„Centrinė molekulinės dogma biologija susijęs su detaliu likutinės informacijos perkėlimu iš DNR į baltymą per RNR. Jame teigiama, kad tokia informacija yra vienakryptė iš DNR į baltymą ir negali būti perkelta iš baltymo į baltymą ar nukleino rūgštį“ (Crick F., 1970).
Stenlis Milleris atliko eksperimentus 1952 m., o dar vieną – 1959 m., siekdamas suprasti ir iššifruoti gyvybės kilmę pirminėje žemės aplinkoje, ir gyveno iki 2007 m. Jo metu buvo suprasta, kad DNR yra svarbi biologinis molekulė, iš tikrųjų pati svarbiausia biologinė molekulė informacinio polimero požiūriu. Tačiau atrodė, kad Milleris savo darbuose ir mintyse visiškai nepaminėjo „informacinės molekulės, susijusios su nukleino rūgštimis“.
Vienas įdomus Millerio eksperimento aspektas yra tai, kodėl jis neieškojo nukleino rūgščių informacinio polimero ankstyvose žemės sąlygose ir sutelkė dėmesį tik į aminorūgštis? Ar taip yra todėl, kad jis nenaudojo fosfatų pirmtakų, nors fosforo gali būti primityvaus ugnikalnio išsiveržimo sąlygomis? Arba jis taip manė baltymų galėjo būti tik informacinis polimeras ir todėl ieškojo tik aminorūgščių? Ar jis buvo įsitikinęs, kad baltymai yra gyvybės atsiradimo pagrindas, todėl savo eksperimente ieškojo tik aminorūgščių egzistavimo ar fakto, kad baltymai atlieka visas žmogaus kūno funkcijas ir yra pagrindas to, kas mes fenotipiškai esame, taigi ir daugiau svarbiau nei nukleino rūgštys, apie kurias jis tuo metu galėjo pagalvoti?
Apie baltymus ir jų funkcionalumą prieš 70 metų buvo žinoma daug, o apie nukleino rūgštį tuo metu – mažiau. Kadangi baltymai yra atsakingi už visas biologines organizmo reakcijas, Milleris manė, kad jie turėtų būti informacijos nešėjai; todėl baltymų statybinių blokų ieškojo tik savo eksperimentuose. Tikėtina, kad taip pat susidarė nukleorūgščių statybiniai blokai, tačiau jų buvo tokiais kiekiais, kurių nepavyko aptikti dėl sudėtingų prietaisų trūkumo.
DNR struktūra buvo atskleista po metų 1953 m., kurioje buvo pasiūlyta dviguba spiralinė DNR struktūra ir kalbama apie jos replikacines savybes. Tai pagimdė garsiąjąCentrinė dogma Molekulinės biologijos“ 1970 m., kurį sukūrė garsus mokslininkas Francisas Crickas!1 Ir mokslininkai taip prisiderino prie pagrindinės dogmos ir ja įsitikino, kad primityviomis žemės sąlygomis nežiūrėjo atgal į nukleorūgščių pirmtakus.
Atrodo, kad istorija nesibaigia su Milleriu; Atrodo, kad niekas labai ilgai neieškojo nukleorūgščių pirmtakų primityviomis žemės sąlygomis – kažkas labai stebina šiame sparčiai besikeičiančiame mokslo etape. Nors yra pranešimų apie adenino sintezę prebiotikų kontekste2 tačiau reikšmingus pranešimus apie prebiotinę nukleotidų pirmtakų sintezę pateikė Sutherlandas3 2009 metais ir vėliau. Tyrėjai 2017 m4 modeliavo panašias redukcines sąlygas, kokias naudojo Milleris ir Urey gamindami RNR nukleobazes, naudojant elektros iškrovas ir didelės galios lazeriu valdomus plazmos smūgius.
Jei Milleris iš tikrųjų manė, kad baltymai yra informacinis polimeras, tada kyla klausimas: „Ar baltymai tikrai yra informacinis polimeras“? Po beveik pusę amžiaus trukusio „centrinės dogmos“ dominavimo galime pamatyti Koonino dokumentą5 2012 m. pavadinimu „Ar pagrindinė dogma vis dar galioja? Istorija apie prioną, netinkamai susilanksčiusį baltymą, sukeliantį ligą, yra pavyzdys. Kodėl netinkamai susilankstęs priono baltymas organizme nesukelia imuninio atsako ir (arba) pašalinamas iš sistemos? Vietoj to, šis netinkamai susilankstęs baltymas pradeda gaminti kitus panašius į jį baltymus kaip „blogus“, kaip yra sergant ŠKL liga. Kodėl „gerus“ baltymus veda / diktuoja kitas „blogasis“ baltymas, kad jie būtų klaidingai sulankstyti ir kodėl ląstelių mechanizmai to nesustabdo? Kokią informaciją turi šis neteisingai susilankstęs baltymas, kuri „perkeliama“ į kitus panašius baltymus ir jie pradeda veikti netvarkingai? Be to, prionai pasižymi itin neįprastomis savybėmis, ypač nepaprastu atsparumu gydymui, kuris inaktyvuoja net mažiausias nukleorūgščių molekules, tokias kaip didelės dozės UV spinduliavimas.6. Prionai gali būti sunaikinti iš anksto kaitinant aukštesnėje nei 100°C temperatūroje, naudojant ploviklius, o po to apdorojant fermentais.7.
