L’ADN a-t-il l’équivalent des instructions IF, des boucles WHILE ou des appels de fonction ?

L’ADN a-t-il des équivalents aux instructions IF, aux boucles WHILE ou aux appels de fonction ?

• Question sur l’existence, dans l’ADN, de structures comparables aux instructions IF, aux sauts GOTO ou aux boucles WHILE.
• En développement logiciel, ces structures permettent d’exécuter des blocs de code lorsque certaines conditions sont remplies.

Exemples biologiques analogues à des constructions de programmation

• IF : un gène est transcrit lorsqu’un facteur d’activation de la transcription est présent. L’événement ne s’arrête pas avant l’arrêt du programme, c’est-à-dire la mort de la cellule.
• WHILE : un gène est transcrit tant qu’un facteur de répression de la transcription n’est pas présent.
• Il n’existe pas d’analogue direct à l’appel de fonction. Tous les événements ont lieu dans le même espace, avec des possibilités d’interférences mutuelles.
• GOTO : cela dépend de la condition et peut apparaître dans certains réseaux de connexion. Par exemple, si une voie de signalisation suit A → B → C et qu’il existe une autre connexion D → C, l’activation de D peut alors influencer directement C sans passer par A ni B.
• Il existe des exemples de construction de portes logiques à l’aide de circuits de biologie synthétique.

Comparaison entre l’ADN et le code informatique

• L’ADN ne peut pas être comparé directement à du code informatique. Ce qui compte, ce n’est pas la structure syntaxique, mais la logique sous-jacente.
• L’ADN n’est qu’un ensemble d’instructions et ne constitue pas une entité entièrement fonctionnelle à lui seul.
• La cellule a une nature analogique, de sorte que dans la plupart des situations, la valeur des variables n’est pas 0/1 (binaire).

L’ADN n’est pas semblable à du code informatique

• Le code informatique a un ordre d’exécution, alors que l’ADN fonctionne en parallèle et non de manière séquentielle.
• Le code informatique possède une signification stricte et cohérente, tandis que l’ADN est traduit en acides aminés, et les interactions chimiques complexes entre eux déterminent la fonction des protéines.
• Des voies comparables à celles d’un ordinateur doivent être recherchées au niveau des protéines, et non à celui de l’ADN.

Biologie synthétique

• Il existe certains points de comparaison entre la manière dont les gènes sont exprimés à partir de l’ADN et les fonctions logiques, mais ils ne sont pas parfaits.
• La biologie synthétique évolue comme un nouveau domaine cherchant à intégrer des fonctions logiques dans le vivant.

Interférence transcriptionnelle

• L’interférence transcriptionnelle peut être vue comme une forme d’instruction IF (ou de WHILE).
• L’ADN n’a de sens que pour une exécution séquentielle du code, alors qu’en réalité de nombreuses transcriptions se produisent simultanément en parallèle.

Discussion complémentaire sur l’appel de fonction

• Les récepteurs nucléaires constituent un bon exemple d’appel de fonction : lorsqu’ils sont activés, ils déclenchent la répression/activation des gènes d’une sous-routine dans la cellule ainsi que les processus en aval.

Structures de bas niveau analogues à la programmation

• FUNCTION CALL : remplacer une seule sous-unité dans une protéine complexe ressemble à un appel de fonction.
• IF : via l’épissage alternatif, certaines parties de l’ADN (exons) peuvent être incluses ou non dans le transcrit qui code la protéine finale.

Avis de GN⁺

• Cet article propose une discussion intéressante sur la question de savoir si l’ADN possède des structures analogues à celles des langages de programmation informatique.
• Même si une comparaison directe entre l’ADN et le code informatique est inexacte, elle peut aider à comprendre les principes de fonctionnement logique dans les systèmes biologiques.
• Les progrès de la biologie synthétique ouvrent de nouvelles possibilités pour intégrer des fonctions logiques dans les systèmes biologiques, avec des implications potentiellement importantes pour la recherche et les applications futures en biotechnologie.

[GN⁺]

Commentaire Hacker News

• L’ADN ne possède pas de structures de programmation à proprement parler, mais on peut le voir comme quelque chose qui fonctionne à la manière d’un réseau neuronal. Les réseaux de régulation génétique ressemblent à des réseaux neuronaux, via des nœuds interconnectés (gènes et protéines) qui traitent l’information en influençant mutuellement leur activité.

