DNS ir ģenētiskais kods, bet kas to lasa? “Gēnu mašīnu” autors izskaidro

Kā galvenais, kā DNS ir sevis, slavenais dubultā spirāle ir galvenais bioloģijas pētījums visā pasaulē. Bet šīs fundamentālās molekulas nevar strādāt vienatnē. DNS saglabā pirmkodu un datus, lai izveidotu mūsu ķermeņus, un tās atklāšana atvēra durvis uz neskaitāmiem jauniem pētniecības pavedieniem, ieskaitot jautājumu: „Kāda mašīna lasa mūsu kodu?”

Nobela prēmijas ieguvējs biologs Venki Ramakrishnan atceļ braucienu, lai turpinātu atbildi Gēnu mašīna: Rase, lai atšifrētu Ribosomas noslēpumus. Viņš izvirza savu vērienīgo braucienu, ņemot vērā nenoteiktību, skaidrojot ne tikai zinātni ar skaidru skaidrību, bet arī piedāvā perspektīvu par sarežģīto politiku, kas ietver pazemību ar zināšanām.

Zemāk ir izvilkums no Gēnu mašīna, ko šonedēļ publicēja Basic Books.

Izveidojas no primārā migla

Kā sākās dzīve, ir viena no lielākajām bioloģijas noslēpumiem. Visai dzīvei ir nepieciešama kāda veida enerģija pareizajā ķīmiskajā vidē. Daži cilvēki ir norādījuši, ka liela daļa ķīmijas, ko izmanto dzīvība, līdzinās tādai ķīmijai, kāda notiek okeāna ģeotermālo atveru malās. Pat ja tas ir tikai sakritība, kā to apgalvo citi, ir lietderīgi domāt par to, kādi apstākļi ļāva dzīvībai parādīties. Bet būtībā dzīve ir vairāk nekā ķīmisku reakciju kopums; tā ir spēja uzglabāt un reproducēt ģenētisko informāciju tādā veidā, kas ļauj sarežģītām dzīves formām attīstīties no ļoti primitīvām. Ar šo kritēriju nav šaubu, ka pat vīrusi ir dzīvi, lai gan cilvēki to apšaubīja, jo viņiem ir nepieciešama saimniekšūna reprodukcijai. Tomēr ikviens, kurš ir saslimis no vīrusa un pieredzējis savu ķermeni, cīnoties pret infekciju, neapšaubīs, ka vīrusi ir dzīvi.

Problēma bija tā, ka gandrīz visās dzīves formās DNS veica ģenētisko informāciju, bet pati DNS bija inerta, un to veica liels skaits olbaltumvielu fermentu, kas prasīja ne tikai RNS, bet arī ribosomu, lai padarītu šos fermentus. Turklāt cukurs DNS, dezoksiriboze, tika izgatavots no ribozes ar lielu sarežģītu proteīnu. Neviens nevarēja saprast, kā visa sistēma varētu sākties. Zinātnieki, kas domāja par to, kā sākās dzīve, piemēram, Crick, Leslie Orgel pie Salkas institūta La Jolla un Carl Woese Ilinoisas Universitātē, ierosināja, ka varbūt dzīve sākās ar RNS. Tolaik tā bija tīra spekulācija - gandrīz zinātniskā fantastika -, jo RNS nebija zināms, ka spēj veikt ķīmiskas reakcijas.

Cech un Altman atklājums visu to mainīja. RNS tagad bija molekula, kas varēja izmantot informāciju kā bāzu secība, tāpat kā DNS, un varēja veikt arī ķīmiskas reakcijas, piemēram, olbaltumvielas. Tagad mēs zinām, ka RNS celtniecības bloki var būt izgatavoti no vienkāršām ķimikālijām, kas pirms tam varētu būt ap zemes miljardiem gadu. Tāpēc ir iespējams iedomāties, kā dzīve var būt sākusies ar daudzām nejauši veidotām RNS molekulām, līdz dažas no tām varētu atveidoties tikai pašas. Tiklīdz tas notika, evolūcija un dabiskā atlase ļautu veidot arvien sarežģītākas molekulas, galu galā pat kaut ko tikpat sarežģītu kā primāru ribosomu. Plaši atzīta ideja par primāro RNS pasauli, kuru pirmo reizi radīja Wally Gilbert.

Ribosoms varēja sākties RNA dominējošā pasaulē, bet tāpēc, ka tas radīja proteīnus, tas kļuva par Trojas zirgu. Olbaltumvielas izrādījās daudz labākas, veicot lielāko daļu reakciju, nekā RNS, jo to aminoskābes spēj daudz vairāk mainīt ķīmiju nekā vienkāršāka RNS molekula. Tas nozīmēja, ka, olbaltumvielas veidojot, tās pakāpeniski attīstījās, lai pārņemtu lielāko daļu RNS molekulu funkcijas tajā laikā un vēl daudz vairāk. To darot, viņi pārveidoja dzīvi, kā mēs to zinām. Tas var arī izskaidrot, kāpēc, lai gan ribosomam ir daudz RNS, fermenti, kas replikē DNS vai kopē to RNS, tagad ir pilnībā izgatavoti no proteīniem. Iespējams, ka tas ir tāpēc, ka DNS izmantošana gēnu uzglabāšanai bija vēlāk; līdz tam laikam olbaltumvielas kļuva izplatītas un veica lielāko daļu reakcijas šūnā.

Protams, tas neizskaidro, kā radās gēni, kas satur kodu, lai padarītu proteīnus. Labākais minējums ir tāds, ka agrīna ribosomu forma tikko izveidoja īsus gadījuma peptīdu posmus, kas palīdzēja uzlabot RNS enzīmus, kas tajā laikā bija. Bet no turienes, kā radās gēni, kas veica norādījumus, lai veidotu olbaltumvielas, kurām bija savietotas aminoskābes ļoti specifiskā secībā, bija diezgan lēciens un joprojām ir viens no lielākajiem dzīves noslēpumiem. Un tas savukārt nozīmētu, ka papildus lielajai apakšvienībai būtu jāizveido arī daudzi citi elementi: mRNS, lai veiktu ģenētisko kodu, tRNS, lai ievadītu aminoskābes, un mazā apakšvienība, lai nodrošinātu platformu mRNS un tRNS saistās. Bet pirms RNS katalīzes atklāšanas cilvēki nevarēja redzēt, kā sistēma varētu būt sākusies pat principā.

Izvilkts no gēnu mašīnām: sacīkstes, lai Venki Ramakrishnan izšķirt Ribosomas noslēpumus. Autortiesības © 2018. Publicēts Basic Books