''Osrednja dogma molekularne biologija se ukvarja s podrobnim prenosom zaporednih informacij od ostankov do ostankov iz DNA na beljakovine preko RNA. Navaja, da so takšne informacije enosmerne od DNK do proteina in se ne morejo prenesti iz proteina niti na protein niti na nukleinsko kislino'' (Crick F.,1970).
Stanley Miller je izvedel poskuse leta 1952 in še enega leta 1959, da bi razumel in razvozlal izvor življenja v prazemeljskem okolju in živel do leta 2007. V njegovem času je bila DNK razumljena kot pomembna biološka molekula, pravzaprav najpomembnejša biološka molekula v smislu informacijskega polimera. Vendar se je zdelo, da je Miller v svojih delih in razmišljanjih popolnoma spregledal kakršno koli eksplicitno omembo 'informacijske molekule, povezane z nukleinsko kislino'.
En radoveden vidik Millerjevega eksperimenta je, zakaj je zamudil iskanje informacijskega polimera nukleinske kisline v zgodnjih zemeljskih razmerah in se je osredotočil samo na aminokisline? Ali je to zato, ker ni uporabljal fosfatnih predhodnikov, čeprav je fosfor verjetno prisoten v primitivnih pogojih vulkanskega izbruha? Ali pa je to domneval beljakovine bi lahko bil le informacijski polimer in zato iskal samo aminokisline? Ali je bil prepričan, da so beljakovine osnova za nastanek življenja in je zato v svojem poskusu iskal le obstoj aminokislin ali dejstvo, da beljakovine opravljajo vse funkcije v človeškem telesu in so osnova tega, kar smo fenotipsko in zato več pomembne kot nukleinske kisline, kar je takrat morda mislil?
O beljakovinah in njihovi funkcionalnosti je bilo veliko znanega pred 70 leti in manj o nukleinski kislini v tistem času. Ker so beljakovine odgovorne za vse biološke reakcije v telesu, je zato Miller menil, da bi morale biti nosilec informacij; in zato iskal gradnike beljakovin le v svojih poskusih. Verjetno je, da so nastali tudi gradniki nukleinske kisline, vendar so bili prisotni v takih količinah v sledovih, ki jih zaradi pomanjkanja izpopolnjenih instrumentov ni bilo mogoče zaznati.
DNA struktura je bila razkrita leto pozneje, leta 1953, ki je predlagala dvojno spiralno strukturo za DNK in govorila o njeni replikacijski lastnosti. To je rodilo slavnega 'Osrednja dogma molekularne biologije« leta 1970 slavnega znanstvenika Francisa Cricka!1 In znanstveniki so se tako prilagodili osrednji dogmi in jih prepričala, da se v primitivnih zemeljskih razmerah niso ozirali nazaj za predhodniki nukleinskih kislin.
Zgodba se ne zdi končana z Millerjem; Zdi se, da nihče že zelo dolgo ni iskal predhodnikov nukleinskih kislin v primitivnih zemeljskih razmerah – nekaj zelo presenetljivega v tej hitro razvijajoči se fazi znanosti. Čeprav obstajajo poročila o sintezi adenina v prebiotičnem kontekstu2 vendar je Sutherland poročal o pomembnih poročilih o prebiotični sintezi nukleotidnih prekurzorjev3 v letu 2009 in naprej. Leta 2017 raziskovalci4 simulirali podobne redukcijske pogoje, kot sta jih uporabila Miller in Urey za proizvodnjo nukleobaz RNA z uporabo električnih razelektritev in močnih laserskih udarcev plazme.
Če je Miller o beljakovinah dejansko razmišljal kot o informacijskem polimeru, se pojavi vprašanje: "Ali je beljakovina res informacijski polimer"? Po skoraj pol stoletja prevlade 'osrednje dogme' lahko vidimo Kooninov dokument5 leta 2012 z naslovom »Ali osrednja dogma še vedno velja? Zgodba o prionu, napačno zloženem proteinu, ki povzroča bolezen, je pravi primer. Zakaj napačno zložen prionski protein v telesu ne sproži imunskega odziva in/ali se izloči iz sistema? Namesto tega ta napačno zložena beljakovina začne delati druge beljakovine, podobne njim, tako "slabe", kot je to v primeru bolezni CZD. Zakaj "dobre" beljakovine vodi/narekuje drugi "slabi" protein, da se napačno zložijo in zakaj celični stroji tega ne ustavijo? Kakšne informacije ima ta napačno zložena beljakovina, ki se "prenese" na druge podobne beljakovine in začnejo delovati neenakomerno? Poleg tega prioni kažejo izjemno nenavadne lastnosti, zlasti izjemno odpornost na zdravljenje, ki inaktivira tudi najmanjše molekule nukleinske kisline, kot je ultravijolično obsevanje z visokimi odmerki.6. Prione je mogoče uničiti s predhodnim segrevanjem pri temperaturah nad 100°C v prisotnosti detergentov, čemur sledi encimska obdelava7.