Tyrimai su mielėmis parodė, kad prionų baltymai turi netvarkingą prionus lemiantį domeną, kuris sukelia jo konformacinį perėjimą iš gero į „blogą“ baltymą.8. Prionų konformacija susiformuoja spontaniškai žemu dažniu (maždaug 10-6)9 o perjungimas į prionų būseną ir iš jos didėja streso sąlygomis10. Mutantai buvo išskirti heterologiniuose prionų genuose, kuriuose prionų susidarymo dažnis yra daug didesnis11.
Ar aukščiau pateikti tyrimai rodo, kad klaidingai sulankstyti prionų baltymai perduoda informaciją kitiems baltymams ir gali grįžti į DNR, kad sukeltų prionų genų mutacijas? Nuo prionų priklausomo fenotipinio paveldimumo genetinė asimiliacija rodo, kad tai gali būti įmanoma. Tačiau iki šiol atvirkštinis vertimas (baltymas į DNR) nebuvo aptiktas ir mažai tikėtina, kad jis kada nors bus atrastas dėl didelės pagrindinės dogmos įtakos ir galimo finansavimo trūkumo tokioms pastangoms. Tačiau galima įsivaizduoti, kad pagrindiniai molekuliniai mechanizmai, skirti informacijos perdavimo iš baltymo į DNR kanalui, visiškai skiriasi nuo hipotetinio atvirkštinio vertimo ir gali paaiškėti tam tikru momentu. Sunku atsakyti į šį klausimą, bet neabejotinai laisva, nevaržoma tyrinėjimo dvasia yra mokslo skiriamasis bruožas, o susituokimas su dogma ar kultu yra mokslui nepriimtinas ir gali užprogramuoti mokslo bendruomenės mąstymą.
***
Nuorodos:
1. Crick F., 1970. Centrinė molekulinės biologijos dogma. Nature 227, 561–563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0
2. McCollom TM., 2013. Miller-Urey and Beyond: ką mes sužinojome apie prebiotikų organinės sintezės reakcijas per pastaruosius 60 metų? Kasmetinė Žemės ir planetų mokslų apžvalga. t. 41:207-229 (2013 m. gegužės mėn. tomo paskelbimo data) Pirmą kartą paskelbta internete kaip išankstinė apžvalga 7 m. kovo 2013 d. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457
3. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Aktyvuotų pirimidino ribonukleotidų sintezė prebiotiškai tikėtinomis sąlygomis. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
4. Ferus M, Pietrucci F ir kt., 2017. Nukleobazių susidarymas Miller-Urey redukuojančioje atmosferoje. PNAS 25 m. balandžio 2017 d. 114 (17) 4306-4311; pirmą kartą paskelbta 10 m. balandžio 2017 d. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
5. Koonin, EV 2012. Ar pagrindinė dogma tebegalioja?.Biol Direct 7, 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27
6. Bellinger-Kawahara C, Cleaver JE, Diener TO, Prusiner SB: Išgryninti skrepi ligos prionai atsparūs inaktyvacijai UV spinduliuote. J Virol. 1987, 61 (1): 159-166. Galima internetu https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/
7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ ir kt., 2003. Fermentinis prionų baltymų skaidymas užkrėstų galvijų ir avių smegenų kamienuose. The Journal of Infectious Diseases, 188 tomas, 11 leidimas, 1 m. gruodžio 2003 d., 1782–1789 puslapiai. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.
8. Mukhopadhyay S, Krishnan R, Lemke EA, Lindquist S, Deniz AA: Natūraliai išsiskleidęs mielių priono monomeras turi subyrėjusių ir greitai svyruojančių struktūrų ansamblį. 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: Įrodymai dėl baltymų mutatoriaus mielėse: su Hsp70 susijusio chaperono ssb vaidmuo formuojant [PSI] prioną, stabilumą ir toksiškumą. 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: Prionai, baltymų homeostazė ir fenotipinė įvairovė. Trends 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 faktoriai, svarbūs mielių prionų de novo formavimui. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (5 p.): 1083-1087.DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083
***
