Enesereplikatsioon: mis see on ja kuidas see töötab
Replikatsioon on üldine sõna koopia tegemise kohta. Enesereplikatsioon on protsess, mille abil asi võib endast koopia teha. Bioloogilised rakud paljunevad sobivas keskkonnas rakkude jagunemise teel. See protsess on iseorganiseeruv, arvestades raku põhilist masinavärki. Raku jagunemise käigus paljuneb DNA ja seda saab reproduktsiooni käigus järglastele edasi anda.
Esinevad muud liiki replikatsioonid. RNA-viirused kasutavad raku mehhanismi, et paljundada oma RNA-ahelat ja teha oma valgukest. Retroviirused on üks tähtsamaid RNA-viirusi; on veel mitmeid teisi liike. Viirused suudavad paljuneda ainult rakkude paljunemisaparaadi ülevõtmise teel nakatumise teel. Arvutiviirused paljunevad, kasutades arvutites juba olemasolevat riist- ja tarkvara.
Meemid paljunevad, kasutades inimvaimu ja -kultuuri oma paljundusmehhanismina.
Kuidas bioloogiline replikatsioon töötab (DNA)
DNA replikatsioon on raku elutegevuse põhifunktsioonide hulgas. See toimub raku elutsükli kindlal ajal (nt eukarüootidel S-faasis) ja on suunatud selleks, et tekitada kaks identset DNA koopiat, mis jagunevad tütarrakkude vahel. Peamised sammud ja komponendid on:
- Esiõmblus ja nihestamine: ensüümid nagu helicase avavad DNA kaksikahela, moodustades replikatsioonikahvli.
- Algus (primerid): primaas teeb lühikesi RNA-primeereid, mille otstest saab DNA polümeraas alustada.
- DNA süntees: DNA polümeraas lisab nukleotiide, töötab ühelt lõimest pidevalt (leading strand) ja teiselt lõimest lünkadena (Okazaki fragmendid) lagging strand'il.
- Ligatsioon ja lõikamine: RNA-primeerid eemaldatakse ja asendatakse DNAga; ligaas liidab lõigud kokku.
- Kontroll ja parandamine: tõrkeotsing ehk proofreading ja parandussüsteemid vähendavad mutatsioonide hulka.
DNA replikatsioon on semikonservatiivne: iga tütardahel sisaldab ühte vana ja ühte uut ahelat. Replikatsiooni täpsus, vigade tekkimine ja nende parandamine on aluseks evolutsioonile ja genootilise stabiilsuse säilimisele.
RNA-viirused ja retroviirused
RNA-viirused kasutavad sageli omaenda või peremeesraku rna-sõltuvat RNA-polümeraasi, et paljundada genoomi. Oluline on eristada:
- Positiivse sense'i RNA-viirused: nende RNA saab otse translatsiooniks kasutada kui mRNA.
- Negatiivse sense'i RNA-viirused: vajavad esmalt RNA-polümeraasi, mis toodab mRNA vastandist.
- Retroviirused: kasutavad ensüümi reverse transcriptase, mis sünteesib RNA baasil DNA, mis seejärel integreerub peremehesse ning võib püsivalt paljuneda koos peremeesgenoomiga.
Sellepärast on viiruste replikatsioon tihedalt seotud peremeesraku masinavärgiga ja viiruse elutsükkel määrab, kuidas ja kus replikatsioon toimub. Mõned viirused (näiteks HIV) integreerivad oma geneetilise materjali pikaajaliselt peremehe genoomi.
Mittebioloogilised enesereplikatsioonivormid
Arvutiviirused ja küberohtud: arvutiviirused, ussid ja muud pahavaravormid paljunevad, kui nad kopeeritakse failide, e-kirjade, võrkude või muude kaudu seadmetesse. Nende "replikatsioon" sõltub tarkvara- ja riistvaravigadest, turvaprobleemidest või inimeste eksitustest (sotsiaalne inseneritöö).
Meemid ja kultuuriline replikatsioon: meemid—ideed, harjumused, laulud, moeröögatused—levivad inimeste vahel suhtlemise kaudu. Nende "järglaste" edukus sõltub meeldejäävusest, kohandatavusest ja kontekstist ning neid võib käsitleda informatsiooni eneserepresseeruvateks ühikuteks.
Tehisseadmed ja enesereplikeerivad masinad: tehnoloogias uuritakse enesereplikeerivaid roboteid ja nanomaterjale, mis võiksid ehitada koopiaid endast kohapeal. See on teoreetiliselt kasulik kosmoserakendustes (nt ressursikasutus kuul või Marsil), kuid kaasneb ka riskidega, nagu kontrollimatu paljunemine (nn “grey goo” hüpotees nanotehnoloogias).
Mutatsioonid, evolutsioon ja ohud
Replikatsiooni käigus tekivad juhuslikud vead ehk mutatsioonid. Mõned mutatsioonid on kahjulikud, teised neutraalsed või harva kasulikud. Populatsioonide ja genoomide muutumine läbi replikatsiooni- ja valikuprotsesside on evolutsiooni alus. Samal ajal kujutavad enesereplikatsiooniga seotud süsteemid (nt patogeenid või pahaloomuline tarkvara) endast riske, mida reguleerivad bioturvalisuse, meditsiini ja küberjulgeoleku meetmed.
Kokkuvõte
Enesereplikatsioon tähendab mis tahes süsteemi võimet luua oma koopia. See ilmneb elusorganismides (DNA ja rakkude paljunemine), viirustes (RNA ja retroviiruste replikatsioon), inimese loodud süsteemides (arvutiviirused, enesereplikeerivad masinad) ning ka kultuurilistes nähtustes (meemid). Iga replikatsiooni tüüp kasutab erinevaid mehhanisme ja kannab endas nii loomulikke eeliseid kui ka riske, mida mõista ja hallata on oluline teaduse, meditsiini ja ühiskonna jaoks.
Küsimused ja vastused
K: Mis on replikatsioon?
V: Replikatsioon on termin, mida kasutatakse millegi koopia loomise kohta.
K: Mis on enesereplikatsioon?
V: Enesereplikatsioon on protsess, mille käigus objekt või organism toodab iseenda koopia.
K: Kuidas paljunevad rakud?
V: Rakud paljunevad rakkude jagunemise teel, kus DNA paljundatakse ja antakse edasi järglastele.
K: Mis on RNA-viirused?
V: RNA-viirused on viirused, mis kasutavad raku mehhanismi oma RNA-ahela paljundamiseks.
K: Kuidas viirused paljunevad?
V: Viirused paljunevad, võttes üle rakkude paljunemisaparaadi nakatumise teel.
K: Mis on arvutiviirus?
V: Arvutiviirus on teatud tüüpi viirus, mis paljuneb arvutite olemasoleva riist- ja tarkvara abil.
K: Mis on meemid?
V: Meemid on kultuurilised ideed, sümbolid või tavad, mis paljundavad oma koopiaid inimese meeles ja kultuuris.
