Генные сети в клетках работают как облачные вычисления

Исследователи из Университета Карнеги-Меллон и их коллеги из Израиля и Испании обнаружили, что генные регуляторные сети в ядрах клеток похожи на отказоустойчивые сети облачных вычислений, такие как Google или Yahoo!. Обе системы продолжают работать, несмотря на отказ отдельных компонентов — будь то мастер-гены или компьютерные процессоры.

Ключевое открытие: резервные копии генов

• От 5 до 10% генов в любом организме — это мастер-гены (транскрипционные факторы), которые включают или выключают все остальные гены.
• Многие болезни связаны с мутациями в этих генах.
• Новое исследование показывает, что если один мастер-ген теряется, его часто может заменить другой, паралогичный ген со сходной последовательностью. Это объясняет, почему в экспериментах удаление одного мастер-гена часто не приводит к отключению контролируемых им генов.

Экспериментальное подтверждение

Учёные определили наиболее вероятный резервный ген для каждого мастер-гена и проверили их роль:

• Удаление мастер-генов с очень похожими резервными копиями почти не давало заметного эффекта.
• Удаление мастер-генов с менее похожими резервными копиями давало значительный эффект.
• Удаление и мастер-гена, и его резервной копии приводило к очень заметным последствиям даже для генов с похожим резервом.

Пример: При удалении гена Pdr1 почти не наблюдалось снижения активации контролируемых им генов. Но когда удалили и Pdr1, и его паралог, 19% генов под контролем Pdr1 не активировались.

Значение для науки

Это открытие, опубликованное в Molecular Systems Biology, объясняет не только устойчивость (робустность) клеток, но и некоторые противоречивые экспериментальные результаты, которые ставили в тупик биологов.

«Теперь у нас есть основания рассматривать клетки как надёжные вычислительные устройства, использующие избыточность тем же способом, что и крупные компьютерные системы, такие как Amazon, чтобы продолжать работать, несмотря на регулярные сбои серверов», — отмечает Энтони Гиттер, ведущий автор статьи.

Источник: Университет Карнеги-Меллон