Niespodzianki w kodach komórkowych ujawniają informacje wykraczające daleko poza DNACzas czytania: 10 min

Informacja to istota życia, która nie ogranicza się do DNA. Informacje znajdują się w większości biomolekuł w żywych komórkach. Oto kilka ostatnich odkryć:

Kod cukrowy

Niektóre formy cukrów (polisacharydy zwane chitozanami) uruchamiają układ odpornościowy roślin. Biolodzy z Westfalskiego Uniwersytetu Wilhelma w Münster „rozszyfrowują kod cukru”. Opisują zmienne w chitozanach, które stanowią układ sygnalizacyjny:

Chitozany zbudowane są z różnej długości łańcuchów cukrów prostych zwanych glukozaminami. Niektóre z tych cząsteczek cukru zawierają cząsteczkę kwasu octowego, inne nie. Chitozany różnią się między sobą trzema parametrami: długością łańcucha oraz liczbą i rozmieszczeniem reszt kwasu octowego wzdłuż łańcucha cukrowego. Od około dwudziestu lat chemicy potrafią wytwarzać chitozany o różnych długościach łańcucha i różnej liczbie reszt kwasu octowego, a następnie badać ich aktywność biologiczną¹. [wyróżnienie dodane]

Te polisacharydy, występujące również u zwierząt, są „być może najbardziej wszechstronnymi i funkcjonalnymi biopolimerami”² – twierdzą naukowcy. Jeśli biolodzy rozszyfrują ten złożony kod, może znajdą sposoby ochrony roślin bez użycia pestycydów.

Zagęszczony kod

DNA staje się najbardziej znanym członkiem społeczeństwa biocząsteczek. Pod pewnymi względami jest on bardziej pacjentem niż lekarzem. Obsługuje go wiele maszyn, które zmieniają jego treść. Według przeglądowego artykułu w „The Scientist” na temat alternatywnego składania, jednym z najważniejszych „lekarzy”, którzy operują na transkryptach RNA, jest spliceosom³. Ta złożona maszyna molekularna może tworzyć różne (zwielokrotniać) wiadomości w regionach kodujących DNA, wycinając introny i łącząc kodowane części zwane eksonami na różne sposoby.

Proces alternatywnego składania, który po raz pierwszy zaobserwowano 26 lat przed zakończeniem projektu Human Genome, umożliwia komórce generowanie różnych mRNA, a ostatecznie różnych białek z tego samego genu. Od czasu tego odkrycia stało się jasne, że splicing alternatywny jest powszechny i że zjawisko to pomaga wyjaśnić, w jaki sposób ograniczona liczba genów może kodować organizmy o oszałamiającej złożoności. Podczas gdy mniej niż 40 procent genów muszki owocowej podlega alternatywnemu splicingowi, to u ludzi ponad 90 procent genów podlega temu procesowi.
Zdumiewające jest to, że niektóre geny w procesie alternatywnego splicingu mogą generować nawet 38 000 różnych izoform transkryptu, a każde wytwarzane przez nich białko ma unikalną funkcję⁴.

Autorzy twierdzą, że odkrycie splicingu wydawało się „dziwaczne” z ewolucyjnej perspektywy, przywołując nieaktualne już pomysły na temat „śmieciowego DNA”. Zdawało się dziwne, a zarazem marnotrawstwem to, że spliceosomy wycinają introny z transkryptów. Następnie ‒ w ramach projektu ENCODE ‒ stwierdzono, że znaczna część niekodującego DNA uległa transkrypcji, dając „tym pozornie niefunkcjonalnym elementom istotną rolę w ekspresji genów, ponieważ w ciągu następnych kilku lat pojawiły się świadectwa na to, że w intronach znajdują się sekwencje, które mogą pomóc lub utrudnić splicing”⁵.

Ten artykuł jest dobrym przypomnieniem, jak ewolucjonistyczne założenia utrudniają rozwój nauki. Gdy biochemicy pozbyli się ewolucjonistycznego pojęcia śmieci w kodzie genetycznym, zaczął się wyścig mający na celu wyjaśnienie roli splicingu alternatywnego.

