Genetyka i epigenetyka – nowe problemy dla darwinizmuCzas czytania: 9 min

Evolution News

2021-08-27
Genetyka i epigenetyka – nowe problemy dla darwinizmu<span class="wtr-time-wrap after-title">Czas czytania: <span class="wtr-time-number">9</span> min </span>

Nowe odkrycia w dziedzinie genetyki i epigenetyki stwarzają nowe problemy dla teorii ewolucji. Uproszczona wersja neodarwinizmu zakłada, że źródłem całej zmienności są mutacje genetyczne, które są selekcjonowane przez przyrodę celem zapewnienia lepszej adaptacji jednostek. Niekodujące DNA zostało oddelegowane na śmietnik – jako odpad pozostały po selekcji naturalnej, faworyzującej DNA kodujące białka. Według poglądu zwanego subfunkcjonalizacją kopie genów mogą swobodnie mutować i stanowić bazę do powstawania nowych białek lub rozpadać się na „pseudogeny”, czyli rodzaj śmieciowego DNA. Jak to zwykle bywa, uproszczone hipotezy są błędne.

 

Ile genów?

Badania prowadzone w ramach programu poznania ludzkiego genomu [Human Genome Project] zakończyły się wykryciem zaskakująco niewielkiej liczbą genów. A jeśli niektóre zostały pominięte? Badacze z Yale odkryli geny, które zostały niegdyś błędnie zaklasyfikowane jako niekodujące białka ze względu na metody annotacji stosowane w ramach wcześniejszych badań. Jak przekonują, jeden z nowo zidentyfikowanych genów odgrywa kluczową rolę w układzie odpornościowym. Czy są jeszcze inne?

Wnioski z badań sugerują, że możemy odkryć znacznie więcej genów i funkcji kodujących białka. „Duża część ważnych genów kodujących białka została pominięta z powodu ich annotacji”, powiedział pierwszy z autorów, Ruaidhri Jackson. Bez sprawdzenia i identyfikacji tych genów „nie możemy w pełni zrozumieć genomu kodującego białka ani odpowiednio monitorować genów pod kątem zdrowia i chorób”1.

Pierwsze zdanie artykułu badaczy z Yale opublikowanego w „Nature” mówi: „Annotacja kodującego białko genomu u ssaków jest niekompletna”2. Zidentyfikowali oni „dużą liczbę RNA, które wcześniej były oznaczone jako »niekodujące białka«”3, z których niektóre są „potencjalnie ważnymi transkryptami”4 zdolnymi do wytwarzania białka. Restrykcyjne metody stosowane w przeszłości „mogą zaciemniać istotną rolę wielu nieodkrytych wcześniej genów kodujących białka”5.

 

Epigenetyka u archeonów (Archaea)

Czy dziedziczenie i regulacja epigenetyczna działają tylko u eukariontów? Nie. Naukowcy z Uniwersytetu Nebraska-Lincoln odkryli je także u członków „prostej” domeny archeonów (Archaea). Obserwowali, jak drobnoustroje dziedziczą ekstremalną odporność na działanie kwasów w gorących źródłach Yellowstone nie poprzez genetykę, ale w drodze procesów epigenetycznych.

„Zaskoczeniem jest występowanie epigenetyki u tych stosunkowo prymitywnych organizmów, o których wiemy, że są bardzo stare”, powiedział Blum, profesor nauk biologicznych w katedrze im. Charlesa Besseya w Nebrasce. „Myśleliśmy o niej jako o czymś (ewolucyjnie) nowym. Ale procesy epigenetyczne nie zachodzą na naszej planecie od wczoraj6.

To odkrycie „rodzi pytania […] o to, w jaki sposób dziedziczenie epigenetyczne znalazło zastosowanie u eukariontów i archeonów”. Trzeba się również zastanowić, czy ten rodzaj dziedziczenia występował również u wcześniejszego wspólnego przodka, czy może wyewoluował dwukrotnie. „To naprawdę interesująca koncepcja z perspektywy ewolucjonistycznej” – powiedział doktorant zaangażowany w badania. Krytycy neodarwinizmu mogą opisywać te alternatywy inaczej niż tylko jako „interesujące”. Być może „fałszujące” lub „śmieszne”.

