ДНК притежава генетичен код, но какво я прочете? Авторът на "генна машина" обяснява

Ядрото на ДНК е за нас самите, известната двойна спирала е ядро ​​на изучаването на биологията в световен мащаб. Но тези основни молекули не могат да работят сами. ДНК съхранява изходния код и данните, за да изгради телата ни, и откриването му отвори вратата за безброй нови нишки на изследванията, включително въпроса: „Коя машина чете нашия код?“

Биологът, носител на Нобелова награда, Венки Рамакришнан разкрива пътя към отговора на Джинната машина: надпреварата за дешифриране на тайните на рибозомата. Той излага своето амбициозно пътуване пред лицето на несигурността, обяснявайки не само науката с ясна яснота, но също така предлага перспектива за сложната политика, която обгръща стремежа към познание със смирение.

По-долу е извадка от Джийн машина, публикувана тази седмица от Basic Books.

Излизащи от първичната мъгла

Как е започнал животът е една от големите оставащи тайни на биологията. Целият живот изисква някаква форма на енергия в правилната химическа среда. Някои хора посочиха, че много от химията, които животът използва, наподобява вида на химията, която се появява в краищата на геотермалните отвори в океана. Дори ако това е просто съвпадение, както други твърдят, полезно е да се мисли какви условия дават възможност животът да се появи. Но в основата си животът е нещо повече от набор от химични реакции; това е способността да се съхранява и възпроизвежда генетична информация по начин, който позволява на сложните форми на живот да се развиват от много примитивни. По този критерий няма съмнение, че дори вирусите са живи, въпреки че хората са го питали, защото се нуждаят от клетка-домакин за възпроизвеждане. Въпреки това, всеки, който се е разболял от вирус и е изпитал тялото си, борейки се с инфекция, няма да се съмнява, че вирусите са живи.

Проблемът е, че в почти всички форми на живот ДНК носи генетична информация, но самата ДНК е инертна и е направена от голям брой протеинови ензими, които изискват не само РНК, но и рибозомата, за да направят тези ензими. Освен това, захарта в ДНК, дезоксирибозата, е направена от рибоза с голям сложен протеин. Никой не можеше да разбере как може да започне цялата система. Учените, които мислеха за начина на живот, като Crick, Leslie Orgel от Института Salk в La Jolla и Carl Woese от Университета на Илинойс, предположиха, че може би животът започва с RNA. По това време това беше чиста спекулация - почти научна фантастика - защото RNA не е била способна да извършва химически реакции.

Откритието на Чех и Алтман промени всичко това. РНК сега е молекула, която може да носи информация като последователност от бази, точно като ДНК, и може също да извършва химични реакции като протеини. Сега знаем, че градивните елементи на РНК могат да бъдат направени от прости химикали, които биха могли да се намират на земята преди милиарди години. Така че е възможно да си представим как животът може да е започнал с много произволно произведени РНК молекули, докато някои от тях могат да се възпроизведат сами. След като това се случи, еволюцията и естественият отбор биха позволили да се направят повече и по-сложни молекули, в крайна сметка дори и нещо толкова сложно като първичната рибозом. Идеята за първичен свят РНК, термин, първоначално въведен от Уоли Гилбърт, стана широко възприет.

Рибозомата може да е започнала в един доминиран от РНК свят, но защото е произвеждала протеини, тя се превръща в троянски кон. Протеините се оказаха много по-добри в извършването на повечето видове реакции, отколкото РНК, защото техните аминокиселини са способни на по-разнообразна химия, отколкото по-простата РНК молекула. Това означаваше, че като се произвеждат протеини, те постепенно се развиват, за да поемат повечето от функциите на молекулите на РНК по това време и много повече. По този начин те трансформират живота, какъвто го познаваме. Това може също да обясни защо, въпреки че рибозомата има много РНК, ензимите, които репликират ДНК или го копират в РНК, сега са направени изцяло от протеини. Това вероятно се дължи на използването на ДНК за съхраняване на гени по-късно; По това време протеините са преобладаващи и извършват повечето от реакциите в клетката.

Разбира се, това не обяснява как гените, които носят код, за да създадат протеини. Най-доброто предположение е, че една ранна форма на рибозоми просто прави кратки участъци от случайни пептиди, което спомага за подобряване на РНК ензимите, които са били около тогава. Но от там, как произхождат гените, които носеха инструкции да се правят протеини, които имат аминокиселини, свързани в много специфичен ред, беше доста скок и все още е една от големите загадки на живота. А това на свой ред би означавало, че в допълнение към голямата субединица, много други елементи ще трябва да възникнат: иРНК да носи генетичния код, тРНК да въвеждат аминокиселини, и малката субединица да осигури платформа за иРНК и tRNA за свързване. Но преди откриването на РНК катализа, хората не можеха да видят как системата можеше да започне дори по принцип.

Извадка от Джин Машина: Състезанието за разчитане на тайните на рибозата от Венки Рамакришнан. Авторско право © 2018. Публикувано от Basic Books