Poproszono mnie o ustosunkowanie się do komentarza jednego z widzów filmu na kanale Discovery Science na YouTubie. Oto jego wypowiedź1:
U niektórych małp zachodzi mutacja w białku zwanym TRIM5, która powoduje, że do TRIM5 dołącza się fragment innego, nieaktywnego białka. W wyniku tego procesu otrzymujemy białko hybrydowe o nazwie TRIM5-CYPA, które może chronić komórki przed infekcją retrowirusami, takimi jak HIV. W tym wypadku pojedyncza mutacja spowodowała wytworzenie nowego białka o nowej i potencjalnie istotnej funkcji. Nowe białko, nowa funkcja, nowa informacja.
Kiedy skorzystamy z wyszukiwarki internetowej, zorientujemy się, że powyższy tekst to kalka artykułu opublikowanego w 2008 roku na stronie „New Scientist”2 (choć być może nie skopiowano go bezpośrednio z tego artykułu). Ukazał się on w czasie, kiedy wielkimi krokami zbliżała się 150 rocznica publikacji O powstawaniu gatunków3, a wiele naukowych stron internetowych robiło wszystko, aby bronić teorii Darwina przed tymi szalonymi zwolennikami teorii inteligentnego projektu (ID – intelligent design). Jednak mimo że przytaczane na stronach wyniki badań są interesujące, to ich znaczenie jest niewielkie.
„Czynnik ograniczający”
TRIM5 jest „czynnikiem ograniczającym”4 – należy do grupy istniejących w komórkach białek, które mogą zapobiegać lub spowalniać infekcję retrowirusem takim jak HIV. CYPA5 jest pospolitym, występującym w dużych ilościach białkiem komórkowym, które może prowadzić do wzajemnych przekształceń reszt proliny w białkach między ich formami cis i trans. (Jeżeli nie rozumiesz, co to znaczy, nie przejmuj się – w omawianym przypadku ma to drugorzędne znaczenie). Okazuje się, że zarówno TRIM5, jak i CYPA mogą wiązać się z wirusem HIV. Wiązanie CYPA wywołuje wzajemne przekształcenie proliny białka zainfekowanego wirusem HIV, a więc w istocie pomaga wirusowi. Z drugiej strony wiązanie wielu kopii TRIM5 wydaje się blokować wirusa, zanim uwolni on swój RNA, i w ten sposób zapobiega infekcji komórki.
Na czym polega ta sztuczka? Okazuje się, że wiązanie CYPA zapobiega wiązaniu TRIM5 (wygląda na to, że oba białka rywalizują o to samo miejsce wiązania w wirusie)6. Zatem CYPA może zakłócać zdolność TRIM5 do normalnego funkcjonowania. Co gorsza, CYPA wydaje się tworzyć silniejsze wiązania niż TRIM5, co skutkuje wyłączeniem tego ostatniego. U niektórych gatunków małp odkryto nowy gen, w którym gen CYPA jest połączony z końcem genu TRIM5, dzięki czemu powstaje pojedyncze białko utworzone z dwóch połączonych ze sobą białek7. (Fuzję genów zaobserwowano również u gryzoni8; zjawisko to można wyjaśnić błędami odwrotnej transkrypcji białka zainfekowanego wirusem HIV, które z RNA – czasami łącznie z RNA komórki gospodarza – może wykonać kopię DNA i wprowadzić ją z powrotem do DNA gospodarza). U pewnego gatunku małp białko hybrydowe lepiej chroni komórki małpy przed zakażeniem HIV. Być może dzieje się tak dlatego, że część CYPA wiąże się z wirusem, a tym samym umieszcza białko TRIM5 tam, gdzie jest potrzebne. Najwyraźniej połączenie tych dwóch białek nie zaburza funkcji TRIM5.
