סיקור מקיף

עושים תיקון

די בשני סיבובים של בנייה רקורסיבית כדי ליצור מולקולת די-אן-אי ארוכה מושלמת, המאפשרת פעולה ביולוגית יעילה

מולקולת DNA. איור
מולקולת DNA. איור

לבנות מבנים מושלמים מרכיבים בלתי-מושלמים? זה נשמע כמו לאפות עוגה מושלמת מרכיבים לא טריים. במילים אחרות, זה נשמע כמשימה בלתי-אפשרית. אבל זה בדיוק מה שהצליחו לעשות מדענים מהמחלקות למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית, וכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע. כדי לעשות זאת הם השתמשו במושג מדעי הקרוי רקורסיה, שבו אנו משתמשים, באופן אינטואיטיבי, כדי ליצור ולהבין משפטים כמו “הכלב שרודף אחרי החתול שנשך את העכבר שאכל את הגבינה שנפלה מכיס האדם הוא שחור”. באמצעות רקורסיה אפשר להרכיב מולקולות ארוכות של די-אן-אי, באופן היררכי, מאבני בנייה קטנות יותר. אבל, באבני הבנייה של די-אן-אי מלאכותי, וגם במולקולות הארוכות עצמן, קיימות טעויות שונות הפזורות במיקומים אקראיים על-פני הרצף. כדי להשתמש במולקולות אלו ולקבל תוצרים רצויים, יש לתקן תחילה את הטעויות הללו.

על-אף העובדה שהמולקולות שנבנו באופן מלאכותי מכילות טעויות, אפשר וסביר לצפות שלפחות כמה מהן יכילו רצפים ארוכים ללא פגם. אפשר לזהות את קטעי הדי-אן-אי המושלמים הארוכים האלה, להוציאם מהמולקולה, ולהשתמש בהם שוב בשלב נוסף של בנייה רקורסיבית, שבו מתחילים ממרכיבים ארוכים ומדויקים יותר, דבר המגדיל את הסיכוי לקבל מולקולות די-אן-אי ארוכות מושלמות.

בניסויים שביצע הצוות, אשר בראשו עמד פרופ' אהוד שפירא מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית, ומהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, וכלל גם את ד”ר גריגורי לינשיץ ותלמיד המחקר תובל בן-יחזקאל, נמצא כי די בשני סיבובים של בנייה רקורסיבית כדי ליצור מולקולת די-אן-אי ארוכה מושלמת, המאפשרת פעולה ביולוגית יעילה. עם זאת, החוקרים אומרים כי אם יש בכך צורך, ניתן, תיאורטית, להמשיך בתהליך תיקון הטעויות הזה עד לקבלת מולקולה מושלמת. ממצאים אלה פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Molecular System Biology.

שיטת תיקון מקורית זו עשויה לשמש לבנייה מהירה ומדויקת של מולקולות די-אן-אי, וכן לשילוב מקטעים של די-אן-אי. “מולקולות די-אן-אי סינתטיות חיוניות למחקר הביולוגי והביו-רפואי, ואנו מקווים שבנייתן באופן יעיל ומדויק באמצעות התהליך הרקורסיבי הזה תוכל לסייע להתקדמות בתחומים אלה”, אומר פרופ' שפירא.

8 תגובות

  1. מיכאל,

    אני מאמין שבכל העברה של מושג מעולם מדעי מסויים (כמו מחשבים) לעולם אחר (כביולוגיה) צריך להיזהר מאד בניסוחים ולהבהיר את משמעותם המלאה.
    כפי שחנן אמר, חלק מהבעיה כאן טמון בהגדרתה העמומה של הרקורסיה בכתבה. בעיה אחרת נעוצה בכך שכל תהליכי המטבוליזם בתא ובגוף הם רקורסיביים במידה זו או אחרת.

    בקיצור, שני אלו תורמים לבלבול. אולי המילה רקורסיה מתאימה כאן, אבל הכתבה עצמה לא לגמרי ברורה וגורמת לי לסלוד מהשימוש במונח זה.

  2. רועי:
    אינני יודע אם קראת את תגובתי האחרונה (בנושא הכלי המחשבתי).
    כמי שעסק רבות באלגוריתמים ממוחשבים אני יודע שזה כלי רב עצמה מאין כמוהו.
    אני גם רוצה לציין שעקב היותה כה שימושית אצל אנשי מחשבים – אף אחד מביניהם אינו רואה במילה רקורסיה מילה בומבסטית – זו פשוט מילה מתאימה במקרים רבים והמקרה שלפנינו הוא אחד מהם. לדעתי המילה נבחרה במאמר זה לא עקב הבומבסטיות שלה אלא עקב התאמתה. היא פשוט מסבירה מה עשו טוב מכל מילה אחרת. אני די בטוח שאם לא היו משתמשים במלה זו היה הרבה יותר קשה להבין מה עשו ומדוע זה עובד.

