt schijnt te maken van de 4-voudige redundantie is meiotic silencing by unpaired DNA (MSUD). Het is begrijpelijk dat het gedurende meiosis gebeurt omdat dan de homologe chromosomen paren. Er wordt geen repair verricht, maar silencing van het DNA. (toegevoegd: 11 april)
Postscript 17 april:
Een goed en gratis overzicht over DNA repair vind je hier:
http://www.web-books.com/MoBio/Free/Ch7G.htm
Het is onderdeel van een website met gratis ebooks, waaronder Molecular Biology Web Book

Chapter 7: DNA Replication, Mutation and Repair

19 opmerkingen:

nand braam zei

@ Gert

Je zegt:”We zeggen dan: uiteraard is DNA dubbel omdat enkelstrengs DNA veel te instabiel en dus onbetrouwbaar is als opslagmedium. Maar dat is precies het punt. Het kan wel zijn dat dubbelstrengs DNA stabieler is, maar deze methode is 100% redundant en kost bovendien tweemaal zoveel aan bouwstenen die ook gesynthetiseerd moeten worden. Je kunt dus ook zeggen dat dubbelstrengs DNA een compensatie is voor een zwakheid in plaats van een genialiteit. De volledige informatie zat immers ook al in enkelstrengs DNA. Denk aan mRNA dat enkelstrengs is en de volledige informatie voor het eiwit bevat. Dus we hebben 100% herhaling van de informatie in dubbelstrengs-DNA.”

Ik denk dat je de “slimheid” van het DNA-systeem hiermee te kort doet. Enkelstrengs-DNA zou, volgens mij, helemaal geen werkbaar,stabiel systeem opleveren. De chemische restactiviteit van A,T, C, G, wordt, volgens mij, juist door de waterstofbrugvorming in de dubbele helix en het daarmee samenhangende, mogelijke, oprolmechanisme/opbergmechanisme, goed afgeschermd. Ik neem nu even aan dat de eiwitvorming (vorming enkelstrengs mRNA, activiteit tRNA, vorming eiwit) redelijk snel verloopt (is dat correct?), zodat A, U, C en G geen kans krijgen om (chemisch) te veranderen vóór de daadwerkelijke eiwitvorming plaats vindt. Voor de eiwitvorming is een enkele streng van mRNA dan voldoende. DNA moet veel stabieler zijn;moet veilig (afgeschermde chemische rest-reactiviteit) gedurende langere tijd opgeborgen kunnen worden, alvorens het weer tot activiteit geroepen wordt. Slimme oplossing: dubbele helix + opvouwmechanisme.

gert korthof zei

Nand, dank voor je commentaar. Eigenlijk blijf je steeds in het zelfde kringetje ronddraaien, je zit opgesloten in de gedachtengang: 'dna is slim, dna is slim, dna is slim'. Juist om dat gevangen-zijn in steeds dezelfde gedachtengang te doorbreken (waar iedere bioloog last van heeft) heb ik een theorie uit een totaal ander vakgebied erbij gehaald: informatica. Dat kan tot nieuwe inzichten leiden, en dat deed het ook, voor mij. Je hebt nu onafhankelijk criteria om een informatie opslag systeem als dna te beoordelen. Dat heb ik (dankbaar!) met beide handen aangegrepen.
Wat je wel als bezwaar zou kunnen inbrengen dat je dna zou moeten beoordelen [misschien bedoelde je dat] aan de hand van de beperkingen van het medium: een chemisch medium. Het chemisch medium heeft zijn beperkingen. Maar zelfs als je die beperkingen van het chemisch medium accepteert, dan nóg moet je de vraag stellen: maakt dna en de cel optimaal gebruik van die 4-voudige redundantie die het ter beschikking heeft om fouten te corrigeren? (ik vermoed zeer gebrekkig). En dan nog is het informatief om foutpercentage en overhead van computers en dna met elkaar te vergelijken.