 

Epigenetyka u roślin

W artykule opublikowanym w „Proceedings of the National Academy of Sciences” czytamy, że „częściowe utrzymanie specyficznych dla narządów znaczników epigenetycznych podczas bezpłciowego rozmnażania roślin prowadzi do dziedzicznej zmienności fenotypowej”7. Dlaczego klony z identycznymi genomami się różnią? Odpowiedzią jest epigenetyka.

Odkryliśmy, że fenotypowa nowość u klonalnego potomstwa była powiązana z istniejącymi śladami procesów epigenetycznych, które odzwierciedlają narząd wykorzystywany do regeneracji. Niektóre z tych specyficznych dla narządów śladów można zaobserwować podczas procesu klonowania i kolejnych rund mejozy. Nasze odkrycia są fundamentalne dla zrozumienia znaczenia zmienności epigenetycznej wynikającej z rozmnażania bezpłciowego i mają istotne implikacje dla przyszłych zastosowań biotechnologicznych8.

 

Niegenetyczny porządek

Oto zjawisko komórkowe, które jest naprawdę interesujące, ponieważ ujawnia nowo odkryty porządek strukturalny w błonie komórkowej. Porządek ten jest na pewno w jakiś sposób odziedziczony, ale może mieć niewiele wspólnego z genami. Przez ostatnie stulecie biochemicy sądzili, że wewnętrzna przestrzeń w błonie jest płynna i nieuporządkowana, jednak techniki badania tej przestrzeni były trudne, ponieważ zastosowanie detergentu niszczy strukturę błony. Obecnie badacze z Uniwersytetu Wspólnoty Wirginii, we współpracy z Joachimem Frankiem, laureatem Nagrody Nobla, zastosowali nową metodę bez użycia detergentów. Byli zdziwieni – a nawet całkowicie zaskoczeni – ponieważ znaleźli uporządkowaną i trójwymiarową heksagonalną strukturę między cząsteczkami w dwuwarstwie lipidowej. Czy istnieje przyczyna tego uporządkowania?

Tam, gdzie poprzednie modele pokazywały płynną, niemalże pozbawioną struktury warstwę lipidową (jeden z często cytowanych artykułów porównał ją do oliwy z oliwek o różnych ciężarach wymieszanych razem), zespół pod przewodnictwem UWW z zaskoczeniem odkrył wyraźną heksagonalną strukturę wewnątrz błony. Sprawiło to, że badacze wysunęli hipotezę, iż warstwa lipidowa może działać jako czujnik i przetwornik energii w systemie transportującym białko w obrębie błony.

„Najbardziej zaskakującym rezultatem jest wysoki stopień uporządkowania, w jakim rozmieszczone są cząsteczki lipidów, oraz pomysł, że mogą one nawet współpracować w cyklu funkcjonalnym kanału transportowego” – powiedział dr Joachim Frank z Uniwersytetu Columbia, laureat Nagrody Nobla w 2017 roku w dziedzinie chemii i współautor artykułu. „Jest to sprzeczne z intuicją, ponieważ sądziliśmy, że lipidy w błonie są płynne i nieuporządkowane”9.

Ich artykuł w „Proceedings of the National Academy of Sciences” nie mówi nic o genetyce, więc może dzieje się tak dzięki fizycznym interakcjom lipidów i kanałów białkowych. Cokolwiek powoduje ten uporządkowany układ, wydaje się, że oddziałuje z kanałami transbłonowymi, dostosowując się do zmian konformacyjnych białek, szczególnie transportera zwanego AcrB. Bez heksagonalnej siatki wokół kanału, dysponując jedynie nieuporządkowanym płynem, działanie kanałów mogłoby być mniej wydajne – niczym bokser bez partnera sparingowego zadający ciosy powietrzu. Co więcej, heksagonalna siatka działa jako transmiter aktywności kanału poprzez membranę do swoich sąsiadów. Fascynujące!

Poprzez określone kontakty białkowe dwuwarstwa lipidowa wykrywa zmiany konformacyjne zachodzące w każdej domenie TM [transbłonowej], a następnie przekształca efekty tych zmian przez dwuwarstwę lipidową na sąsiednie protomery w ramach ścisłych zależności między lipidami obecnymi w jamie a trimerem AcrB10.