  3. חנן,

    קצת באיחור, אבל אני מסכים עם דברי מיכאל. התהליך אכן רקורסיבי משום שהוא מקבל כקלט את הפלט הקודם של עצמו. קשה בביולוגיה לקבוע קיום של רקורסיה יחודית (אולי מפני שכאשר חושבים על זה לעומק, כל צורה של מטבוליזם היא למעשה רקורסיה), אבל נראה שזה מה שהחוקרים עשו כאן.
    אני גם מסכים איתך שהחוקרים יכלו לבחור במילה בומבסטית פחות לתהליך, אבל מילים גדולות מוכרות מאמרים יותר טוב.

    רועי.

  4. מיכאל, במקרה זה אני מוכן לקבל את הטיעון שהעלית, לגבי הרעיון של כלי מחשבתי. מעניין אם זה גם מה שהנחה את החוקרים בקביעת הניסוח…

    אישית, מה שהפריע לי פה זה הניסוח עצמו ולא הרעיון של המחקר.

  5. חנן:
    דבריך אינם נכונים.
    רקורסיה היא בראש וראשונה כלי מחשבתי.
    האבחנה שאם יש תהליך מסויים שאם נבצעו על הקלט יצור מצב שהפלט יכול לשמש כקלט לאותו תהליך בדיוק ושאם חוזרים ומפעילים את התהליך מגחעים בסופו של דבר לתןצאה הרצויה היא בעלת כח אדיר ואני אישית השתמשתי בה רבות לפתרון בעיות.
    כשם שזה כלי טוב לפתרון בעיות זה גם כלי מצויין להסברת הפתרון.

  6. אמת מיכאל, אבל השאלה שלי יותר פשוטה. זו גם לולאה, זו גם איטרצייה, זהו גם תהליך מחזורי, זהו תהליך ציקלי וכ"ו…

    מה הסיבה שדווקא בחרו את המינוח "רקורסייה"? אני לא מוצא שום סיבה ספציפית, פרט למתן שם מפוצץ לרעיון עצמו (עם כל הכבוד לפיתוח, שהוא מעניין ביותר). כל מי שעוסק בתחום המחשב מבין מיד שאין כאן שום דבר מבחינת המינוח, אלא לשם מתן שמות שימשכו את העין. מבחינה מעשית, מדובר כאן בתהליך מחזורי, שכמוהו יש אלפים (וגם בהם הפלט הוא הקלט של השלב הבא). במונחי מחשוב, אין שום הבדל בתוצר הסופי בין אם התהליך נעשה ברקורסייה או באיטרצייה אחרת. ההבדלים קיימים רק בתחום המחשבים ומתמקדים אך ורק בשיטת פעולת המחשב, הזיכרון, יעילות האלגוריתם, סיבוכיות זמן הריצה של האלגוריתם וכ"ד. מבחינת העולם הביולוגי, כל זה אין לו משמעות כלל.

    חנן סבט
    http://WWW.EURA.ORG.IL

  7. חנן:
    זו בפירוש רקורסיה כי זה תהליך שבו בכל שלב הקלט הוא הפלט של השלב הקודם בשעה שמה שעושים עם הקלט כדי לקבל את הפלט זהה בכל המחזורים.
    זה, אגב, כלל לא מפליא, הן מכיוון שהדימוי של תכנה ונתונים במחשב מאד מתאים ל DNA והן מכיוון שאהוד שפירא שמוביל את הפרויקט הוא איש מדעי המחשב.

  8. המצאה מעניינת ביותר, אך אני חייב לשאול: מדוע לקחת מונחים מעולם המיחשוב ולהצמיד אותם לתהליך ציקלי כלשהו? הרי רוב התהליכים לבניית פולימרים, מסלולים מטבוליים וכ"ד הם מעגליים ביסודם וכך גם תהליכים מלאכותיים – דוגמת פעולת ה- PCR.

    מדוע לא יכלו החוקרים לומר בפשטות שמדובר בתהליך איטרטיבי (בדומה ל"לולאה" בתכנות) והיו חייבים להתהדר ברעיון הרקורסייה (שמשמש בתכנות ובמתמטיקה, אך אין לו שום ייתרון או משמעות מציאותית בהשוואה למונחים האחרים) ??? לא הבנתי מדוע ובמה יוצא דופן התהליך הנ"ל, שהוחלט לכנותו רקורסיבי ולא בפשטות תהליך מעגלי/לולאתי/איטרטיבי/ציקלי/מחזורי וכ"ו ???

    רועי צנזה – הבמה שלך 😉

    חנן סבט
    http://WWW.EURA.ORG.IL

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

אתר זה עושה שימוש באקיזמט למניעת הודעות זבל. לחצו כאן כדי ללמוד איך נתוני התגובה שלכם מעובדים.