Ik heb in deze blog eigenlijk geen expliciete conclusie getrokken: maar de conclusie zou moeten zijn: de prestaties van informatiesystemen zijn vele malen beter: minder fouten met minder overhead. Dat komt gedeeltelijk door het medium dat geoptimaliseerd is voor informatieopslag en gedeeltelijk door de intelligentie die gestopt is in error-correctie systemen (checksums) dus menselijke intelligentie, wiskunde. Die optimalisatie en intelligentie ontbreekt in dna.

gert korthof zei

PS:
ja het klopt dat mRNA kort levend is, maar splicing van introns uit mRNA kost veel tijd en zorgt voor vertraging. Zonder introns zou het veel sneller gaan.

gert korthof zei

PS: bij quantum computing heb je hetzelfde probleem als bij DNA: hoe zorg je dat opslag van informatie stabiel is terwijl je er toch mee kunt rekenen (= interactie):

"the processor works fast but doesn't keep information long, while the memory works slowly but stores information for a long time."
Opening the Gate to Robust Quantum Computing
interessante paralellen!

harry pinxteren zei

gert je zou het onderzoek van het Broad instituut (MIT Harvard) over chromatine (maps) eens moeten bekijken. Die laten, volgens mij, zien dat je daar echt te maken hebt optimalisatie: in de manier waarop stukken DNA zo opgevouwen zijn dat ze juist zo dicht mogelijk bij de meest aanpalende andere stukken liggen - ik druk me even uit als belangstellende leek. DNA als codedragen is dan misschien niet geoptimaliseerd volgens jouw standaard, maar het opvouwen is dat dus wel. Dat zou heel vreemd zijn.

nand braam zei

@ Gert

Je zegt: “Wat je wel als bezwaar zou kunnen inbrengen dat je dna zou moeten beoordelen [misschien bedoelde je dat] aan de hand van de beperkingen van het medium: een chemisch medium. Het chemisch medium heeft zijn beperkingen.”

Dat is inderdaad steeds de kern van mijn boodschap geweest. Dat was ook het kernpunt toen ik het voorheen had over de “spanning tussen de idealiteit (perfect DNA; onmogelijk omdat DNA niet anders dan opgebouwd kan worden dan uit stoffen die chemisch enigszins reactief moeten zijn, anders is er geen opbouw mogelijk) en de realiteit (er blijft dus onvermijdelijk een zekere rest-chemische activiteit over, die het noodzakelijk maakt dat er een repair-systeem opgezet wordt).

Mijn inschatting over de “slimheid” van het systeem blijft voorlopig een andere dan die van jou.

Jouw beoordeling: “Ik heb in deze blog eigenlijk geen expliciete conclusie getrokken: maar de conclusie zou moeten zijn: de prestaties van informatiesystemen zijn vele malen beter: minder fouten met minder overhead. Dat komt gedeeltelijk door het medium dat geoptimaliseerd is voor informatieopslag en gedeeltelijk door de intelligentie die gestopt is in error-correctie systemen (checksums) dus menselijke intelligentie, wiskunde. Die optimalisatie en intelligentie ontbreekt in dna.”

Mijn beoordeling blijft voorlopig: Het is niet helemaal eerlijk om het DNA systeem te vergelijken met prestaties van informatiesystemen. Vergelijken is zeker zinvol. Terecht zeg je: “bij quantum computing heb je hetzelfde probleem als bij DNA: hoe zorg je dat opslag van informatie stabiel is terwijl je er toch mee kunt rekenen (= interactie). En ook"the processor works fast but doesn't keep information long, while the memory works slowly but stores information for a long time."

Maar chemische werkelijkheid blijft chemische werkelijkheid, zeker ook in “levende systemen”. En dan blijf ik het systeem DNA met zijn/haar repairsysteem en de manier waarop de transcriptie en translatie via RNA verloopt voor het maken van de noodzakelijke eiwitten een bijzondere prestatie vinden en dan druk ik me nog voorzichtig uit.

P.S: de reikwijdte van je opmerking over de vertragende werking van introns overzie ik nog niet.; ik neem aan dat het ergens goed voor is; goede aanleiding om het systeem “introns” te gaan bestuderen; al doende leert men.

gert korthof zei

nand: P.S: de reikwijdte van je opmerking over de vertragende werking van introns overzie ik nog niet".
Het betekent dat een gen dat uit 1 exon van 1000 bp bestaat sneller de kern uit is als mRNA en vertaald kan worden tot eiwit dan hetzelfde gen met 10 introns op willekeurige plekken geinserted, omdat die 10 introns allemaal verwijderd moeten worden (=splicing) en dat kost tijd. Dat is de essentie: Processing kost tijd. Maar dit is een ander onderwerp.

