دقت ( Fidelity ) و بی‌دقتی ( Infidelity )

تنها بخش اندکی از پادتن‌هايی که توليد می‌شوند، می‌توانند سودمند باشند. حدود يک سوم از همه‌ی پروتئين‌هايی که سلول‌های عادی انسان توليد می ‌ کنند، به علت اين که به درستی چين نخورده‌اند، بی‌درنگ با مجتمع‌‌های پروتئينی ويژه‌ای به نام پروتئازوم ( Proteasome ) ، تخريب می‌شوند. بيش از نيمی از کل مولکول‌های mRNA توليد شده در سلول، دارای اشتباه‌‌هايی هستند و بايد از بين بروند.

در روند توليد پروتئين ممکن است، برای هر 10 هزار اسيد آمينه‌ی درست، 3 اسيد آمينه‌ی نادرست قرار گيرند؛ در رونويسی ممکن است، به ازای هر 100 هزار نوکلئوتيد، يک نوکلئوتيد نادرست و در هر بار همانندسازی DNA ، به ازای هر 10 ميليارد نوکلئوتيد، يک نوکلئوتيد نادرست جا می‌گيرد.

با توجه به اين حقيقت‌ها می‌توان نتيجه گرفت، نظام‌های زنده هم اشتباه می‌کنند. اما بی‌دقتی هزينه‌بر است و می‌‌تواند باعث نقص در جاندار شود. نظام‌های زنده برای کاهش بی‌دقتی چه راهبردهايی را در پيش گرفته‌اند؟ دقت فرايندهای زيستی، برای مثال همانند سازی DNA ، تا چه اندازه است؟ آيا اين راهبردها نمی‌توانند بی‌‌دقتی را به صفر و دقت را به‌ بيش‌ترين اندازه‌ی خود برسانند؟

در فرايند همانندسازی، آنزيم DNA پليمراز با عمل ويرايش خود، نوکلئوتيدهايی را که نادرست جاگذاری شده‌اند، بر می‌دارد. سپس نظام ترميم جفت‌های ناجور، بيش‌تر اشتباه ‌های باقيمانده را برطرف می‌کند. پس از اين نظام‌های نظارت بر کيفيت، آنزيم‌های تصحيح‌ کننده‌ی خطاها قرار دارند که بسيار کار آمدند و اشتباه‌های احتمالی آن‌ها را تصحيح می‌کنند.

آيا سلول می‌خواهد با استفاده از آنزيم‌های ترميم کننده، به دقت کامل دست پيدا کند؟ به نظر می‌رسد نه! باکتری‌هايی وجود دارند که در اثر جهش، دقت فرايندهای همانندسازی DNA و توليد پروتئين در آن‌ها افزايش يافته است. جهش يافت ه‌ی StrR يکی از آن‌هاست که به پادزی استرپتومايسين مقاوم است. استرپتومايسين باعث افزايش ميزان اشتباه در فرايند توليد پروتئين می‌شود. جهش يافته‌های StrR در نبود استرپتومايسين دقت بالايی دارند و نسبت به باکتری‌های جهش نيافته، به کندی رشد می‌کنند. اين جهش يافته‌ها تنها در حضور استرپتومايسين به خوبی رشد می‌کنند.

دقت، هزينه می‌خواهد. از اين رو، جاندار به جای به دست آوردن بيش‌ترين دقت، در پی به دست آوردن بهينه‌ترين دقت است. البته، اگر ميزان اشتباه بالا باشد، زندگی جاندار به خطر می‌افتد. وقتی در باکتری‌ها و مخمرهای ‌هاپلوئيد، ميزان جهش هزار برابر افزايش می‌يابد، آن‌ها در اثر اين فاجعه‌ی ژنتيکی می‌ميرند.

برای دقت همانندسازی DNA ، سرمايه‌گذاری زيادی صورت گرفته است، زيرا ژن‌ها گنجينه‌ی اطلاعات زندگی هستند . اما وقتی ماندگاری جاندار به خطر می‌افتد، حتی از دقت DNA هم کاسته می‌شود. برای مثال، وقتی گوناگونی ژنتيکی کنونی، سازگاری باکتری را محدود می‌سازد، جمعيت‌هايی که از نظر ژنتيکی ناپايدارترند، نسبت به جمعيت‌های ديگر تند‌تر سازش می‌يابند.

دو دسته از ژن‌ها با افزايش جهش و يا نو ترکيبی، باعث شتاب‌گرفتن گوناگونی ژنتيکی در جمعيت‌‌های باکتری‌ها می‌شوند: ژن‌هايی که تنش‌ها آن‌ها را فعال می‌کنند و ژن‌هايی که غيرفعال شدن آن‌ها، باعث افزايش گوناگونی ژنتيکی می‌شود. به علاوه، ژن‌هايی که پروتئين‌هايی مانند پادتن‌ها را رمز می‌دهند، در فشار گزينش هميشگی، دچار افزايش نرخ جهش می‌شوند. بنابراين، هر کدام از ژن‌ها دقت بهينه‌ی ويژه‌ی خود را دارند و اگر ماندگاری جاندار ايجاب کند، ميزان دقت کاهش می‌يابد؛ زيرا هدف نهايی جاندار دقت نيست، بلکه هدف او ماندگاری است.

بی‌دقتی حتی در همانندسازی DNA نيز راهگشا می‌شود. دستگاهی که DNA را با دقت بسيار بالا همانند سازی می‌کند، تنها می‌تواند مولکولی را همانندسازی کند که از نظر شيميايی هيچ‌گونه نقشی ندارد. اما اين DNA را نمی‌توان در سلول‌ها پيدا کرد. اکسيده شدن، آب‌کافت و آلکيله شدن و شکستن خود به خود رشته‌ها، روزانه در هر سلول بدن انسان، بيش از 300 هزار "زخم" به وجود می‌آورند که البته بيش‌تر آن‌ها با روش‌های ويژه‌ای ترميم می‌شوند. هر کدام از زخم‌های ترميم‌نشده می‌توانند، باعث توقف دستگاه‌ بسيار دقيق همانندسازی DNA شوند. اما DNA پليمرازهای ويژه، امکان همانند سازی DNA را در اين شرايط، فراهم می‌سازند. اين DNA پليمرازها ، دقت کم‌تری دارند.

بی‌‌دقتی هزينه‌بر است و ممکن است به نقص در جاندار بينجامد، اما باعث نوآوری، توانمندی و پايندگی زندگی می‌شود. اشتباه‌ها اغالب تصحيح می‌شوند، اما هميشه به عنوان منبع نوآوری کور، برای سازش پيوسته با تغييرهای پيش‌بينی ‌ناپذير محيط، آزمايش می‌شوند. بنابراين، اشتباهی در کار نيست.

Miroslav Radman, Fidelity and Infidelity , Nature, Vol 413, 13 Sep 2001 .