 

Kolejny cios w centralny dogmat

Mauro Modesti przedstawia swoje spojrzenie na nowe odkrycie w opublikowanym w „Science” artykule A Pinch of RNA Spices up DNA Repair [Szczypta RNA usprawnia naprawę DNA]. Centralny dogmat genetyki, zgodnie z którym DNA jest cząsteczką nadrzędną kontrolującą wszystko poniżej, bez sprzężenia zwrotnego, jest podważany od czasu, gdy zaczęto o nim nauczać w latach sześćdziesiątych XX wieku. W tym samym numerze „Science” jeden z artykułów ujawnia, że RNA odgrywa istotną rolę w naprawie DNA11. Co to znaczy? Modesti wyjaśnia:

Pryor i współpracownicy donieśli o zaskakującym odkryciu: rybonukleotydy są często przyłączane do uszkodzonych końców DNA, co usprawnia ich naprawę. To ważne odkrycie obala centralny dogmat biologii molekularnej poprzez wykazanie, że krótkotrwała inkorporacja rybonukleotydów do DNA ma funkcję biologiczną12.

 

Determinizm genetyczny żyje dalej

Idea, że ludzie są pionkami dla swoich genów, ma długą historię, głównie negatywną. Determinizm genetyczny podważa wolną wolę i pod znakiem zapytania stawia wpływ charakteru człowieka na jego postępowanie. Daje ludziom coś fizycznego, na co mogą zrzucić winę za swoje problemy. Materialiści trwają jednak w tym niewłaściwym sposobie myślenia, co pokazuje artykuł w „Nature Scientific Reports” A Genetic Perspective on the Relationship Between Eudaimonic – and Hedonic Well-Being [Genetyczna perspektywa związku między eudajmonicznym a hedonicznym dobrostanem]13. Inne doniesienie z Uniwersytetu Amsterdamskiego mówi wprost już w tytule tekstu: Discovery of First Genetic Variants Associated With Meaning in Life [Odkrycie pierwszych wariantów genetycznych związanych z sensem życia]14. Jednak czy coś tak psychologicznego, a nawet duchowego można sprowadzić do genów?

Autorzy sprawdzili próbki DNA 220 tysięcy osób i poprosili ich o wypełnienie kwestionariusza. Jak stwierdzili, wspomniane warianty genetyczne „ulegają ekspresji głównie w ośrodkowym układzie nerwowym, co wskazuje na zaangażowanie różnych obszarów mózgu”.

Wyniki te pokazują, że różnice genetyczne między ludźmi odgrywają rolę nie tylko w różnicach w szczęściu, ale także poczuciu sensu życia. Przez sens życia rozumiemy poszukiwanie sensu lub celu życia15.

Czy badacze ci kiedykolwiek słyszeli, że korelacja nie oznacza związku przyczynowo-skutkowego? Czy zbadali własne geny? Czy wypełnili kwestionariusz, mówiąc, że czuli eudajmonię, proponując determinizm genetyczny? Czy ich geny zdeterminowały filozofię ich własnych umysłów? Jeśli tak, to jak ktokolwiek może im uwierzyć? Czego właściwe uczy się dzisiaj na uniwersytetach?

Nazbyt uproszczone koncepcje neodarwinizmu wydawały się bardziej wiarygodne, zanim nowe techniki ujawniły świadectwa doskonałego projektu obecnego w komórkach. Jeśli trend się utrzyma, rok 2019 będzie świetnym rokiem dla teorii inteligentnego projektu.

Evolution News

Oryginał: Genetics and Epigenetics — New Problems for Darwinism, „Evolution News & Science Today” 2019, January 10 [dostęp 27 VIII 2021].

 