Zrozumienie procesu powstawania każdego białka w naszym ciele okazało się znacznie bardziej skomplikowane niż samo odczytywanie naszego DNA. Mimo że podstawowy mechanizm splicingu został odkryty ponad 40 lat temu, odkrycie współdziałania splicingu z fizjologią nadal nas fascynuje. Mamy nadzieję, że zaawansowana wiedza na temat tego, jak regulowany jest alternatywny splicing i jaka jest rola funkcjonalna każdej izoformy białka podczas rozwoju i choroby, położy podwaliny pod sukces przyszłych działań translacyjnych⁴.

Poza metylacją

Kolejne odkrycie otwierające drzwi do nowych możliwości badawczych pochodzi z University of Chicago⁶. Uczeni ogłosili „fundamentalną ścieżkę”, która prawdopodobnie „otworzy całkowicie nowe kierunki badań i poszukiwań”⁷. Biolodzy dowiedzieli się, jak znaczniki metylowe w transkryptach RNA regulują sposób ich tłumaczenia. Profesor Chuan He i jego współpracownicy odkryli, że niektóre RNA, nazwane carRNA, wcale nie uczestniczą w translacji: „Zamiast tego kontrolują sposób przechowywania i transkrypcji samego DNA”⁷.

Ma to poważne implikacje dla podstaw biologii – powiedział Chuan He.  ‒ Ma to bowiem bezpośredni wpływ na transkrypcję genów, i to nie tylko kilku z nich. Odkryliśmy, że może to wywoływać globalną zmianę chromatyny i wpływa na transkrypcję 6000 genów w badanej linii komórkowej⁸.

Doktor Chuan He jest podekscytowany przełomem. „Zmiana koncepcyjna” sposobu, w jaki RNA reguluje DNA, jest „ogromną szansą” na rozwój medycyny i promowanie zdrowia⁷. Spójrzmy na poniższy cytat, który wyraźnie przemawia za teorią inteligentnego projektu:

Ciało ludzkie należy do najbardziej złożonych mechanizmów. Za każdym razem, gdy drapiesz się po nosie, używasz bardziej skomplikowanej inżynierii niż jakakolwiek rakieta kosmiczna lub kiedykolwiek zaprojektowany superkomputer. Wieki zajęło nam odkrycie, jak to działa, i za każdym razem, gdy ktoś odkrywa nowy mechanizm, odkrywanych jest kilka kolejnych tajemnic związanych ze zdrowiem człowieka, co umożliwia rozwój medycyny⁸.

Geny skaczą z radości

Pamiętasz ewolucjonistyczny mit, że „skaczące geny” [jumping genes] są pasożytami z naszej ewolucyjnej przeszłości, które nauczyły się unikać systemu odpornościowego? Odkrycie dokonane na Washington University School of Medicine zmienia to twierdzenie, mówiąc że: „Transpozony (skaczące geny) pomagają ustabilizować fałdowanie konstrukcji DNA”⁹. Te długo nierozumiane geny, uważane przez niektórych ewolucjonistów za źródła nowych cech genetycznych, faktycznie działają w celu zapewnienia stabilności genomowej.

„Skaczące geny” – to fragmenty DNA, które mogą przemieszczać się z jednego miejsca w genomie do drugiego – a którym powszechnie przypisywano zadanie zwiększania różnorodności genetycznej w długim okresie ewolucji. Najnowsze badania na Wydziale Medycznym Uniwersytetu Waszyngtońskiego w St. Louis wskazują, że takie geny, zwane także elementami transpozycyjnymi, odgrywają inną, bardziej zaskakującą rolę: stabilizują trójwymiarową konstrukcję pofałdowań cząsteczki DNA w jądrze komórki¹⁰.

Można sądzić, że przemieszczające się geny mogą stabilizować strukturę DNA, nie zmieniając jego funkcji. (Uwaga: „ewolucja”, o której tu mowa, wydaje się być mikroewolucją, co nie jest kontrowersyjne; posłuchaj, jak Jonathan Wells omawia ten problem w audycji pt. Przyszłość ID¹¹).