Czego mogą dokonać procesy darwinowskie
Tak to właśnie działa i myślę, że to dobry przykład, czego mechanizmy darwinowskie mogą rzeczywiście dokonać w naturze. Zwróćmy jednak uwagę na kilka rzeczy. Po pierwsze, białka TRIM5 i CYPA były obecne już u przodka małpy i posiadały aktywność enzymatyczną oraz zdolność do wiązania HIV. Jak napisałem w artykule przeglądowym w „Quarterly Review of Biology” w 2010 roku9 i powtórzyłem w 2019 roku w książce Darwin Devolves [Dewolucja Darwina]10, nie oznacza to uzyskania tego, co nazywam funkcjonalnym zakodowanym elementem (FCT – Functional Coded elemenT), czyli otrzymania zakodowanej sekwencji, która tworzy coś nowego, na przykład nowy region regulatorowy czy miejsce modyfikacji białka. W tym wypadku przetasowaniu uległa istniejąca już informacja genetyczna, co ja określam mianem modyfikacji funkcji. Modyfikacje (w tym przegrupowania) wcześniej istniejących elementów genetycznych są dość powszechne w procesie ewolucji. FCT pojawiają się znacznie rzadziej. Oczywiście prawdziwym wyzwaniem jest wyjaśnienie, w jaki sposób funkcjonalne kodowane elementy powstają, a nie jak są tracone lub modyfikowane.
Potencjalnie korzystny krok
Fuzja nie pomaga niektórym gatunkom małp – to druga rzecz, na którą należy zwrócić uwagę:
Limfocyty zwierząt posiadających allel TRIM5-CYPA słabiej blokowały zakażenie wirusem HIV-1 niż te w komórkach zwierząt dzikich [nieposiadające tej mutacji – przyp. tłum.]. […] Zatem, inaczej niż w przypadku TRIMCYP lemurów, ekspresja izoformy TRIM5-CYPA makaka nie powoduje lepszego blokowania HIV-111.
Wydaje się więc, że fuzja genów jest tylko potencjalnie korzystna, jej skutki zależne są bowiem od czynników komórkowych. Po trzecie, CYPA „od milionów lat wchodzi w interakcje z inwazyjnymi lentiwirusami związanymi z HIV-1”12. Innymi słowy, po milionach lat ewolucji najlepsze, co procesy darwinowskie stworzyły w odpowiedzi na śmiertelnego wirusa, to przetasowanie istniejących już genów, zresztą ze skromnym rezultatem.
Należy pamiętać, że mechanizmy darwinowskie rzeczywiście działają i mogą mieć ważne skutki dla medycyny, ale prowadzą jedynie do niewielkich modyfikacji organizmów żywych. Jak pokazałem w książce Darwin Devolves, losowe mutacje i selekcja naturalna wywołują korzystne efekty najczęściej poprzez degradację lub niszczenie istniejącej już informacji genetycznej.
Michael J. Behe
Oryginał: Important Medical Effects but Modest Mutations, „Evolution News & Science Today” 2020, February 4 [dostęp 24 VI 2020].
Przekład z języka angielskiego: Robert Olender
Źródło zdjęcia: kjpargeter / Freepik
Ostatnia aktualizacja strony: 24.06.2020
Przypisy
- Por. S.C. Meyer, DNA and Information, „Discovery Science” 2019, June 19 [dostęp 24 VI 2020].
- Por. M. LePage, Evolution Myths: Mutations Can Only Destroy Information, „New Scientist” 2008, April 16 [dostęp 14 VI 2020].
O antywirusowych właściwościach białka TRIM5 wypowiadano się również na łamach czasopisma „Nature” (2004) oraz „Journal of Virology” (1999). Szczegóły znajdują się w następujących publikacjach: D.M. Sayah et al., Cyclophilin A Retrotransposition into TRIM5 Explains Owl Monkey Resistance to HIV-1, „Nature” 2004, Vol. 430, No. 6999, s. 569–573; W. Hofmann et al., Species-Specific, Postentry Barriers to Primate Immunodeficiency Virus Infection, „Journal of Virology” 1999, Vol. 73, s. 10020–10028. W istocie „New Scientist” jest magazynem popularnonaukowym przybliżającym szerokiej grupie odbiorców specjalistyczne zagadnienia publikowane na łamach czasopism naukowych (przyp. red.).
- Por. K. Darwin, O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego, czyli o utrzymaniu się doskonalszych ras w walce o byt, tłum. S. Dickstein, J. Nusbaum, Warszawa 2001 (przyp. tłum.).
- Białko TRIM5 należy do grupy cytoplazmatycznych białek receptorowych posiadających zdolność dezaktywacji retrowirusów. Takie białka posiadają ponadto wiele innych funkcji, biorąc udział w procesie apoptozy, regulacji transkrypcji i translacji, proliferacji i różnicowania się komórek oraz w procesie ich starzenia (przyp. red.).
