DNA มีสิ่งที่เทียบเท่ากับคำสั่ง IF, ลูป WHILE หรือการเรียกใช้ฟังก์ชันหรือไม่?

 (biology.stackexchange.com)
2 คะแนน โดย GN⁺ 2024-01-11 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp

DNA มีสิ่งที่คล้ายกับคำสั่ง IF, ลูป WHILE หรือการเรียกใช้ฟังก์ชันหรือไม่?

  • คำถามคือใน DNA มีโครงสร้างอย่างคำสั่ง IF, การกระโดดแบบ GOTO หรือ ลูป WHILE หรือไม่
  • ในการพัฒนาซอฟต์แวร์ โครงสร้างเหล่านี้ทำหน้าที่รันบล็อกโค้ดเมื่อเงื่อนไขบางอย่างเป็นจริง

ตัวอย่างทางชีววิทยาที่คล้ายกับไวยากรณ์การเขียนโปรแกรม

  • IF: ยีนจะถูกถอดรหัสเมื่อมี transcription activator factor อยู่ และเหตุการณ์จะไม่สิ้นสุดจนกว่าโปรแกรมจะจบลงด้วยการตายของเซลล์
  • WHILE: ยีนจะถูกถอดรหัสตราบเท่าที่ไม่มี transcription repressor factor อยู่
  • ไม่มีสิ่งที่เทียบได้โดยตรงกับการเรียกใช้ฟังก์ชัน ทุกเหตุการณ์เกิดขึ้นในพื้นที่เดียวกันและอาจรบกวนกันได้
  • GOTO: ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข และอาจเกิดขึ้นได้ในเครือข่ายการเชื่อมต่อบางแบบ เช่น ถ้าเส้นทางสัญญาณเป็น A → B → C และมีการเชื่อมต่ออีกทางจาก D → C เมื่อ D ถูกกระตุ้น ก็อาจส่งผลต่อ C ได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่าน A และ B
  • มีกรณีของการสร้าง logic gate โดยใช้วงจรชีววิทยาสังเคราะห์

การเปรียบเทียบระหว่าง DNA กับโค้ดคอมพิวเตอร์

  • ไม่สามารถเปรียบเทียบ DNA กับโค้ดคอมพิวเตอร์ได้โดยตรง สิ่งสำคัญไม่ใช่โครงสร้างทางไวยากรณ์ แต่เป็นตรรกะที่อยู่ข้างใต้
  • DNA เป็นเพียงชุดของคำสั่ง และยังไม่ใช่สิ่งที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ในตัวเอง
  • เซลล์มีคุณสมบัติแบบแอนะล็อก ดังนั้นในสถานการณ์ส่วนใหญ่ค่าของตัวแปรจึงไม่ใช่ 0/1 แบบไบนารี

DNA ไม่ได้คล้ายกับโค้ดคอมพิวเตอร์

  • โค้ดคอมพิวเตอร์มีลำดับการทำงาน แต่ DNA ทำงานแบบขนานและไม่ได้เป็นลำดับต่อเนื่อง
  • โค้ดคอมพิวเตอร์มีความหมายที่เข้มงวดและสม่ำเสมอ แต่ DNA ถูกแปลเป็นกรดอะมิโน และปฏิสัมพันธ์ทางเคมีที่ซับซ้อนระหว่างสิ่งเหล่านี้เป็นตัวกำหนดหน้าที่ของโปรตีน
  • หากจะหาสิ่งที่คล้ายกับเส้นทางการทำงานแบบคอมพิวเตอร์ ควรไปมองที่ระดับโปรตีน ไม่ใช่ระดับ DNA

ชีววิทยาสังเคราะห์

  • มีบางจุดที่สามารถเปรียบเทียบระหว่างวิธีที่ยีนถูกแสดงออกจาก DNA กับฟังก์ชันเชิงตรรกะได้ แต่ก็ไม่สมบูรณ์
  • ชีววิทยาสังเคราะห์กำลังพัฒนาเป็นสาขาใหม่ที่พยายามผสานฟังก์ชันเชิงตรรกะเข้าไปในชีววิทยา

การรบกวนการถอดรหัส

  • transcription interference อาจมองได้ว่าเป็นรูปแบบหนึ่งของคำสั่ง IF (หรือ WHILE)
  • DNA มีความหมายต่อการรันโค้ดแบบลำดับเท่านั้น แต่ในความเป็นจริงมีการถอดรหัสจำนวนมากเกิดขึ้นพร้อมกันแบบขนาน

การอภิปรายเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเรียกใช้ฟังก์ชัน

  • nuclear receptor เป็นตัวอย่างที่ดีของการเรียกใช้ฟังก์ชัน เพราะเมื่อมันถูกกระตุ้น จะไปเปิดการยับยั้ง/การกระตุ้นยีนของซับรูทีนภายในเซลล์ รวมถึงกระบวนการลำดับถัดไป

โครงสร้างระดับล่างที่คล้ายการเขียนโปรแกรม

  • FUNCTION CALL: การสลับหน่วยย่อยเดี่ยวภายในโปรตีนเชิงซ้อนมีลักษณะคล้ายกับการเรียกใช้ฟังก์ชัน
  • IF: ผ่าน alternative splicing ทำให้บางส่วนของ DNA (exon) อาจถูกรวมหรือไม่ถูกรวมอยู่ในทรานสคริปต์ที่เข้ารหัสโปรตีนสุดท้าย

ความเห็นของ GN⁺

  • บทความนี้นำเสนอการอภิปรายที่น่าสนใจว่า DNA มีโครงสร้างคล้ายภาษาการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์หรือไม่
  • แม้การเปรียบเทียบ DNA กับโค้ดคอมพิวเตอร์โดยตรงจะไม่แม่นยำ แต่ก็ช่วยให้เข้าใจหลักการทำงานเชิงตรรกะในระบบชีวภาพได้
  • ความก้าวหน้าของชีววิทยาสังเคราะห์กำลังเปิดโอกาสใหม่ในการผสานฟังก์ชันเชิงตรรกะเข้ากับระบบชีวภาพ ซึ่งอาจส่งผลสำคัญต่อการวิจัยและการประยุกต์ใช้ด้านเทคโนโลยีชีวภาพในอนาคต

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2024-01-11
ความคิดเห็นบน Hacker News

  • DNA ไม่มีโครงสร้างการเขียนโปรแกรม แต่พอมองได้ว่ามันทำงานคล้ายโครงข่ายประสาทเทียม เครือข่ายการควบคุมยีนมีความคล้ายกับโครงข่ายประสาทตรงที่เป็นโหนดที่เชื่อมต่อกัน (ยีนและโปรตีน) ซึ่งประมวลผลข้อมูลและมีอิทธิพลต่อกิจกรรมของกันและกัน

    • โปรตีนบางชนิดมีหน้าที่กระตุ้นยีนอื่น ๆ และสิ่งเหล่านี้ก็คือ transcription factor ที่มีบทบาทสำคัญในเครือข่ายการควบคุม
    • transcription factor จะจับกับบริเวณ promoter ของยีนเพื่อเริ่มการสร้างโปรตีนอื่น ๆ และก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่
    • transcription factor บางชนิดมีฤทธิ์ยับยั้ง

  • สิ่งที่แปลกของ mtDNA คือมียีนที่แยกจากกันสองยีนซ้อนทับกันโดยใช้ reading frame คนละแบบ ตอนจบของยีนหนึ่งตรงกับจุดเริ่มต้นของอีกยีนหนึ่ง และมีการจัดเรียงให้ใช้ประโยชน์จากลักษณะนี้ในจีโนมไมโทคอนเดรียแบบวงกลม

    • โครโมโซม DNA สามารถเปลี่ยนรูปร่างเพื่อตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมรอบตัวได้ ซึ่งอาจเพิ่มหรือลดโอกาสที่ reading frame บางแบบจะถูกถอดรหัส
    • สงสัยว่ากลไกนี้มีส่วนเกี่ยวข้องกับวิธีการทำงานของ homeobox gene ที่เปลี่ยนการแสดงออกทางพันธุกรรมทั่วทั้ง "แปลนพื้นฐาน" ของร่างกายหรือไม่
    • ในระดับที่สามารถระบุ "โครงสร้าง" แบบการเขียนโปรแกรมได้ภายในระบบ ผลโดยรวมกลับถูกครอบงำด้วยสัญญาณรบกวนและพฤติกรรมเกิดใหม่ และโหมดการทำงานโดยรวมของระบบคือ "วงจรควบคุมแบบป้อนกลับ"

  • ในฐานะผู้สอนด้านความคิดสร้างสรรค์และกระบวนการนวัตกรรม ผู้เขียนแบ่งปันตัวอย่างสิ่งประดิษฐ์ที่ได้มาจากการสังเกตธรรมชาติกับนักเรียน (เช่น Velcro เกิดจากการที่ผู้ประดิษฐ์สังเกตเห็นเมล็ดพืชมีหนามที่ติดขนสุนัข)