Nand schreef "En dan blijf ik het systeem DNA ... een bijzondere prestatie vinden":
Ik vind dat ik ook 'een bijzondere prestatie' heb geleverd door een fantastisch blog te schrijven!

Ben je het met me eens dat 1 fout per 100 miljoen bases omgerekend naar het totaal menselijk genoom van 3 miljard bases neerkomt op 30 fouten?

nand braam zei

@ Gert

Je zegt: “Ik vind dat ik ook 'een bijzondere prestatie' heb geleverd door een fantastisch blog te schrijven!”

Mee eens.


Je zegt: “Ben je het met me eens dat 1 fout per 100 miljoen bases omgerekend naar het totaal menselijk genoom van 3 miljard bases neerkomt op 30 fouten?”

Mee eens. En wat wil je daarmee zeggen? Het getal 30 zegt op zich niet veel. Het gaat om wat de consequenties zijn van die fouten. Is het menselijk genoom “overall” gezien dan zo’n inferieur systeem? Waar vergelijk je het mee? Met het informatietheoretisch perspectief. De informatica (hardware en software) is bedacht door mensen, weet je nog wel?

gert korthof zei

nand, zei Het getal 30 zegt op zich niet veel. ---
Ben je het er mee eens dat de autoriteiten het gebied rond de Fukushima kerncentrales ge-evacueerd hebben?

"Is het menselijk genoom “overall” gezien dan zo’n inferieur systeem?": (dit geldt ws voor alle zoogdieren van ons formaat).
in alle dieren is de genetische inhoud in 4-voud aanwezig en er is een uitgebreid DNA-repair systeem, en ondanks dat alles plm 30 mutaties na slechts 1x replicatie!!!???
terwijl het nul zou kunnen zijn!? en jij noemt dat goed!?

gert korthof zei

(vervolg) de redenering is: stel dat 30 extra mutaties het gevolg zijn van wonen rondom Fukushima, zou je dan zeggen 'Het getal 30 zegt op zich niet veel' dus je kunt er rustig gaan wonen?

op het 8 uur journaal: longkanker, dikkedarmkanker, huidkanker nemen toe in nederland. Alle vormen van kanker hebben uiteindelijk hun oorzaak in dna. Ook omgevingsfactoren en leeftijd oefenen hun invloed uit via hun effecten op dna. Het DNA-repair mechanisme kan het niet aan. Van die bovengenoemde 30 mutaties kan er door toeval één de oorzaak van kanker zijn.

Marleen zei

Een heel boeiend blog die reacties oproept. Ook al ken ik het boek van MacCormick niet, toch wilde ik wat toevoegen.

Wordt hier een vergelijking gemaakt tussen checksum en pinpoint binnen de informatica en proofreading in DNA ? In dat geval is er het probleem dat DNA niet in zijn geheel gecheckt wordt waarna er een 'vlaggetje' aan toegevoegd wordt dat aangeeft dat de streng goedgekeurd is. Dat lijkt me een groot verschil. Het zou ook energie kosten. Maar misschien heb ik iets niet begrepen.

De vraag welke van de twee strengen als origineel fungeert in geval van mutaties is misschien hetzelfde als je afvragen hoe men weet wat de sense-richting en anti-sense richting van een sequentie is. De vraag dient zich bovendien niet aan gedurende het proces van proofreading omdat tijdens polymerisatie er nu eenmaal gekopieerd wordt op een origineel dat per definitie het origineel is.

Dat het DNA muteert wordt inderdaad beschouwd als drijfveer voor evolutie. Ook hier ben ik van mening dat de mutatiesnelheid die in toom gehouden wordt door proofreading en reparatiemechanismen optimaal is voor het leven. Dat er daardoor ziekten ontstaan is inherent aan het leven. Vooral dat ze zich manifesteren bij oudere organismen, na de reproductieve leeftijd wanneer fitness niet meer van belang is.

