''Центральна догма молекулярної біологія має справу з детальним перенесенням послідовної інформації від ДНК до білка через РНК. У ньому стверджується, що така інформація є односпрямованою від ДНК до білка і не може бути передана від білка ні до білка, ні до нуклеїнової кислоти» (Крік Ф., 1970).
Стенлі Міллер провів експерименти в 1952 році та інший у 1959 році, щоб зрозуміти та розшифрувати походження життя в первісному земному середовищі, і прожив до 2007 року. За його часів ДНК вважалася важливою біологічний молекула, фактично найважливіша біологічна молекула з точки зору інформаційного полімеру. Однак Міллер, схоже, зовсім пропустив будь-яку згадку про «інформаційну молекулу, пов’язану з нуклеїновою кислотою» у своїх роботах і думках.
Один цікавий аспект експерименту Міллера полягає в тому, чому він пропустив пошук інформаційного полімеру нуклеїнової кислоти в ранніх умовах Землі і зосередився лише на амінокислотах? Це тому, що він не використовував попередники фосфатів, хоча фосфор, ймовірно, був присутній у примітивних умовах виверження вулканів? Або він це припускав білок міг бути лише інформаційним полімером і, отже, шукав лише амінокислоти? Чи був він переконаний, що білок є основою зародження життя, і тому шукав у своєму експерименті лише існування амінокислот або той факт, що білки виконують усі функції в людському організмі і є основою того, ким ми є фенотипно, а отже, більше? важливіші за нуклеїнові кислоти, про що він міг подумати в той час?
70 років тому було багато відомо про білки та їх функціональні можливості, а про нуклеїнову кислоту в той час було відомо менше. Оскільки білки відповідають за всі біологічні реакції в організмі, тому Міллер вважав, що вони повинні бути носієм інформації; і тому шукав будівельні блоки білка лише в своїх експериментах. Цілком імовірно, що будівельні блоки нуклеїнової кислоти також утворилися, але вони були присутні в таких слідових кількостях, які неможливо було виявити через відсутність складних інструментів.
ДНК Рік пізніше, в 1953 році, була виявлена структура, яка запропонувала подвійну спіральну структуру для ДНК і говорила про її реплікаційну властивість. Це породило знамениту 'Центральна догма молекулярної біології» у 1970 році відомим ученим Френсісом Кріком!1 І вчені настільки налаштувалися на центральну догму й переконалися в ній, що не озиралися на попередники нуклеїнових кислот у примітивних земних умовах.
Здається, історія не закінчується на Міллері; Здається, ніхто не шукав попередників нуклеїнових кислот у примітивних земних умовах дуже довго – щось дуже дивовижне на цій швидкоплинній фазі науки. Хоча є повідомлення про синтез аденіну в контексті пребіотиків2 але значні повідомлення про пребіотичний синтез попередників нуклеотидів були отримані Сазерлендом3 у 2009 році і далі. У 2017 р. дослідники4 моделювали подібні відновлювальні умови, які використовували Міллер і Урі для виробництва нуклеотидних основ РНК за допомогою електричних розрядів і потужних лазерних ударів плазми.
Якщо Міллер насправді думав про білок як про інформаційний полімер, тоді виникає питання: «Чи насправді білок є інформаційним полімером»? Після майже півстоліття панування «центральної догми» ми бачимо роботу Куніна5 2012 року під назвою «Чи залишається центральна догма? Показовим прикладом є історія пріону, неправильно згорнутого білка, який викликає захворювання. Чому неправильно згорнутий пріонний білок в організмі не викликає імунну відповідь і/або виводиться з системи? Замість цього, цей неправильно згорнутий білок починає робити інші білки, подібні до нього, такими ж «поганими», як це має місце при хворобі CZD. Чому «хороші» білки керуються/диктуються іншим «поганим» білком, щоб неправильно згортатися і чому клітинний механізм не зупиняє цього? Яку інформацію має цей неправильно згорнутий білок, який «переноситься» на інші подібні білки, і вони починають діяти безладно? Крім того, пріони демонструють надзвичайно незвичайні властивості, зокрема надзвичайну стійкість до обробки, яка інактивує навіть найменші молекули нуклеїнової кислоти, наприклад, високодозове УФ-опромінення.6. Пріони можна знищити шляхом попереднього нагрівання при температурах вище 100°C у присутності миючих засобів з наступною ферментативною обробкою7.
