„Централната догма на молекулярната биология се занимава с подробния трансфер остатък по остатък на последователна информация от ДНК към протеин чрез РНК. В него се посочва, че такава информация е еднопосочна от ДНК към протеин и не може да бъде прехвърлена от протеин към протеин или нуклеинова киселина“ (Crick F.,1970).
Стенли Милър извършва експерименти през 1952 г. и още един през 1959 г., за да разбере и дешифрира произхода на живота в първичната земна среда и е живял до 2007 г. По негово време ДНК се разбира като важна биологична молекула, всъщност най-важната биологична молекула по отношение на от информационен полимер. Изглежда обаче, че Милър напълно е пропуснал изричното споменаване на „информационна молекула, свързана с нуклеинова киселина“ в своите произведения и мисли.
Един любопитен аспект за експеримента на Милър е защо той пропусна да потърси информационен полимер за нуклеинова киселина в ранните земни условия и се фокусира само върху аминокиселините? Дали защото не е използвал фосфатни предшественици, въпреки че вероятно фосфорът присъства в примитивни условия на вулканично изригване? Или е предполагал това протеин може да бъде само информационният полимер и следователно търси само аминокиселини? Беше ли убеден, че протеинът е основата за произхода на живота и следователно е търсил само наличието на аминокиселини в своя експеримент или факта, че протеините изпълняват всички функции в човешкото тяло и са в основата на това, което сме фенотипно и следователно сме повече по-важни от нуклеиновите киселини, което той може да си помисли по това време?
Преди 70 години се знае много за протеините и тяхната функционалност и по-малко за нуклеиновата киселина по това време. Тъй като протеините са отговорни за всички биологични реакции в тялото, следователно Милър смята, че те трябва да бъдат носител на информация; и следователно търси градивни елементи от протеин само в своите експерименти. Вероятно е, че градивните блокове на нуклеинова киселина също са били образувани, но са присъствали в такива следи, които не могат да бъдат открити поради липса на усъвършенствани инструменти.
ДНК структура е разкрита година по-късно през 1953 г., която предлага двойна спирална структура за ДНК и говори за нейното репликативно свойство. Това роди известния "Централна догма на молекулярната биология“ през 1970 г. от известния учен Франсис Крик!1 И учените толкова се настроиха и се убедиха в централната догма, че не поглеждаха назад за предшествениците на нуклеинова киселина в примитивни земни условия.
Историята изглежда не свършва с Милър; изглежда никой не е търсил предшественици на нуклеинови киселини в примитивни земни условия за много дълго време – нещо много изненадващо в тази бързо развиваща се фаза на науката. Въпреки че има съобщения за синтез на аденин в пребиотичен контекст2 но значителни доклади за пребиотичен синтез на нуклеотидни прекурсори са от Съдърланд3 през 2009 г. и нататък. През 2017 г. изследователи4 симулира подобни условия на редукция, както се използват от Милър и Юри за производство на РНК нуклеобази, използвайки електрически разряди и мощни лазерно задвижвани плазмени въздействия.
Ако Милър всъщност е мислил за протеина като информационен полимер, тогава възниква въпросът: „Протеинът наистина ли е информационен полимер“? След почти половин век доминиране на „централната догма“, ние виждаме статията на Кунин5 от 2012 г., озаглавен „Все още ли е централната догма? Историята на приона, неправилно нагънат протеин, който причинява заболяване, е пример за това. Защо неправилно нагънатият прионов протеин в тялото не предизвиква имунен отговор и/или се елиминира от системата? Вместо това, този неправилно нагънат протеин започва да прави други протеини, подобни на него, като „лоши“, както е при болестта CZD. Защо „добрите“ протеини се ръководят/диктуват от другия „лош“ протеин да бъдат неправилно нагънати и защо клетъчните машини не спират това? Каква информация има този неправилно нагънат протеин, която се „прехвърля“ към други подобни протеини и те започват да действат хаотично? Освен това, прионите показват изключително необичайни свойства, по-специално изключителна устойчивост на третиране, което инактивира дори най-малките молекули нуклеинова киселина, като висока доза UV облъчване6. Прионите могат да бъдат унищожени чрез предварително нагряване при температури над 100°C в присъствието на детергенти, последвано от ензимна обработка7.
Проучванията върху дрождите показват, че прионните протеини притежават нарушен прион-определящ домен, който задейства неговия конформационен преход от добър към „лош“ протеин8. Прионната конформация се формира спонтанно при ниска честота (от порядъка на 10-6)9 и преминаването към и от прионно състояние се увеличава при стресови условия10. Мутанти са изолирани в хетероложни прионни гени, с много по-висока честота на образуване на приони11.
Горните проучвания предполагат ли, че неправилно нагънатите прионни протеини предават информация на други протеини и може да се върнат обратно към ДНК, за да предизвикат мутации в прионните гени? Генетичната асимилация на прион-зависимата фенотипна наследственост предполага, че това може да е възможно. Въпреки това, до момента обратният транслация (протеин към ДНК) не е открит и изглежда малко вероятно някога да бъде открит поради силното влияние на централната догма и потенциалната липса на финансиране за подобни начинания. Възможно е обаче основните молекулярни механизми за канала за трансфер на информация от протеин към ДНК да са напълно различни от хипотетичния обратен транслация и могат да излязат наяве в даден момент от време. Трудно е да се отговори на този въпрос, но със сигурност свободният неограничен дух на изследване е отличителният белег на науката и сключването на брак с догма или култ е анатема за науката и има потенциала да програмира мисленето на научната общност.
***
Литература:
1. Крик Ф., 1970 г. Централна догма на молекулярната биология. Природа 227, 561–563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0
2. McCollom TM., 2013. Miller-Urey and Beyond: Какво научихме за реакциите на пребиотичен органичен синтез през последните 60 години? Годишен преглед на науките за Земята и планетата. том 41:207-229 (Дата на публикация на тома май 2013 г.) Публикувано за първи път онлайн като предварителен преглед на 7 март 2013 г. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457
3. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Синтез на активирани пиримидинови рибонуклеотиди в пребиотично приемливи условия. Природа 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
4. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Образуване на нуклеобази в редуцираща атмосфера на Miller-Urey. PNAS 25 април 2017 г. 114 (17) 4306-4311; Публикувано за първи път на 10 април 2017 г. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
5. Кунин, Е. В. 2012 г. Остава ли централната 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: Пречистените приони на скрейпи са устойчиви на инактивиране от UV облъчване. J Вирол. 1987, 61 (1): 159-166. Предлага се онлайн на https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/
7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ, et al 2003. Ензимно разграждане на прионния протеин в мозъчния ствол от заразени говеда и овце. The Journal of Infectious Diseases, том 188, брой 11, 1 декември 2003 г., страници 1782–1789. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.
8. Mukhopadhyay S, Krishnan R, Lemke EA, Lindquist S, Deniz AA: Естествено разгънат дрождев прион мономер приема ансамбъл от срутени и бързо флуктуиращи структури. 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: Доказателство за протеинов мутатор в дрождите: роля на Hsp70-свързания шаперон ssb при образуването, стабилността и токсичността на [PSI] приона. 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: Приони, протеинова хомеостаза и фенотипно разнообразие. Тенденции 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: Клетъчни фактори, важни за de novo образуването на дрождевите приони. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (Pt 5): 1083-1087.DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083
***