Als het DNA 100% betrouwbaar was dan zou het statisch zijn geweest en waren we allemaal gecreeerd.

gert korthof zei

Marleen, dank voor je nuttige reactie. Je hoeft ook niet specifiek het boek van MacCormick te kennen want de principes van error correction kun je ook wel elders vinden.

In noot 5 stelde ik al de vraag Doet de natuur aan checksums?. Vast niet op de manier dat bv er een checksum bestaat voor een heel chromosoom. Toch komt wat er in meiose gebeurt aardig in de buurt (noot 6). Het zou inderdaad kostbaar zijn. Maar wat is kostbaar? Wat heb je over voor een betrouwbaar genome? Je zult zeker niet willen dat je DNA-repair systeem aangetast wordt door mutaties! Maar je kunt niet bij voorkeur het DNA-repair systeem zelf heel goed controleren, denk ik. Dat is niet te herkennen. DNA is DNA, alles wordt gerepliceerd.
Je schrijft "De vraag dient zich bovendien niet aan gedurende het proces van proofreading omdat tijdens polymerisatie er nu eenmaal gekopieerd wordt op een origineel dat per definitie het origineel is."
ja dat moet ik nog eens uitzoeken. Uitgaande van de informatietheorie zou de enige mogelijkheid zijn om fout correctie toe te passen tijdens het replicatieproces en niet erna omdat je dan geen onderscheid meer kunt maken.
Een andere situatie is schade door milieu invloeden, genotoxische stoffen...
- "Als het DNA 100% betrouwbaar was dan zou het statisch zijn geweest ..."
ja, maar evolutie heeft geen vooruitziende blik! De eerste eencelligen hebben niet gedacht: Oh! we moeten ons DNA minder dan 100% betrouwbaar kopieren anders kunnen er over een miljard jaar geen meercelligen, planten, dieren en mensen ontstaan!

Mijn onwetendheid is nog het grootst op het gebied van in welke mate de diploïede status van het genoom inderdaad gebruikt wordt voor fout correctie... Maar als je over error-correction methods hebt gelezen, dringt deze vraag zich heel dwingend op.

Marleen zei

@Gert, proofreading speelt zich inderdaad af tijdens het replicatieproces. Eigenlijk misschien nog slimmer (al kan ik het niet goed beoordelen) dan checksum ;-)

Over het statische DNA: het is als met het fine-tuning van het heelal. Was het niet zo gefine-tuned dan waren wij er niet geweest om het te bekijken. Zo ook met de mutatiesnelheden, waren die niet optimaal geweest (dus mét mutaties én gedeeltelijke error-correction) dan hadden wij nooit uit de eencelligen voort kunnen komen en zouden we allemaal moeten zijn geschapen.

gert korthof zei

Marleen, ik kan wetenschappelijk niet met 'fine-tuning' en 'optimaal' overweg. Maar zelfs als er toevallige fine-tuning zou zijn, dan is nog steeds niet de vraag beantwoord: is een (vrijwel) 100% betrouwbare error-correctie mogelijk? uit chemisch moleculair oogpunt? Wat zijn de grenzen? hoe laag kun je het foutperecentage krijgen? is het te kostbaar? maar dan is het dus wel mogelijk! als je er maar genoeg energie en tijd in stopt. lopen we tegen de grenzen van wat er moleculair-chemisch mogelijk is? of is een error-correctie met minder dan 1 fout op de miljard bp mogelijk?

gert korthof zei

Marleen schreef "De vraag dient zich bovendien niet aan gedurende het proces van proofreading omdat tijdens polymerisatie er nu eenmaal gekopieerd wordt op een origineel dat per definitie het origineel is."

Maar als je volgend plaatje (pdf) bekijkt dan zie je dat het mogelijk is dat het origineel gecorrigeerd wordt door natuurlijke repair enzymen, dus precies het omgekeerde van wat je zou verwachten:
Creating a change in the letters of DNA code using RTDS.
hoe kan dat? klopt hier iets niet?

