Les scientifiques ont découvert que les fonctions clés d’une branche des mathématiques “pures” peuvent prédire la fréquence à laquelle les mutations génétiques entraînent des changements de fonction.
Ces règles, établies au moyen de fonctions dites de somme, régissent également certains aspects du repliement des protéines, du codage informatique et de certains états magnétiques en physique.
a déclaré l’auteur principal de l’étude Vibhav Mohanty, physicien théoricien, candidat au doctorat et MD à la Harvard Medical School et au MIT.
Pour chaque génotype – les lettres d’ADN d’un gène particulier – il existe un phénotype, ou résultat final : une nouvelle protéine, ou même un comportement dans le cas de gènes qui régulent d’autres pools de gènes. Le génotype peut acquérir un certain nombre de mutations avant que le phénotype ne change ; Cette accumulation de mutations neutres est le principal mode d’évolution.
“Nous voulons comprendre quelle est la force du phénotype de mutation réel?” dit Mohanty. “Il s’avère que cette force est trop élevée.” En d’autres termes, de nombreux “caractères”, ou paires de bases qui composent le code ADN, peuvent changer avant que le résultat ne change.
Parce que ces forces sont observées non seulement en génétique mais aussi dans des domaines tels que la physique et l’informatique, Mohani et ses collègues soupçonnent que leurs racines pourraient résider dans les mathématiques sous-jacentes aux séquences potentielles. Ils ont imaginé cette séquence possible comme un cube multidimensionnel, connu sous le nom d’hypercube, avec chaque point de ce cube impossible visualisé comme un génotype possible. Mohany a déclaré que les génotypes avec le même phénotype finiraient par se regrouper. La question est, à quoi ressemble ce cluster ?
Il s’avère que la réponse réside dans la théorie des nombres, le domaine des mathématiques concerné par les propriétés des nombres entiers positifs. Il a été démontré que la résistance phénotypique moyenne des mutants est déterminée par ce qu’on appelle la fonction somme des nombres. Cela signifie qu’en additionnant les nombres représentant chaque génotype sur le cube, vous pouvez obtenir la robustesse moyenne de ce génotype.
“Disons qu’il y a cinq génotypes qui sont en corrélation avec un certain phénotype”, a déclaré Mohanty. Ainsi, par exemple, cinq séquences d’ADN, chacune avec une mutation différente, mais toutes codant toujours pour la même protéine.
Les chercheurs ont découvert que l’addition des nombres utilisés pour représenter ces cinq séquences vous donne le nombre moyen de mutations que le génotype peut avoir avant que son phénotype ne change.
Cela conduit à une deuxième découverte intéressante : ces nombres du graphique forment ce qu’on appelle des courbes de planmange, des courbes fractales nommées d’après les puddings français (qui ressemblent à des puddings moulés de fantaisie).
Sur les courbes fractales, Mohany a déclaré : “Si vous zoomez sur la courbe, on dirait qu’elle est réduite, et vous pouvez continuer à zoomer indéfiniment, indéfiniment, indéfiniment, et le résultat sera le même.”
Mohani dit que ces résultats révèlent des secrets intéressants sur la correction des erreurs. Par exemple, les systèmes naturels étudiés par les chercheurs ont tendance à gérer les erreurs différemment des humains lors de la configuration des magasins de données, comme dans les messages numériques ou sur des CD ou des DVD. Dans cet exemple technologique, tous les défauts sont traités de la même manière, alors que les systèmes biologiques ont tendance à protéger certaines séquences plus que d’autres.
Ce n’est pas surprenant pour les séquences génétiques, dit Muhany, car il peut y avoir de nombreuses séquences pivots, puis d’autres séquences qui sont plus périphériques aux fonctions génétiques clés.
Comprendre la dynamique de ces mutations neutres peut finalement être important pour la prévention des maladies, a déclaré Mohany. Les virus et les bactéries évoluent rapidement, accumulant de nombreuses mutations neutralisantes au cours du processus. S’il y avait un moyen d’empêcher cet agent pathogène d’atterrir une mutation d’aiguille dans la botte de foin lucrative parmi toutes les balles, les chercheurs pourraient être en mesure d’entraver la capacité de l’agent pathogène à devenir plus infectieux ou résistant aux antibiotiques, par exemple.
Les chercheurs ont publié leurs conclusions le 26 juillet à Journal des façades de la Royal Society.
2023-08-11 16:01:09
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