Informações digitais e analógicas armazenadas no DNA

[Conceito] Informação no DNA (Imagem gerada por IA - Salvador Daqui em NightCafé Studio)

por Fazale Rana
14 de abril de 2014

Dois pesquisadores demonstraram que o DNA abriga informações em formatos digitais e analógicos. Esses dois tipos de informação parecem estar intrinsecamente acoplados por meio de sequências de nucleotídeos de DNA, formando um sistema irredutivelmente complexo. Essa nova perspectiva revela a elegante sofisticação dos genomas e defende o design inteligente, destacando a notável analogia entre a estrutura e o funcionamento dos sistemas de informação bioquímica e os sistemas de informação produzidos por designers humanos.

Embora esta seja uma era de downloads digitais e serviços de assinatura de música, a popularidade dos discos de vinil está, na verdade, aumentando.

Esse retorno surpreendente se deve, em parte, à natureza analógica do vinil. Alguns audiófilos afirmam que as formas de onda contínuas cortadas nas ranhuras de um disco proporcionam um som mais rico e dinâmico do que a música digitalizada armazenada em CDs e arquivos MP3 (ou MP4, para todos os usuários da Apple). Outros entusiastas da música não têm tanta certeza. Em vez disso, elogiam a qualidade sonora das gravações digitais. A realidade é que ambos os formatos têm seus pontos fortes e limitações. No final das contas, a preferência de cada um é provavelmente mais subjetiva do que qualquer outra coisa.

Mas a discussão sobre formatos digitais e analógicos não se limita às gravações musicais. Recentemente, os pesquisadores Georgi Muskhelishvili e Andrew Travers apontaram que as informações contidas no DNA apresentam características tanto digitais quanto analógicas. [1] Em vez de debater a superioridade de qualquer um dos formatos, no entanto, esses cientistas demonstraram que os dois tipos de informação trabalham juntos para permitir a expressão gênica eficaz. Sua visão fornece uma nova e importante maneira para os bioquímicos pensarem sobre a complexidade organizacional dos genomas. Também destaca a elegante sofisticação dos sistemas bioquímicos, reforçando assim a defesa do design inteligente.

Informação Digital e Analógica no DNA

Os bioquímicos há muito reconhecem que as sequências de nucleotídeos que compõem as moléculas de DNA codificam informações digitais. As sequências de nucleotídeos representam uma sucessão de unidades discretas (ou seja, letras genéticas), assim como os 1s e 0s que codificam a informação digital em um CD ou arquivo MP3. Nesse contexto, um gene consiste em um trecho isolado de código que especifica a informação digital (ou seja, a sequência de aminoácidos) usada pelo maquinário da célula para construir uma proteína específica.

A célula não precisa de todas as proteínas codificadas em seu genoma o tempo todo. Às vezes, os genes são expressos (e as proteínas correspondentes são produzidas), outras vezes não. Ou seja, a informação digital em um gene pode ser expressa ou não. Em outras palavras, o gene é uma entidade descontínua que adere à lógica "liga-desliga" característica da informação digital.

O que não era aparente para os bioquímicos eram as informações analógicas contidas no DNA — pelo menos até Muskhelishvili e Travers relatá-las. [2] Eles observam que as sequências de nucleotídeos do DNA não apenas codificam informações para produzir proteínas, mas também impactam a arquitetura de ordem superior do DNA, que abriga as informações analógicas.

A maioria das pessoas reconhece a icônica estrutura de dupla hélice do DNA, mas o que talvez não seja bem conhecido é que a dupla hélice do DNA pode adotar uma variedade de formas de ordem superior. Uma das arquiteturas mais comuns é chamada de superenrolamento. A imagem abaixo mostra o superenrolamento de um genoma bacteriano típico. (Nas bactérias, as extremidades da dupla hélice se unem para formar um pedaço circular de DNA.)

Imagem de Notahelix em Wikimedia Commons via Reasons to Believe

O superenrolamento do DNA pode ser descrito por uma série de parâmetros: (1) positivo ou negativo; (2) torção; e (3) contorção. Esses parâmetros variam continuamente, assim como os sulcos de um LP de vinil. Em outras palavras, o superenrolamento é uma propriedade analógica.