    • คิดว่าการค้นพบเกี่ยวกับคอมพิวติ้งจะเกิดขึ้นจากการสังเกตว่าธรรมชาติ โดยเฉพาะจิตใจมนุษย์ ทำสิ่งเหล่านี้อย่างไร
    • การค้นพบเหล่านี้จะเปลี่ยนวิธีที่เราสร้างแนวคิดเกี่ยวกับคอมพิวติ้งอย่างถึงราก

  • โพสต์นี้ดูเหมือนจะขี้เกียจไปหน่อย แต่ก็ทำให้เกิดความเห็นที่น่าสนใจอยู่พอสมควร หวังว่าจะมีคนเปลี่ยนมุมมองต่อ software engineering มากขึ้น

    • มีบทความหนึ่งที่น่าอ่านเกี่ยวกับหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

  • สำหรับคนที่สนใจ computational biology การบรรยายของ George Church นั้นยอดเยี่ยมมาก

    • คำอธิบายรายวิชา: ประเมินความก้าวหน้าในการทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างลำดับ โครงสร้าง และหน้าที่ในเครือข่ายชีววิทยาที่ซับซ้อน รวมถึงการสร้างแบบจำลองที่สมจริงของการวิเคราะห์จีโนมิกส์เชิงปริมาณ แบบครอบคลุม และเชิงหน้าที่
    • แบบฝึกหัดครอบคลุมอัลกอริทึม สถิติ ฐานข้อมูล และแนวทางการจำลอง พร้อมการประยุกต์ใช้จริงในด้านการแพทย์ เทคโนโลยีชีวภาพ การค้นพบยา และวิศวกรรมพันธุกรรม

  • ยีน KMT2D เป็นหนึ่งในยีนที่ทราบกันว่าควบคุมการแสดงออกของยีนอื่น ความผิดปกติของยีนนี้มักทำให้เกิด Kabuki syndrome

    • มีการยกตัวอย่างพฤติกรรมแบบ IF ในบรรยายของ Bert Hubert เรื่อง 'DNA: The Code of Life (SHA2017)'

  • Tim Blais บน YouTube ได้ทำเพลงเกี่ยวกับเครื่องจักรระดับโมเลกุลที่ทั้งให้ความรู้และสนุก โดยอิงจากงานวิจัยของ A. Leigh มีแอนิเมชันแสดงให้เห็นว่าสวิตช์ทางไฟฟ้าเคมีเข้ารหัสสถานะไบนารีอย่างไร และชี้ให้เห็นว่าโดยหลักการแล้วสามารถสร้าง logic gate ได้

  • ลองคิดว่า DNA คือการเขียนโปรแกรมที่ดำเนินต่อเนื่องมาหลายล้านปี เป็นชุดของโค้ดที่เชื่อมต่อกัน ทำงานได้ไม่ค่อยดี ไม่มีคอมเมนต์ และไม่มีเอกสารอธิบาย จนเหตุผลว่าทำไมโค้ดถึงเป็นแบบนั้นก็ถูกลืมเลือนไปหมดตามกาลเวลา การเปลี่ยนแปลงมันเป็นเรื่องไม่ดี โค้ดบางก้อนนำไปสู่พฤติกรรมบางอย่าง และยิ่งดูโค้ดมากเท่าไร ก็ยิ่งดูเหมือน spaghetti code มากขึ้นเท่านั้น

  • ชุดสไลด์นี้ให้ภาพรวมที่ดีของงานบางส่วนที่ทำในด้าน DNA computing โดยเฉพาะการใช้กลไกของ DNA เพื่อแก้ปัญหา TSP (Traveling Salesman Problem) ซึ่งน่าสนใจมาก

  • transcription activator (IF) จะมีอยู่เมื่อยีนกำลังถูกถอดรหัส และ transcription repressor (WHILE) ทำให้ยีนถูกถอดรหัสไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะไม่มี repressor

    • IF กับ WHILE มีความเทียบเท่ากัน โดย WHILE เป็นรูปแบบหนึ่งของ IF ที่สลับเงื่อนไข
    • การบอกว่าการถอดรหัสเกิดขึ้นเมื่อ "ไม่มี repressor" นั้นฟังไม่สมเหตุสมผลนัก เพราะการมีอยู่ของ repressor คือสิ่งที่ยับยั้งการแสดงออก ดังนั้นข้อความว่า "transcription repressor; ยีนถูกถอดรหัสจนกว่า repressor จะปรากฏ" น่าจะสมเหตุสมผลกว่า