Дослідження на дріжджах показали, що пріонні білки мають невпорядкований пріон-визначальний домен, який запускає їх конформаційний перехід від хорошого білка до «поганого»8. Пріонна конформація формується спонтанно на низькій частоті (порядку 10-6)9 а перехід у пріонний стан та з нього збільшується в умовах стресу10. Мутанти були виділені в гетерологічних пріонних генах з набагато більшою частотою утворення пріонів11.
Чи свідчать наведені вище дослідження, що неправильно згорнуті пріонні білки передають інформацію іншим білкам і, можливо, можуть повернутися до ДНК, щоб викликати мутації в пріонних генах? Генетична асиміляція пріон-залежної фенотипової спадковості свідчить про те, що це можливо. Однак до цього часу зворотна трансляція (білка в ДНК) не була виявлена і здається малоймовірною, що вона коли-небудь буде виявлена через сильний вплив центральної догми та потенційну відсутність фінансування для таких зусиль. Проте цілком можливо, що основні молекулярні механізми для каналу передачі інформації від білка до ДНК повністю відрізняються від гіпотетичної зворотної трансляції і можуть виявитися в певний момент часу. Важко відповісти на це питання, але, безперечно, вільний нестримний дух дослідження є відмінною рисою науки, а одруження з догмою чи культом є анафемою для науки і має потенціал для програмування мислення наукової спільноти.
***
Список використаної літератури:
1. Крік Ф., 1970. Центральна догма молекулярної біології. Природа 227, 561–563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0
2. McCollom TM., 2013. Miller-Urey and Beyond: Що ми дізналися про реакції органічного синтезу пребіотиків за останні 60 років? Щорічний огляд наук про Землю та планету. Vol. 41:207-229 (Дата публікації тому травень 2013 р.) Вперше опубліковано в Інтернеті як попередній огляд 7 березня 2013 р. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457
3. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Синтез активованих піримідинових рибонуклеотидів у пребіотично вірогідних умовах. Природа 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
4. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Формування нуклеооснов в відновлювальній атмосфері Міллера-Юрі. ПНАС 25 квітня 2017 р. 114 (17) 4306-4311; вперше опубліковано 10 квітня 2017 р. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
5. Кунін, Є.В. 2012. Чи залишається центральна догма?.Biol Direct 7, 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27
6. Bellinger-Kawahara C, Cleaver JE, Diener TO, Prusiner SB: Очищені пріони скрейпі стійкі до інактивації УФ-опроміненням. J Virol. 1987, 61 (1): 159-166. Доступний онлайн на https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/
7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ, et al 2003. Ферментативна деградація пріонного білка в стовбурі мозку від інфікованої великої рогатої худоби та овець. Журнал інфекційних захворювань, том 188, випуск 11, 1 грудня 2003 р., сторінки 1782–1789. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.
8. Мухопадхьяй С., Крішнан Р., Лемке Е.А., Ліндквіст С., Деніз А.А.: Природно розгорнутий дріжджовий пріоновий мономер має сукупність структур, що руйнуються та швидко коливаються. Proc Natl Acad Sci US A. 2007, 104 (8): 2649-2654. 10.1073/pnas.0611503104..DOI:: https://doi.org/10.1073/pnas.0611503104
9. Чернофф Ю.О., Ньюнам Г.П., Кумар Дж., Аллен К., Зінк А.Д.: Докази мутації білка в дріжджах: роль пов’язаного з Hsp70 шаперону ssb у формуванні, стабільності та токсичності пріону [PSI]. Mol Cell Biol. 1999, 19 (12): 8103-8112. DOI: https://doi.org/10.1128/mcb.19.12.8103
10. Хальфманн Р., Альберті С., Ліндквіст С. Пріони, гомеостаз білків і фенотипове різноманіття. Тенденції клітинної біол. 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: Клітинні фактори, важливі для de novo утворення пріонів дріжджів. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (Ч. 5): 1083-1087. DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083
***