Acontece que a sequência de nucleotídeos determina os parâmetros de superenrolamento. Certas sequências de nucleotídeos localizadas tornam algumas regiões da dupla hélice mais propensas ao superenrolamento do que outras. Por outro lado, algumas sequências de nucleotídeos localizadas conferem à dupla hélice do DNA alta flexibilidade, facilitando o desenrolamento e a destorção.

Os bioquímicos perceberam que as estruturas de ordem superior do DNA e, portanto, as informações analógicas, desempenham um papel significativo na expressão genética, com o grau de superenrolamento influenciando a extensão da expressão genética.

A Interação entre As Informações Digitais e Analógicas do DNA

Muskhelishvili e Travers apontam que as informações digitais e analógicas são acopladas intrinsecamente por meio da sequência de nucleotídeos. Ou seja, a sequência de nucleotídeos especifica a informação digital do gene e, ao mesmo tempo, as arquiteturas de ordem superior do genoma, que por sua vez influenciam a expressão da informação digital encontrada no gene. Segundo esses dois pesquisadores, esse acoplamento representa uma "complexidade organizacional irredutível". [3]

Eles também observam que proteínas que interagem com o genoma auxiliam no acoplamento de informações digitais e analógicas. As proteínas se ligam a sequências de nucleotídeos específicas. Uma vez ligadas, essas biomoléculas ajudam a promover o superenrolamento e estabilizar arquiteturas de ordem superior. Em outros casos, proteínas ligadas relaxam o superenrolamento ou desestabilizam a dupla hélice. Em outras palavras, as proteínas desempenham um papel na regulação da expressão da informação digital no genoma por meio do componente analógico.

As implicações dessa percepção podem ser de longo alcance. Muskhelishvilli e Travers argumentam que isso requer uma estratégia nova e mais holística para estudar a expressão gênica, em oposição às abordagens tradicionais que tratam a regulação gênica separadamente das informações encontradas nos genes.

Informação e O Caso do Design Inteligente

As implicações dessa percepção também são de longo alcance quando se trata da defesa bioquímica do design inteligente. Em “The Cell’s Design” (O design da célula) descrevo inúmeras maneiras pelas quais a estrutura e o funcionamento de biomoléculas e sistemas bioquímicos se assemelham aos designs humanos. Argumento que essas semelhanças profundas levam logicamente à conclusão de que os processos e estruturas mais fundamentais da vida decorrem do trabalho de um Agente inteligente.

Para esse fim, os sistemas químicos da célula são, em essência, sistemas de informação. A experiência comum ensina que a informação vem de uma mente. Nesse sentido, é intrigante que a informação armazenada no DNA assuma características tanto digitais quanto analógicas, empregando os mesmos formatos que usamos quando codificamos informações. Em outras palavras, não é apenas a presença de sistemas de informação na célula que justifica o design inteligente; é o fato de que esses sistemas de informação são organizados da mesma forma que designers humanos estruturariam sistemas de informação.

Essa nova percepção é apenas a ponta do iceberg. Para mais informações sobre a analogia entre sistemas de informação bioquímicos e sistemas de informação projetados por humanos, confira os seguintes artigos:

• “Cientistas de Harvard escrevem livro sobre design inteligente – no DNA”
• “Máquinas de Turing bioquímicas 'reiniciam' o argumento do relojoeiro”
• “Comparando sistemas operacionais de computadores e genomas”

Notas de Fim

• Georgi Muskhelishvili e Andrew Travers, “Integration of Syntactic and Semantic Properties of the DNA Code Reveals Chromosomes as Thermodynamic Machines Converting Energy into Information”, Cellular and Molecular Life Sciences 70, n.º 23 (dezembro de 2013): 4555–67, doi:10.1007/s00018-013-1394-1.
• Ibid.
• Ibid.: 4557.

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Traduzido de Digital and Analog Information Housed in DNA (RTB)

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