Die Linguistik kann uns helfen, einige „Seltsamkeiten“ des genetischen Codes zu verstehen

Linguisten haben den Vergleich des genetischen Codes mit der Sprache entwickelt, bei dem Nukleotide als Buchstaben fungieren, und das Konzept eines „semiotischen Nukleotids“ eingeführt – das minimale Element, das es ermöglicht, zwischen Codons – kodierenden Einheiten der DNA – zu unterscheiden. Nach diesem Ansatz dienen die biochemischen Eigenschaften der DNA als Informationsmerkmale.

Die Flexibilität des Informationsansatzes ermöglicht es Forschern, Fakten hervorzuheben, die nicht durch biochemische Merkmale erklärt werden können und normalerweise als Abweichungen von den universellen Gesetzmäßigkeiten des genetischen Codes angesehen werden. Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Biosysteme.

Der genetische Code hat zwei Eigenschaften: Er enthält nicht nur biochemische Eigenschaften, sondern hat auch eine semiotische oder semantische Dimension. Semiotik ist eine Wissenschaft, die allgemeine Gesetzmäßigkeiten der Informationsverarbeitung durch Zeichen untersucht. Forscher finden Analogien zwischen einem Text und dem genetischen Code, beispielsweise darin, dass Gene ein Programm für die Entwicklung von Organismen tragen und dieses Programm Texten ähnelt, die nach bestimmten Regeln geschrieben wurden.

Die semiotische Theorie erlaubt die Betrachtung von Nukleotiden nicht als biologische Moleküle, sondern als Informationsträger. Die entscheidenden genetischen Prozesse lassen sich aus der Sicht der Operationen mit Texten beschreiben: Lesen, Transkription, Übersetzung, Korrekturlesen, Lektorat.

Forscher der Baltischen Föderalen Immanuel-Kant-Universität und des Instituts für wissenschaftliche Information über Sozialwissenschaften der Russischen Akademie der Wissenschaften haben darauf aufmerksam gemacht, dass dasselbe Nukleotid in der DNA je nach Position einen unterschiedlichen Wert in der genetischen Informationsverarbeitung hat.

Wenn also Proteine ​​in einer Zelle nach einem in Genen geschriebenen „Rezept“ synthetisiert werden, lesen spezielle Zell-„Maschinen“ – Ribosomen – jeweils drei Nukleotide aus und wählen für jedes dieser Tripletts, Codons genannt, eine bestimmte Aminosäure aus. In 32 Fällen von 64 möglichen Kombinationen der Nukleotide „A“, „T“, „G“ und „C“ kann die dritte Position von jedem von ihnen besetzt werden, und dies hat keinen Einfluss auf das Ergebnis – die erkannte Aminosäure. Dies liegt daran, dass dieselbe Aminosäure von mehreren verschiedenen Nukleotidtripletts kodiert werden kann.

Um zu verstehen, welche Aminosäure benötigt wird, konzentriert sich ein Ribosom beim Vorlesen jedes Buchstabens zunächst auf die „Bedeutung“ seiner Kombination innerhalb von Tripletts. Aufgrund der „wackelnden“ Position des letzten Nukleotids in Codons wird dies als Wackeln bezeichnet. Um es aus der Sicht der Datenübertragung zu beschreiben, führten die Linguisten den Begriff „ein semiotisches Nukleotid“ ein – ein minimales Element, das es ihnen ermöglicht, ein Nukleotidtriplett von einem anderen zu unterscheiden.

In diesem Zusammenhang schlugen die Wissenschaftler vor, Nukleotide nicht wie üblich mit Buchstaben zu vergleichen, sondern sie mit anderen Spracheinheiten zu korrelieren – Lauten, genauer gesagt Phonemen (einem Sprachelement, das nur die Merkmale enthält, die zur Unterscheidung von Zeichen notwendig sind). Ein Buchstabe ist keine Spracheinheit; es dient lediglich der schriftlichen Benennung von Lauten.

Die Analogie mit Phonemen ermöglicht eine Erklärung, wie zwei charakteristische Merkmale eines Nukleotids mit ihrer veränderlichen Bedeutung abhängig von der Position des Nukleotids innerhalb eines Codons korrelieren.

Dies setzt voraus, dass minimale Einheiten des genetischen Codes keine Nukleotide, sondern deren charakteristische Merkmale sind. Diese Merkmale haben je nach Position innerhalb eines Tripletts unterschiedliche Relevanz – maximal an der zweiten Position und minimal, bis hin zu Null, an der dritten. Ein Nukleotid an der dritten Position ist im physikalischen Sinne vorhanden, kann aber im semiotischen Sinne (im Hinblick auf seinen Unterscheidungswert) fehlen.

Jedes Nukleotid weist zwei charakteristische Merkmale auf: die Anzahl der Wasserstoffbrücken (zwei oder drei) und der Kohlenstoffringe (eins oder zwei). Diese Merkmale sind für die Bindung von Nukleotiden untereinander relevant. Somit entsprechen Nukleotide mit zwei Ringen denen mit einem Ring (und umgekehrt), aber mit der gleichen Anzahl an Wasserstoffbrückenbindungen. Diese Regelmäßigkeit kann jedoch geändert werden, soweit es die dritte Position in einem Codon betrifft.

„Die Verwendung eines semiotischen Ansatzes ermöglicht es, zu identifizieren, welche Rolle jedes Nukleotid bei der Unterscheidung von Codons spielt, und Wobbeln als einen speziellen Lesemodus zu betrachten. Als Produkt der Evolution ist der genetische Code semiotisch heterogen – in der Hälfte der Codons (32 ) Die dritte Position ist irrelevant, in dreißig Fällen wirkt es in halber Stärke (nur ein Merkmal, die Anzahl der Ringe ist relevant); und nur im Fall des Tryptophans sind beide Merkmale gleichermaßen beteiligt.

„Informational-semiotischer Ansatz ermöglicht [us] um die gemeinsame Beschreibung des genetischen Codes zu ergänzen. Der frühe Francis Crick bezeichnete Abweichungen von den Regelmäßigkeiten des genetischen Codes im Zusammenhang mit der dritten Position als „aus dem offensichtlichen Sinn heraus“. Aus semiotischer Sicht könnte die Sonderstellung des Nukleotids jedoch eine sinnvolle Erklärung haben, da seine Hauptfunktion darin besteht, ein Codon vom anderen zu trennen, und nur die zweite Funktion darin besteht, zwischen Codons zu unterscheiden“, sagt Suren Zolyan, Doktor für Philologische Wissenschaften, Professor, leitender Forscher der Baltischen Föderalen Immanuel-Kant-Universität, Institut für Geisteswissenschaften.