O DNA tem algo equivalente a instruções IF, loops WHILE ou chamadas de função?

O DNA tem algo como instruções IF, loops WHILE ou chamadas de função?

• Pergunta sobre se o DNA possui estruturas como instruções IF, saltos GOTO e loops WHILE.
• No desenvolvimento de software, essas estruturas executam blocos de código quando certas condições são atendidas.

Exemplos biológicos semelhantes a construções de programação

• IF: um gene é transcrito quando fatores ativadores de transcrição estão presentes. O evento não termina até que o programa seja encerrado pela morte da célula.
• WHILE: um gene é transcrito até que fatores repressores de transcrição estejam presentes.
• Não há um análogo direto para chamada de função. Todos os eventos acontecem no mesmo espaço e há possibilidade de interferência mútua.
• GOTO: depende da condição e pode ocorrer em certas conexões de rede. Por exemplo, se uma via de sinalização for A → B → C e houver outra conexão D → C, quando D for ativado ele pode influenciar C diretamente sem passar por A e B.
• Há casos de construção de portas lógicas usando circuitos de biologia sintética.

Comparação entre DNA e código de computador

• O DNA não pode ser comparado diretamente com código de computador. O importante não é a estrutura sintática, mas a lógica subjacente.
• O DNA é apenas um conjunto de instruções e não uma entidade completamente funcional.
• As células têm natureza analógica, então na maioria das situações os valores das variáveis não são 0/1 (binários).

O DNA não é semelhante a código de computador

• Código de computador tem ordem de execução, mas o DNA é paralelo e não sequencial.
• Código de computador tem significado rígido e consistente, mas o DNA é traduzido em aminoácidos, e interações químicas complexas entre eles determinam a função das proteínas.
• Caminhos mais parecidos com os de um computador devem ser buscados no nível das proteínas, não no nível do DNA.

Biologia sintética

• Há alguns pontos comparáveis entre a forma como genes são expressos a partir do DNA e funções lógicas, mas não de forma perfeita.
• A biologia sintética está evoluindo como um novo campo que busca integrar funções lógicas à biologia.

Interferência transcricional

• A interferência transcricional pode ser vista como uma forma de IF (ou WHILE).
• O DNA só faz sentido em termos de execução sequencial de código, enquanto muitas transcrições ocorrem simultaneamente em paralelo.

Discussão adicional sobre chamadas de função

• Receptores nucleares são um bom exemplo de chamada de função: quando ativados, ativam a repressão/ativação gênica de sub-rotinas dentro da célula e processos a jusante.

Estruturas de baixo nível semelhantes à programação

• FUNCTION CALL: substituir uma única subunidade dentro de uma proteína complexa é semelhante a uma chamada de função.
• IF: por meio de splicing alternativo, partes do DNA (éxons) podem ou não ser incluídas no transcrito que codifica a proteína final.

Opinião do GN⁺

• Este texto oferece uma discussão interessante sobre se o DNA possui estruturas semelhantes às de linguagens de programação de computador.
• Embora uma comparação direta entre DNA e código de computador seja imprecisa, ela pode ajudar a entender princípios de operação lógica em sistemas biológicos.
• Os avanços da biologia sintética estão abrindo novas possibilidades para integrar funções lógicas a sistemas biológicos, o que pode ter impacto importante em futuras pesquisas e aplicações em biotecnologia.

[GN⁺]

Comentário do Hacker News

• O DNA não tem estruturas de programação, mas pode ser visto como algo que funciona como uma rede neural. Redes de regulação gênica se parecem com redes neurais, nas quais nós interconectados que processam informação (genes e proteínas) influenciam a atividade uns dos outros.

  • Algumas proteínas têm o papel de ativar outros genes, e elas são fatores de transcrição que exercem um papel central na rede de regulação.
  • Fatores de transcrição se ligam à região promotora de um gene e iniciam a produção de outras proteínas, o que desencadeia uma reação em cadeia.
  • Alguns fatores de transcrição são repressivos.

• Um aspecto curioso do mtDNA é que dois genes distintos se sobrepõem usando quadros de leitura diferentes. O fim de um gene coincide com o início do outro, e isso é organizado para ser aproveitado no genoma mitocondrial circular.

  • Cromossomos de DNA podem sofrer mudanças de forma em resposta ao ambiente ao redor, o que pode aumentar ou reduzir a probabilidade de um determinado quadro de leitura ser transcrito.
  • Fico curioso se esse mecanismo está envolvido na forma como os genes homeobox funcionam para alterar a expressão genética ao longo do "plano básico" do corpo.
  • Na medida em que se pode identificar "estruturas" de programação no sistema, o efeito geral é dominado por ruído e comportamento emergente, e o modo geral do sistema é um "loop de controle por feedback".

• Como instrutor que ensina criatividade e o processo de inovação, compartilho com meus alunos exemplos de invenções obtidas pela observação da natureza (por exemplo, o velcro surgiu quando o inventor observou carrapichos grudando no pelo do seu cachorro).

  • Acho que as descobertas sobre computação virão da observação de como a natureza funciona, especialmente a mente humana.
  • Essas descobertas mudarão de forma fundamental como a computação é conceituada.

• Esta postagem parece preguiçosa, mas gerou comentários interessantes até certo ponto. Espero que mais pessoas mudem sua percepção sobre engenharia de software.

  • Há um texto que vale a leitura sobre um tema relacionado.

• Para quem tem interesse em biologia computacional, a aula de George Church é excelente.

  • Descrição da aula: avalia os avanços nas relações entre sequência, estrutura e função em redes biológicas complexas e na modelagem realista de análises genômicas quantitativas, abrangentes e funcionais.
  • Os exercícios incluem abordagens com algoritmos, estatística, bancos de dados e simulação, além de aplicações práticas em medicina, biotecnologia, descoberta de fármacos e engenharia genética.

• O gene KMT2D é um dos genes conhecidos por regular a expressão de outros genes. Defeitos nesse gene frequentemente levam à síndrome de Kabuki.

  • Na palestra de Bert Hubert, 'DNA: The Code of Life (SHA2017)', foi dado um exemplo de comportamento do tipo IF.

• Tim Blais, no YouTube, fez uma música educativa e divertida sobre máquinas moleculares com base na pesquisa de A. Leigh. Por meio de uma animação que mostra como "interruptores" eletroquímicos codificam estados binários, ele demonstra que, em princípio, é possível construir portas lógicas.

• Penso no DNA como uma programação ao longo de milhões de anos. Uma série conectada de código que funciona mal, sem comentários e sem documentação, em que as razões de o código ter ficado daquele jeito foram completamente esquecidas com o tempo. Alterar qualquer coisa é ruim, certos blocos de código levam a determinados comportamentos, e quanto mais você olha para o código, mais ele parece código espaguete.

• Este conjunto de slides oferece uma boa visão geral de parte do trabalho feito em computação com DNA. Em especial, é muito interessante usar os mecanismos do DNA para resolver o TSP (Traveling Salesman Problem).

• Fatores ativadores de transcrição (IF) estão presentes quando um gene é transcrito, e fatores repressores de transcrição (WHILE) fazem com que o gene seja transcrito até que o fator repressor esteja presente.

  • IF e WHILE são equivalentes, e WHILE é uma espécie de contraposição de IF.
  • Dizer que a transcrição é provocada quando um "fator repressor" não está presente não faz muito sentido; como a presença do fator repressor suprime a expressão, seria mais coerente dizer "fator repressor de transcrição; o gene é transcrito até que o fator repressor esteja presente".