  • Certaines protéines servent à activer d’autres gènes ; ce sont des facteurs de transcription qui jouent un rôle central dans le réseau de régulation.
  • Les facteurs de transcription se lient à la région promotrice d’un gène pour lancer la production d’autres protéines, ce qui déclenche une réaction en chaîne.
  • Certains facteurs de transcription sont inhibiteurs.

• Une particularité de l’ADNmt est que deux gènes distincts s’y chevauchent en utilisant des cadres de lecture différents. La fin d’un gène correspond au début d’un autre, et l’agencement du génome mitochondrial circulaire exploite cette propriété.

  • Les chromosomes d’ADN peuvent subir des changements de forme en réponse à l’environnement, ce qui peut augmenter ou diminuer la probabilité qu’un certain cadre de lecture soit transcrit.
  • Je me demande si ce mécanisme intervient dans la manière dont fonctionnent les gènes homéobox, qui modifient l’expression génétique à l’échelle du « plan de base » du corps.
  • Dans la mesure où l’on peut identifier des « structures » de programmation dans le système, l’effet global reste dominé par le bruit et les comportements émergents, et le mode général du système est celui d’une « boucle de contrôle par rétroaction ».

• En tant qu’enseignant du processus de créativité et d’innovation, je partage avec mes étudiants des exemples d’inventions issues de l’observation de la nature (par ex., le Velcro est né de l’observation de bardanes accrochées au pelage du chien de son inventeur).

  • Je pense que les découvertes en informatique viendront de l’observation de la manière dont la nature fonctionne, en particulier l’esprit humain.
  • Ces découvertes changeront fondamentalement notre façon de conceptualiser l’informatique.

• Ce post paraît paresseux, mais il a donné lieu à des remarques intéressantes dans une certaine mesure. J’aimerais voir évoluer davantage la perception qu’ont les gens du software engineering.

  • Il y a un texte intéressant à lire sur des sujets connexes.

• Pour celles et ceux qui s’intéressent à la biologie computationnelle, les cours de George Church sont excellents.

  • Description du cours : il évalue les avancées sur les relations entre séquence, structure et fonction dans les réseaux biologiques complexes, ainsi que sur la modélisation réaliste d’analyses quantitatives, globales et fonctionnelles en génomique.
  • Les exercices incluent des approches par algorithmes, statistiques, bases de données et simulation, avec des applications pratiques en médecine, biotechnologie, découverte de médicaments et ingénierie génétique.

• Le gène KMT2D est l’un des gènes connus pour réguler l’expression d’autres gènes. Les anomalies de ce gène conduisent souvent au syndrome de Kabuki.

  • Dans sa conférence « DNA: The Code of Life (SHA2017) », Bert Hubert a donné un exemple de comportement de type IF.

• Tim Blais, sur YouTube, a créé une chanson éducative et amusante sur les machines moléculaires, basée sur les travaux de A. Leigh. Grâce à une animation montrant comment des « commutateurs » électrochimiques encodent des états binaires, elle montre qu’il est possible, en principe, de construire des portes logiques.

• On peut considérer l’ADN comme une programmation étalée sur des millions d’années. Une série de morceaux de code reliés entre eux, qui fonctionnent imparfaitement, sans commentaires ni documentation, et dont les raisons d’être ont été complètement oubliées avec le temps. Le modifier est risqué, certains blocs de code entraînent certains comportements, et plus on l’examine, plus cela ressemble à du spaghetti code.

• Ce jeu de slides offre une bonne vue d’ensemble d’une partie des travaux réalisés en calcul sur ADN. Il est particulièrement fascinant de voir comment les mécanismes de l’ADN ont été utilisés pour résoudre le TSP (Traveling Salesman Problem).

• Les activateurs de transcription (IF) sont présents lorsqu’un gène est transcrit, et les répresseurs de transcription (WHILE) impliquent qu’un gène est transcrit jusqu’à ce qu’un facteur inhibiteur soit présent.

  • IF et WHILE sont équivalents ; WHILE est une sorte de transposition de IF.
  • Déclencher la transcription quand un « facteur inhibiteur » n’est pas présent n’a pas vraiment de sens ; comme la présence d’un répresseur inhibe l’expression, il serait plus logique de dire « répresseur de transcription ; le gène est transcrit jusqu’à ce qu’un répresseur soit présent ».