'Централна догма молекуларне биологије': Да ли 'догме' и 'Култне фигуре' треба да имају место у науци?

''Централна догма молекуларног биологија бави се детаљним преносом секвенцијалних информација од ДНК до протеина, остатак по остатак, преко РНК. У њему се наводи да су такве информације једносмерне од ДНК до протеина и да се не могу пренети са протеина на протеин или нуклеинску киселину'' (Црицк Ф.,1970).

Стенли Милер је извео експерименте 1952. и још један 1959. како би разумео и дешифровао порекло живота у првобитном земаљском окружењу и живео је до 2007. Током његовог времена, ДНК се сматрало важном биолошки молекул, заправо најважнији биолошки молекул у смислу информационог полимера. Међутим, изгледало је да је Милер потпуно пропустио да експлицитно помене „информациони молекул који се односи на нуклеинску киселину“ у својим радовима и мислима.

Један занимљив аспект у вези са Милеровим експериментом је зашто је пропустио да потражи информациони полимер нуклеинске киселине у раним земаљским условима, а фокусирао се само на аминокиселине? Да ли је то зато што није користио фосфатне прекурсоре, иако је фосфор вероватно присутан у примитивним условима вулканске ерупције? Или је то претпоставио протеин могао бити само информациони полимер и стога тражио само аминокиселине? Да ли је био убеђен да је протеин основа настанка живота и стога је у свом експерименту тражио само постојање аминокиселина или чињеницу да протеини обављају све функције у људском телу и да су основа онога што смо фенотипски и самим тим више важним од нуклеинских киселина, што је он могао помислити у то време?

Много се знало о протеинима и њиховој функционалности пре 70 година, а мање о нуклеинској киселини у то време. Пошто су протеини одговорни за све биолошке реакције у телу, Милер је сматрао да они треба да буду носиоци информација; и стога је тражио градивне блокове протеина само у својим експериментима. Могуће је да су се формирали и градивни блокови нуклеинске киселине, али су били присутни у таквим количинама у траговима које нису могле бити откривене због недостатка софистицираних инструмената.

ДНК структура је откривена годину дана касније, 1953. године, која је предложила двоструку спиралну структуру за ДНК и говорила о њеном својству репликације. Ово је изродило чувени 'Централна догма молекуларне биологије“ 1970. године од стране славног научника Френсиса Крика!¹ И научници су се толико прилагодили централној догми и уверили да се нису освртали на претходнике нуклеинске киселине у примитивним земаљским условима.

Чини се да се прича не завршава са Милером; изгледа да нико није тражио прекурсоре нуклеинске киселине у примитивним земаљским условима веома дуго – нешто веома изненађујуће у овој брзој фази науке. Иако постоје извештаји о синтези аденина у контексту пребиотика² али значајне извештаје о пребиотичкој синтези нуклеотидних прекурсора дао је Сатерленд³ у 2009. па надаље. Истраживачи су 2017⁴ симулирао сличне услове редукције које су користили Милер и Уреи за производњу РНК нуклеобаза коришћењем електричних пражњења и ласерских удара плазме велике снаге.

Ако је Милер заиста мислио на протеин као информациони полимер, онда се поставља питање: „Да ли је протеин заиста информациони полимер“? После скоро пола века доминације 'централне догме', видимо Кунинов рад⁵ из 2012. под називом „Да ли централна догма још увек постоји? Прича о приону, погрешно савијеном протеину који изазива болест, је пример за то. Зашто погрешно савијени прионски протеин у телу не изазива имуни одговор и/или се елиминише из система? Уместо тога, овај погрешно савијени протеин почиње да прави друге протеине сличне њему као „лоше” као што је случај код ЦЗД болести. Зашто „добри“ протеини вођени/диктирани другим „лошим“ протеинима да буду погрешно савијени и зашто ћелијска машинерија то не зауставља? Које информације има овај погрешно савијени протеин који се „преносе“ на друге сличне протеине и они почињу да делују неуредно? Даље, приони показују изузетно необичне особине, посебно изузетну отпорност на третман који инактивира чак и најмање молекуле нуклеинске киселине, као што је висока доза УВ зрачења⁶. Приони се могу уништити претходним загревањем на температурама изнад 100°Ц у присуству детерџената након чега следи ензимски третман⁷.