- Białko CYPA należy do grupy białek obecnych u wszystkich organizmów, występując w cytozolu komórkowym. Pełni również znacznie szersze funkcje, między innymi immunosupresorowe, umożliwia też tworzenie fałd białkowych oraz uczestniczy w procesie izomeryzacji białek (przyp. red.).
- Por. A. Selyutina et al., Cyclophilin A Prevents HIV-1 Restriction in Lymphocytes by Blocking Human TRIM5α Binding to the Viral Core, „bioRxiv”2019, June 25, 678037 [dostęp 24 VI 2020].
- Por. S. Nisole et al., A Trim5-Cyclophilin A Fusion Protein Found in Owl Monkey Kidney Cells Can Restrict HIV-1, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America” 2004, Vol. 101, No. 36, s. 13324–13328 [dostęp 24 VI 2020].
- Por. G. Boso et al., Evolution of the Rodent Trim5 Cluster Is Marked by Divergent Paralogous Expansions and Independent Acquisitions of TrimCyp Fusions, „Scientific Reports” 2019, Vol. 9, 11263 [dostęp 24 VI 2020].
- Por. M.J. Behe, Experimental Evolution, Loss-of-Function Mutations, and “The First Rule of Adaptive Evolution”, „Quarterly Review of Biology” 2010, Vol. 85, No. 4, s. 419–445 [dostęp 24 VI 2020].
- Por. M.J. Behe, Darwin Devolves: The New Science About DNA That Challenges Evolution, New York 2019 [dostęp 24 VI 2020].
- R. Newman et al., Evolution of a TRIM5-CypA Splice Isoform in Old World Monkeys, „PLoS Pathogens” 2008, Vol. 4, No. 2, e1000003 [dostęp 24 VI 2020].
- K. Kim et al., Cyclophilin A Protects HIV-1 from Restriction by Human TRIM5α, „Nature Microbiology” 2019, Vol. 4, s. 2044 [2044–2051] [dostęp 24 VI 2020].
Literatura:
- Behe M.J., Darwin Devolves: The New Science About DNA That Challenges Evolution, New York 2019 [dostęp 24 VI 2020].
- BeheJ., Experimental Evolution, Loss-of-Function Mutations, and “The First Rule of Adaptive Evolution”, „Quarterly Review of Biology” 2010, Vol. 85, No. 4, s. 419–445 [dostęp 24 VI 2020].
- Boso et al., Evolution of the Rodent Trim 5 Cluster Is Marked by Divergent Paralogous Expansions and Independent Acquisitions of TrimCyp Fusions, „Scientific Reports” 2019, Vol. 9, 11263 [dostęp 24 VI 2020].
- Darwin K., O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego, czyli o utrzymaniu się doskonalszych ras w walce o byt, tłum. S. Dickstein, J. Nusbaum, Warszawa 2001.
- Hofmann W. et al., Species-Specific, Postentry Barriers to Primate Immunodeficiency Virus Infection, „Journal of Virology” 1999, Vol. 73, s. 10020–10028.
- Kim K. et al., Cyclophilin A Protects HIV-1 from Restriction by Human TRIM5α, „Nature Microbiology” 2019, Vol. 4, s. 2044–2051 [dostęp 24 VI 2020].
- LePage M., Evolution Myths: Mutations Can Only Destroy Information, „New Scientist” 2008, April 16 [dostęp 24 VI 2020].
- Meyer S.C., DNA and Information, „Discovery Science” 2019, June 19 [dostęp 24 VI 2020].
- Newman R. et al., Evolution of a TRIM5-CypA Splice Isoform in Old World Monkeys, „PLoS Pathogens” 2008, Vol. 4, No. 2, e1000003 [dostęp 24 VI 2020].
- Nisole S. et al., A Trim5-Cyclophilin A Fusion Protein Found in Owl Monkey Kidney Cells Can Restrict HIV-1, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America” 2004, Vol. 101, No. 36, s. 13324–13328 [dostęp 24 VI 2020].
- Sayah D.M. et al., Cyclophilin A Retrotransposition into TRIM5 Explains Owl Monkey Resistance to HIV-1, „Nature” 2004, Vol. 430, No. 6999, s. 569–573.
- Selyutina A. et al., Cyclophilin A Prevents HIV-1 Restriction in Lymphocytes by Blocking Human TRIM5α Binding to the Viral Core, „bioRxiv” 2019, June 25, 678037 [dostęp 24 VI 2020].