Marleen zei

Gert, fine-tuning heeft te maken met het feit dat tijdens de Big Bang parameters zodanig waren dat er ons universum uit kon ontstaan. Was een van deze waarden een klein beetje anders geweest dan had het niet bestaan en was het universum bijvoorbeeld geimplodeerd. Hier is daar meer over te vinden:
http://en.wikipedia.org/wiki/Fine-tuned_Universe#Premise

De vraag of DNA chemisch gezien 100% error-correction kan bezitten is interessant, maar dan moet er dus een hypothetisch error-correction mechanisme aan toegevoegd worden want met de bestaande reparatiesystemen kom je niet onder de 1 op 1 miljard errors uit.

Het plaatje van RTDS is een schema van hoe een nucleotide artificieel wordt vervangen. Dit om genen in planten te manipuleren.
Ik krijg ook uit het volgende artikel de indruk dat het een methode betreft om SNP's in te voegen en dat het dus geen reparatiemechanisme betreft. Maar misschien heb ik me er niet genoeg in verdiept.
http://www.pnas.org/content/102/7/2508.full.pdf

gert korthof zei

marleen, "want met de bestaande reparatiesystemen kom je niet onder de 1 op 1 miljard errors uit." is daar bewijs voor?
het is bekend dat er variatie is voor DNA repair systemen in de menselijke populatie: er zullen individuene met betere en slechtere repair-ssytemen zijn want je hebt DNA-repair-ziektes die het extreem vormen van een continue variatie. Er zullen dus ook individuen zijn met een zeer efficiet repair systeem. Onderzoek is nodig! De vondst van deze individuen zou zeer interessant zijn! Ik kan niet wachten!

Mismatch repair:
Creating a change in the letters of DNA code using RTDS:

Als je goed kijkt naar het plaatje dan zie je dat het vertrekpunt een basepair mismatch is. Voglens de gangbare repairtheorie 'weet' de cel dat de nieuw gesynthetiseerde DNA streng altijd gerepareerd moet worden omdat de oude streng correct is. Welnu: in stap 3:
"The plants native DNA repair enzymes recognize the mismatch and repairs the pant using the GRON as a template."
De GRON (enkelstrengs DNA) is 'kunstmatig', maar de repairmachinerie is van de plant zelf. Wat je verwacht is dat de base in het GRON vervangen wordt om de mismatch te repareren. Maar dat gebeurt niet! Maar deze correctie is de core business van het bedrijf Cibus! Als die niet werkt kan eht hele bedrijf niet bestaan.
Het bedrijf schrijft:
"RTDS is based on altering a targeted gene by utilizing the cell’s own gene repair system to specifically modify the gene sequence in situ and not insert foreign DNA and gene expression control sequences."
Ze voegen daar nog aan toe:
"In contrast to conventional transgenic GMOs, there is no integration of foreign genetic material, nor is any foreign genetic material left in the plant."
http://www.cibus.com/rtds.php

We hebben hier dus wel degelijk een raadsel!

gert korthof zei

Marleen, ik vond nog een interessante opmerking op een interessante pagina over dna repair:
"In eukaryotes, the mechanism to distinguish the template strand from the new strand is still unclear."
en:
"To repair mismatched bases, the system has to know which base is the correct one."
dat is precies het probleem dat ik aan de orde stelde.
Het blijkt nog niet zo eenvoudig om te herkennen wat origineel en wat copy is, het is in ieder geval ingewikkeld zelfs bij bacterieën en het is dus nog niet eens bekend hoe de cel dat doet bij eukaryoten! Notabene!

en deze is ook leuk voor mensen die menen dat 'DNA perfect is gezien de omstandigheden' (wat dat ook moge betekenen!):
"Therefore, mismatch repair is very expensive and inefficient."

Marleen zei

Een heel interessant mechanisme.

Je zou kunnen denken dat er ook in de eukaryoten iets dergelijks bestaat. Het DNA is immers gemethyleerd, d.w.z. de Cytosines als deel van epigenetische differentiatie. Maar dat zal wel geen rol spelen, want dan werd er niet meer gezocht naar een mogelijk mechanisme voor mismatch repair.