Студије на квасцу су показале да прионски протеини поседују поремећени домен који одређује прион који покреће његов конформациони прелаз са доброг на "лош" протеин⁸. Конформација приона се спонтано формира на ниској фреквенцији (реда 10-6)⁹ а прелазак у и из прионског стања се повећава у условима стреса¹⁰. Мутанти су изоловани у хетерологним прионским генима, са много већом учесталошћу формирања приона¹¹.

Да ли горе наведене студије сугеришу да погрешно савијени прионски протеини преносе информације другим протеинима и да се можда могу вратити у ДНК да би покренули мутације у прионским генима? Генетска асимилација фенотипског наслеђа зависне од приона сугерише да би то могло бити могуће. Међутим, до данас, обрнуто превођење (протеина у ДНК) није откривено и чини се да је мало вероватно да ће икада бити откривен због снажног утицаја централне догме и потенцијалног недостатка средстава за такве подухвате. Међутим, могуће је да су основни молекуларни механизми за канал преноса информација са протеина на ДНК потпуно другачији од хипотетичког обрнутог превођења и да могу доћи на видело у неком тренутку. Тешко је одговорити на ово питање, али је свакако слободан неспутани дух истраживања обележје науке и склапање брака са догмом или култом је анатема за науку и има потенцијал да програмира размишљање научне заједнице.

***

Референце:

1. Црицк Ф., 1970. Централна догма молекуларне биологије. Натуре 227, 561–563 (1970). ДОИ: https://doi.org/10.1038/227561a0

2. МцЦоллом ТМ., 2013. Миллер-Уреи анд Беионд: Шта смо научили о реакцијама пребиотске органске синтезе у протеклих 60 година? Годишњи преглед наука о Земљи и планети. Вол. 41:207-229 (Датум издања свеске, мај 2013.) Први пут објављено на мрежи као Преглед унапред 7. марта 2013. ДОИ: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457

3. Повнер, М., Герланд, Б. & Сутхерланд, Ј., 2009. Синтеза активираних пиримидин рибонуклеотида у пребиотички прихватљивим условима. Природа 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013

4. Ферус М, Пиетруцци Ф, ет ал 2017. Формирање нуклеобаза у Миллер-Уреи редукционој атмосфери. ПНАС 25. април 2017. 114 (17) 4306-4311; први пут објављено 10. априла 2017. ДОИ: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

5. Кунин, ЕВ 2012. Да ли централна догма и даље стоји?. Биол Дирецт 7, 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27

6. Беллингер-Кавахара Ц, Цлеавер ЈЕ, Диенер ТО, Прусинер СБ: Пречишћени приони сцрапие отпорни су на инактивацију УВ зрачењем. Ј Вирол. 1987, 61 (1): 159-166. Доступно на мрежи на https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/

7. Лангевелд ЈПМ, Јенг-Јие Ванг ЈЈ, ет ал 2003. Ензимска деградација прионског протеина у можданом стаблу код инфицираних говеда и оваца. Тхе Јоурнал оф Инфецтиоус Дисеасес, том 188, број 11, 1. децембар 2003, странице 1782–1789. ДОИ: https://doi.org/10.1086/379664.

8. Мукхопадхиаи С, Крисхнан Р, Лемке ЕА, Линдкуист С, Дениз АА: Природно несавијени прионски мономер квасца усваја ансамбл колапсираних и брзо флуктуирајућих структура. Проц Натл Ацад Сци УС А. 2007, 104 (8): 2649-2654. 10.1073/пнас.0611503104..ДОИ:: https://doi.org/10.1073/pnas.0611503104

9. Цхернофф ИО, Невнам ГП, Кумар Ј, Аллен К, Зинк АД: Докази за мутатор протеина у квасцу: улога цхаперона ссб повезаног са Хсп70 у формирању, стабилности и токсичности [ПСИ] приона. Мол Целл Биол. 1999, 19 (12): 8103-8112. ДОИ: https://doi.org/10.1128/mcb.19.12.8103

10. Халфман Р, Алберти С, Линдквист С: Приони, хомеостаза протеина и фенотипска разноликост. Трендс Целл Биол. 2010, 20 (3): 125-133. 10.1016/ј.тцб.2009.12.003.ДОИ: https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.12.003

11. Туите М, Стојановски К, Несс Ф, Мерритт Г, Колотева-Левине Н: Ћелијски фактори важни за де ново формирање приона квасца. Биоцхем Соц Транс. 2008, 36 (Пт 5): 1083-1087. ДОИ: https://doi.org/10.1042/BST0361083

***