Według naukowców geny dzięki swym niezwykłym cechom stają się bardziej odporne na zmiany. Zapewniając zarówno nowatorstwo, jak i stabilność, skaczące geny mogą pomóc genomowi ssaków osiągnąć równowagę życiową – umożliwiając zwierzętom elastyczność, na przykład w dostosowaniu się do zmieniającego się klimatu, przy jednoczesnym zachowaniu funkcji biologicznych niezbędnych do życia…¹⁰.

Lider projektu Ting Wang twierdzi, że daje to wgląd w to, dlaczego regiony kodujące białko u różnych zwierząt różnią się budową.

Nasze badania zmieniają sposób interpretacji zmienności genetycznej w niekodujących regionach DNA. Na przykład w dużych badaniach genomów wielu osób zidentyfikowano dużo wariacji regionów niekodujących, które nie wydają się mieć żadnego wpływu na regulację genów, co jest zagadkowe. Ale ma to większy sens w świetle naszego nowego zrozumienia transpozonów („skaczących genów”) – funkcja pozostaje taka sama, nawet gdy lokalna sekwencja się zmienia¹⁰.

Podczas gdy ewolucjoniści oczekiwali istnienia śmieciowego DNA oraz jego prostoty, Wang twierdzi, że stało się dokładnie odwrotnie: „Odkryliśmy kolejną warstwę złożoności w sekwencji genomu, która nie była wcześniej znana”¹². Obecnie coraz więcej odkryć będzie prawdopodobnie wypływać z oczekiwań, jakie ma teoria inteligentnego projektu, a lepsze poznanie istniejących mechanizmów ujawni jeszcze większą złożoność.

Góry złożoności

W innym niedawnym podcaście w: Przyszłość ID¹³ poświęconym pamięci nieżyjącego Phillipa E. Johnsona, Paul Nelson porównał stos nowych odkryć dotyczących życia do stromego pasma górskiego. Darwin zaproponował swoją teorię na równinach, nieświadomy istnienia szczytów górskich, które jego teoria powinna wyjaśnić. W ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat naukowcy odkrywają kolejne góry złożoności życia, których teoria ewolucji nigdy nie przewidywała na swoich równinach. Jak stwierdził Nelson: „Nadal nie widzimy szczytów gór i wiemy, że wciąż tam nie doszliśmy i jeszcze długo, długo tam nie dojdziemy”¹⁴. Kiedy widzimy, jak naukowcy kontynuują swoją wspinaczkę, z podziwem oczekujemy kolejnych cudów projektu, które prawdopodobnie wyjdą na jaw w następnej dekadzie.

Evolution News

Oryginał: Surprises in Cell Codes Reveal Information Goes Far Beyond DNA, „Evolution News & Science Today” 2020, January 29 [dostęp 19 VI 2020].

Przekład z języka angielskiego: Robert Olender

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 22.07.2020

Literatura:

1. Deciphering the Sugar Code, na podstawie: Basa S. et al., The Pattern of Acetylation Defines the Priming Activity of Chitosan Tetramers [dostęp 19 III 2020].
2. Evangelou Strait J., ‘Jumping Genes’ Help Stabilize DNA Folding Patterns, Washington University School of Medicine in St. Louis 2020, January 23 [dostęp 19 III 2020].
3. Gentile G.M. et al., Alternative Splicing Provides a Broad Menu of Proteins for Cells, „The Scientist” 2020, January 13 [dostęp 19 III 2020].
4. Lerner L., Surprise Discovery Shakes Up Our Understanding of Gene Expression, University of Chicago News 2020, January 22 [dostęp 19 III 2020].
5. Wells J., Nelson P., Honoring Phillip Johnson, Pt. 2: Jonathan Wells and Paul Nelson, Discovery Institute 2020, January 22 [dostęp 19 III 2020].
6. Wells J., Nelson P., „We Are Not of Our Own Devising” — Wells, Nelson Pay Tribute to Phil Johnson, „Evolution News & Science Today” 2020, January 22 [dostęp 19 III 2020].