DNA drží genetický kód, ale co to čte? „Gene Machine“ Autor vysvětluje

Jako jádro DNA je pro nás známá dvojitá šroubovice jádrem studia biologie na celém světě. Tyto základní molekuly však nemohou fungovat samy. DNA ukládá zdrojový kód a data pro budování našich těl a jeho objev otevřela dveře nesčetným novým tématům výzkumu, včetně otázky: „Jaký stroj čte náš kód?“

Nobelovu cenu vyznamenaný biolog Venki Ramakrishnan rozluštil cestu, aby pokračoval v odpovědi Gene Machine: Závod na rozluštění tajemství ribozomu. Vyjadřuje svou ambiciózní cestu tváří v tvář nejistotě, vysvětluje nejen vědu s jasnou jasností, ale nabízí také pohled na složitou politiku, která obklopuje snahu o poznání s pokorou.

Níže je výňatek z Gene Machine, publikované tento týden v Basic Books.

Vynořující se z prvotní mlhy

Jak život začal, je jednou z největších záhad biologie. Celý život vyžaduje nějakou formu energie ve správném chemickém prostředí. Někteří lidé poukázali na to, že spousta chemie, kterou život využívá, připomíná druh chemie, ke kterému dochází na okrajích geotermálních průduchů v oceánu. I když je to pouhá náhoda, jak tvrdí jiní, je užitečné zamyslet se nad tím, jaké podmínky umožnily vznik života. V zásadě je však život více než soubor chemických reakcí; je to schopnost uchovávat a reprodukovat genetické informace způsobem, který umožňuje, aby se složité formy života vyvíjely z velmi primitivních forem. Tímto kritériem není pochyb o tom, že i viry jsou naživu, i když to lidé používali k pochybování, protože potřebují k reprodukci hostitelskou buňku. Nicméně každý, kdo onemocněl virem a zažil jeho tělo bojující s infekcí, by nepochyboval o tom, že viry jsou naživu.

Problémem bylo, že téměř ve všech formách života nesla DNA genetickou informaci, ale samotná DNA byla inertní a tvořená velkým množstvím proteinových enzymů, které vyžadovaly nejen RNA, ale také ribozom. Navíc, cukr v DNA, deoxyribóza, byl vyroben z ribózy velkým komplikovaným proteinem. Nikdo nemohl pochopit, jak mohl celý systém začít. Vědci, kteří přemýšleli o tom, jak život začal, jako Crick, Leslie Orgel na Salk Institute v La Jolle, a Carl Woese na University of Illinois, navrhli, že možná život začal s RNA. V té době to byla čistá spekulace - téměř sci-fi - protože nebylo známo, že by RNA byla schopna provádět chemické reakce.

Cechův a Altmanův objev to všechno změnil. RNA byla nyní molekula, která mohla nést informace jako sekvence bází, stejně jako DNA, a mohla by také provádět chemické reakce jako proteiny. Nyní víme, že stavební bloky RNA mohou být vyrobeny z jednoduchých chemikálií, které mohly být na Zemi před miliardami let. Je tedy možné si představit, jak život mohl začínat se spoustou náhodně vytvořených molekul RNA, dokud se některé z nich nemohly reprodukovat samy. Jakmile se to stalo, evoluce a přirozený výběr by mohly umožnit vytvoření více a složitějších molekul, případně i něčeho tak komplikovaného jako prvotní ribosom. Myšlenka na prvotní RNA svět, termín nejprve vytvořený Wally Gilbert, stal se široce přijímaný.

Ribozom může začít ve světě, kde dominuje RNA, ale protože se jedná o proteiny, stal se trojským koněm. Ukázalo se, že proteiny jsou mnohem lepší při provádění většiny druhů reakcí než RNA, protože jejich aminokyseliny jsou schopny rozmanitější chemie než jednodušší molekula RNA. To znamenalo, že jak proteiny byly vyrobeny, postupně se vyvinuly, aby převzaly většinu funkcí molekul RNA kolem v té době a mnohem více. Přitom transformovali život, jak ho známe. To může také vysvětlit, proč ačkoli má ribozom hodně RNA, enzymy, které replikují DNA nebo jej kopírují do RNA, jsou nyní vyrobeny výhradně z proteinů. To je pravděpodobně proto, že použití DNA k ukládání genů přišlo později; do té doby se proteiny staly převládajícími a prováděly většinu reakcí v buňce.

Samozřejmě to nevysvětluje, jak vznikly geny nesoucí kód, aby se vytvořily proteiny. Nejlepším odhadem je, že časná forma ribozomů vytvořila krátké úseky náhodných peptidů, což pomohlo zlepšit RNA enzymy, které byly v té době. Ale odtud, jak vznikly geny, které nesly instrukce, aby se proteiny, které měly aminokyseliny navázané ve velmi specifickém pořadí, byly skok a je stále jednou z největších záhad života. A to by zase znamenalo, že kromě velké podjednotky by muselo vzniknout mnoho dalších elementů: mRNA nesoucí genetický kód, tRNA, které by přinášely aminokyseliny, a malá podjednotka poskytující platformu pro mRNA a tRNA se váží. Před objevem katalýzy RNA však lidé nemohli vidět, jak by systém mohl v zásadě začít.

Excerpovaný z Gene Machine: Závod na rozluštění tajemství ribozomu Venki Ramakrishnan. Copyright © 2018. Vydal Základní knihy