Przekład z języka angielskiego: Klaudia Mogielnicka

Źródło zdjęcia: Wikipedia

Ostatnia aktualizacja strony: 27.08.2021

Przypisy

  1. Z. Kashef, Yale Scientists Study Genes Misidentified as ‘Non-Protein Coding’, „Yale News” 2018, December 12 [dostęp 1 II 2021] [wyróżnienie dodane].
  2. R. Jackson et al., The Translation of Non-Canonical Open Reading Frames Controls Mucosal Immunity, „Nature” 2018, Vol. 564, s. 434 [434–438].
  3. Jackson et al., The Translation, s. 434.
  4. Jackson et al., The Translation, s. 434.
  5. Jackson et al., The Translation, s. 434.
  6. S. Schrage, Not in the DNA: Evolution Sans Mutation Discovered in Single-Celled Archaea, „Nebraska Today” 2018, December 3 [dostęp 01 II 2021] [wyróżnienie dodane].
  7. A. Wibowo et al., Partial Maintenance of Organ-Specific Epigenetic Marks During Plant Asexual Reproduction Leads to Heritable Phenotypic Variation, „Proceedings of the National Academy of Sciences” 2018, Vol. 115, No. 39, s. E9145–E9152 [dostęp 1 II 2021].
  8. Wibowo et al., Partial Maintenance [wyróżnienie dodane].
  9. G. Weatherford, Clearest View Ever of Cell Membrane Yields Unexpected Structure, New Research Possibilities, „VCU News” 2018, December 12 [dostęp 1 II 2021].
  10. W. Qiu et al., Structure and Activity of Lipid Bilayer Within a Membrane-Protein Transporter, „Proceedings of the National Academy of Sciences” 2018, Vol. 115, No. 51, s. 12985–12990 [dostęp 1 II 2021].
  11. J.M. Pryor et al., Ribonucleotide Incorporation Enables Repair of Chromosome Breaks by Nonhomologous End Joining, „Science” 2018, Vol. 361, No. 6407, s. 1126–1129 [dostęp 1 II 2021].
  12. M. Modesti, A Pinch of RNA Spices up DNA Repair, „Science” 2018, Vol. 361, No. 6407, s. 1069–1070 [dostęp 1 II 2021].
  13. Por. B.M.L. Baselmans, M. Bartels, A Genetic Perspective on the Relationship Between Eudaimonic – and Hedonic Well-Being, „Scientific Reports” 2018, October 2, Vol. 8 [dostęp 1 II 2021].
  14. Por. Discovery of First Genetic Variants Associated With Meaning in Life, „Vrije Universiteit Amsterdam” 2018, February 10 [dostęp 1 II 2021].
  15. Discovery of First Genetic Variants.

Literatura:

  1. Baselmans B.M.L., Bartels M., A Genetic Perspective on the Relationship Between Eudaimonic – and Hedonic Well-Being, „Scientific Reports” 2018, October 2, Vol. 8 [dostęp 1 II 2021].
  2. Discovery of First Genetic Variants Associated With Meaning in Life, „Vrije Universiteit Amsterdam” 2018, February 10 [dostęp 1 II 2021].
  3. Jackson R. et al., The Translation of Non-Canonical Open Reading Frames Controls Mucosal Immunity, „Nature” 2018, Vol. 564, s. 434–438 [dostęp 1 II 2021].
  4. Kashef Z., Yale Scientists Study Genes Misidentified as ‘Non-Protein Coding’, „Yale News” 2018, December 12 [dostęp 1 II 2021].
  5. Modesti M., A Pinch of RNA Spices up DNA Repair, „Science” 2018, Vol. 361, No. 6407, s. 1069–1070 [dostęp 1 II 2021].
  6. Pryor J.M. et al., Ribonucleotide Incorporation Enables Repair of Chromosome Breaks by Nonhomologous End Joining, „Science” 2018, Vol. 361, No. 6407, s. 1126–1129 [dostęp 1 II 2021].
  7. Qiu W. et al., Structure and Activity of Lipid Bilayer Within a Membrane-Protein Transporter, „Proceedings of the National Academy of Sciences” 2018, Vol. 115, No. 51, s. 12985–12990 [dostęp 1 II 2021].
  8. Schrage S., Not in the DNA: Evolution Sans Mutation Discovered in Single-Celled Archaea, „Nebraska Today” 2018, December 3 [dostęp 1 II 2021].
  9. Weatherford G., Clearest View Ever of Cell Membrane Yields Unexpected Structure, New Research Possibilities, „VCU News” 2018, December 12 [dostęp 1 II 2021].
  10. Wibowo A. et al., Partial Maintenance of Organ-Specific Epigenetic Marks During Plant Asexual Reproduction Leads to Heritable Phenotypic Variation, „Proceedings of the National Academy of Sciences” 2018, Vol. 115, No. 39, s. E9145–E9152 [dostęp 1 II 2021].

Dodaj komentarz



Najnowsze wpisy

Najczęściej oglądane wpisy

Wybrane tagi