دقت ( Fidelity ) و بي‌دقتي ( Infidelity )

 

                نظر یادت نره

تنها بخش اندكي از پادتن‌هايي كه توليد مي‌شوند، مي‌توانند سودمند باشند. حدود يك سوم از همه‌ي پروتئين‌هايي كه سلول‌هاي عادي انسان توليد مي ‌ كنند، به علت اين كه به درستي چين نخورده‌اند، بي‌درنگ با مجتمع‌‌هاي پروتئيني ويژه‌اي به نام پروتئازوم ( Proteasome ) ، تخريب مي‌شوند. بيش از نيمي از كل مولكول‌هاي mRNA توليد شده در سلول، داراي اشتباه‌‌هايي هستند و بايد از بين بروند.

 

در روند توليد پروتئين ممكن است، براي هر 10 هزار اسيد آمينه‌ي درست، 3 اسيد آمينه‌ي نادرست قرار گيرند؛ در رونويسي ممكن است، به ازاي هر 100 هزار نوكلئوتيد، يك نوكلئوتيد نادرست و در هر بار همانندسازي DNA ، به ازاي هر 10 ميليارد نوكلئوتيد، يك نوكلئوتيد نادرست جا مي‌گيرد.

 

با توجه به اين حقيقت‌ها مي‌توان نتيجه گرفت، نظام‌هاي زنده هم اشتباه مي‌كنند. اما بي‌دقتي هزينه‌بر است و مي‌‌تواند باعث نقص در جاندار شود. نظام‌هاي زنده براي كاهش بي‌دقتي چه راهبردهايي را در پيش گرفته‌اند؟ دقت فرايندهاي زيستي، براي مثال همانند سازي DNA ، تا چه اندازه است؟ آيا اين راهبردها نمي‌توانند بي‌‌دقتي را به صفر و دقت را به‌ بيش‌ترين اندازه‌ي خود برسانند؟

 

در فرايند همانندسازي، آنزيم DNA پليمراز با عمل ويرايش خود، نوكلئوتيدهايي را كه نادرست جاگذاري شده‌اند، بر مي‌دارد. سپس نظام ترميم جفت‌هاي ناجور، بيش‌تر اشتباه ‌هاي باقيمانده را برطرف مي‌كند. پس از اين نظام‌هاي نظارت بر كيفيت، آنزيم‌هاي تصحيح‌ كننده‌ي خطاها قرار دارند كه بسيار كار آمدند و اشتباه‌هاي احتمالي آن‌ها را تصحيح مي‌كنند.

 

آيا سلول مي‌خواهد با استفاده از آنزيم‌هاي ترميم كننده، به دقت كامل دست پيدا كند؟ به نظر مي‌رسد نه! باكتري‌هايي وجود دارند كه در اثر جهش، دقت فرايندهاي همانندسازي DNA و توليد پروتئين در آن‌ها افزايش يافته است. جهش يافت ه‌ي StrR يكي از آن‌هاست كه به پادزي استرپتومايسين مقاوم است. استرپتومايسين باعث افزايش ميزان اشتباه در فرايند توليد پروتئين مي‌شود. جهش يافته‌هاي StrR در نبود استرپتومايسين دقت بالايي دارند و نسبت به باكتري‌هاي جهش نيافته، به كندي رشد مي‌كنند. اين جهش يافته‌ها تنها در حضور استرپتومايسين به خوبي رشد مي‌كنند.

 

دقت، هزينه مي‌خواهد. از اين رو، جاندار به جاي به دست آوردن بيش‌ترين دقت، در پي به دست آوردن بهينه‌ترين دقت است. البته، اگر ميزان اشتباه بالا باشد، زندگي جاندار به خطر مي‌افتد. وقتي در باكتري‌ها و مخمرهاي ‌هاپلوئيد، ميزان جهش هزار برابر افزايش مي‌يابد، آن‌ها در اثر اين فاجعه‌ي ژنتيكي مي‌ميرند.

 

براي دقت همانندسازي DNA ، سرمايه‌گذاري زيادي صورت گرفته است، زيرا ژن‌ها گنجينه‌ي اطلاعات زندگي هستند . اما وقتي ماندگاري جاندار به خطر مي‌افتد، حتي از دقت DNA هم كاسته مي‌شود. براي مثال، وقتي گوناگوني ژنتيكي كنوني، سازگاري باكتري را محدود مي‌سازد، جمعيت‌هايي كه از نظر ژنتيكي ناپايدارترند، نسبت به جمعيت‌هاي ديگر تند‌تر سازش مي‌يابند.

 

دو دسته از ژن‌ها با افزايش جهش و يا نو تركيبي، باعث شتاب‌گرفتن گوناگوني ژنتيكي در جمعيت‌‌هاي باكتري‌ها مي‌شوند: ژن‌هايي كه تنش‌ها آن‌ها را فعال مي‌كنند و ژن‌هايي كه غيرفعال شدن آن‌ها، باعث افزايش گوناگوني ژنتيكي مي‌شود. به علاوه، ژن‌هايي كه پروتئين‌هايي مانند پادتن‌ها را رمز مي‌دهند، در فشار گزينش هميشگي، دچار افزايش نرخ جهش مي‌شوند. بنابراين، هر كدام از ژن‌ها دقت بهينه‌ي ويژه‌ي خود را دارند و اگر ماندگاري جاندار ايجاب كند، ميزان دقت كاهش مي‌يابد؛ زيرا هدف نهايي جاندار دقت نيست، بلكه هدف او ماندگاري است.

 

بي‌دقتي حتي در همانندسازي DNA نيز راهگشا مي‌شود. دستگاهي كه DNA را با دقت بسيار بالا همانند سازي مي‌كند، تنها مي‌تواند مولكولي را همانندسازي كند كه از نظر شيميايي هيچ‌گونه نقشي ندارد. اما اين DNA را نمي‌توان در سلول‌ها پيدا كرد. اكسيده شدن، آب‌كافت و آلكيله شدن و شكستن خود به خود رشته‌ها، روزانه در هر سلول بدن انسان، بيش از 300 هزار "زخم" به وجود مي‌آورند كه البته بيش‌تر آن‌ها با روش‌هاي ويژه‌اي ترميم مي‌شوند. هر كدام از زخم‌هاي ترميم‌نشده مي‌توانند، باعث توقف دستگاه‌ بسيار دقيق همانندسازي DNA شوند. اما DNA پليمرازهاي ويژه، امكان همانند سازي DNA را در اين شرايط، فراهم مي‌سازند. اين DNA پليمرازها ، دقت كم‌تري دارند.

 

بي‌‌دقتي هزينه‌بر است و ممكن است به نقص در جاندار بينجامد، اما باعث نوآوري، توانمندي و پايندگي زندگي مي‌شود. اشتباه‌ها اغالب تصحيح مي‌شوند، اما هميشه به عنوان منبع نوآوري كور، براي سازش پيوسته با تغييرهاي پيش‌بيني ‌ناپذير محيط، آزمايش مي‌شوند. بنابراين، اشتباهي در كار نيست.

 

منبع :

Miroslav Radman, Fidelity and Infidelity , Nature, Vol 413, .