Študije kvasovk so pokazale, da imajo prionski proteini neurejeno domeno, ki določa prion, ki sproži njegov konformacijski prehod iz dobrega v "slabo" beljakovino.8. Prionska konformacija nastane spontano pri nizki frekvenci (reda 10-6)9 in preklop v in iz prionskega stanja se v stresnih pogojih poveča10. Mutanti so bili izolirani v heterolognih prionskih genih z veliko večjo pogostostjo tvorbe prionov11.
Ali zgornje študije kažejo, da napačno zloženi prionski proteini prenašajo informacije na druge beljakovine in se morda vrnejo v DNK, da sprožijo mutacije v prionskih genih? Genetska asimilacija fenotipske dednosti, odvisne od priona, kaže, da je to mogoče. Vendar pa do danes povratnega prevajanja (beljakovine v DNK) niso odkrili in se zdi zelo malo verjetno, da bi ga kdaj odkrili zaradi močnega vpliva osrednje dogme in morebitnega pomanjkanja sredstev za taka prizadevanja. Vendar je mogoče zamisliti, da so osnovni molekularni mehanizmi za kanal prenosa informacij iz beljakovin v DNK popolnoma drugačni od hipotetičnega povratnega prevajanja in lahko pridejo na dan v nekem trenutku. Težko je odgovoriti na to vprašanje, vendar je vsekakor svoboden neomejen duh raziskovanja značilnost znanosti in poroka z dogmo ali kultom je anatema za znanost in ima potencial za programiranje razmišljanja znanstvene skupnosti.
***
Reference:
1. Crick F., 1970. Centralna dogma molekularne biologije. Narava 227, 561–563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0
2. McCollom TM., 2013. Miller-Urey in drugod: kaj smo se naučili o reakcijah prebiotske organske sinteze v zadnjih 60 letih? Letni pregled znanosti o Zemlji in planetu. Zv. 41:207-229 (datum izdaje zvezka maj 2013) Prvič objavljeno na spletu kot pregled vnaprej 7. marca 2013. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457
3. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Sinteza aktiviranih pirimidin ribonukleotidov v prebiotično verjetnih pogojih. Narava 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
4. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Formation of nucleobas in a Miller-Urey reduccijske atmosfere. PNAS 25. april 2017 114 (17) 4306-4311; prvič objavljeno 10. aprila 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
5. Koonin, EV 2012. Ali osrednja dogma še vedno stoji?.Biol Direct 7, 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27
6. Bellinger-Kawahara C, Cleaver JE, Diener TO, Prusiner SB: Prečiščeni prioni praskavca so odporni na inaktivacijo z UV obsevanjem. J Virol. 1987, 61 (1): 159-166. Na voljo na spletu na https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/
7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ, et al 2003. Encimatska razgradnja prionskih beljakovin v možganskem deblu pri okuženem govedu in ovcah. The Journal of Infectious Diseases, letnik 188, številka 11, 1. december 2003, strani 1782–1789. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.
8. Mukhopadhyay S, Krishnan R, Lemke EA, Lindquist S, Deniz AA: Nativno razgrnjen prionski monomer kvasovk sprejme skupek strnjenih in hitro nihajočih struktur. Proc Natl Acad Sci US A. 2007, 104 (8): 2649-2654. 10.1073/pnas.0611503104..DOI:: https://doi.org/10.1073/pnas.0611503104
9. Chernoff YO, Newnam GP, Kumar J, Allen K, Zink AD: Dokazi za mutator beljakovin v kvasu: vloga spremljevalca ssb, povezanega s Hsp70, pri tvorbi, stabilnosti in toksičnosti priona [PSI]. Mol Cell Biol. 1999, 19 (12): 8103-8112. DOI: https://doi.org/10.1128/mcb.19.12.8103
10. Halfmann R, Alberti S, Lindquist S: Prioni, homeostaza beljakovin in fenotipska raznolikost. Trendi Cell Biol. 2010, 20 (3): 125-133. 10.1016/j.tcb.2009.12.003.DOI: https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.12.003
11. Tuite M, Stojanovski K, Ness F, Merritt G, Koloteva-Levine N: Cellular factorji important for the de novo formation of yeast prions. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (Pt 5): 1083-1087.DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083
***
Komentarji so zaprti.