''Središnja dogma molekularne biologija bavi se detaljnim prijenosom sekvencijalnih informacija od ostatka do ostatka s DNA na protein putem RNA. Kaže da su takve informacije jednosmjerne od DNA do proteina i ne mogu se prenijeti s proteina niti na protein niti na nukleinsku kiselinu'' (Crick F., 1970.).
Stanley Miller izveo je eksperimente 1952. i još jedan 1959. kako bi razumio i dešifrirao podrijetlo života u prazemaljskom okolišu i živio je do 2007. U njegovo se vrijeme DNK smatrala važnom biološki molekula, zapravo najvažnija biološka molekula u smislu informacijskog polimera. Međutim, čini se da je Miller potpuno propustio eksplicitno spomenuti 'informacijsku molekulu povezanu s nukleinskom kiselinom' u svojim radovima i mislima.
Jedan zanimljiv aspekt Millerovog eksperimenta je zašto je propustio potražiti informacijski polimer nukleinske kiseline u ranim zemaljskim uvjetima, a usredotočio se samo na aminokiseline? Je li to zato što nije koristio fosfatne prekursore, iako je fosfor vjerojatno prisutan u primitivnim uvjetima vulkanske erupcije? Ili je to pretpostavio protein mogao biti samo informacijski polimer i stoga tražio samo aminokiseline? Je li on bio uvjeren da su proteini temelj nastanka života i stoga je u svom eksperimentu tražio samo postojanje aminokiselina ili činjenicu da proteini obavljaju sve funkcije u ljudskom tijelu i da su osnova onoga što smo fenotipski i samim tim više važnije od nukleinskih kiselina, što je možda mislio u to vrijeme?
Prije 70 godina bilo je puno toga poznato o proteinima i njihovoj funkcionalnosti, a manje o nukleinskoj kiselini u to vrijeme. Budući da su proteini odgovorni za sve biološke reakcije u tijelu, Miller je stoga smatrao da bi oni trebali biti nositelji informacija; i stoga je tražio građevne blokove proteina samo u svojim eksperimentima. Vjerojatno je da su građeni blokovi nukleinske kiseline također bili formirani, ali su bili prisutni u takvim količinama u tragovima koje se nisu mogle detektirati zbog nedostatka sofisticirane instrumentacije.
DNA Struktura je otkrivena godinu dana kasnije, 1953., koja je predložila dvostruku spiralnu strukturu za DNK i govorila o njezinom svojstvu replikacije. Ovo je iznjedrilo slavne 'Središnja dogma molekularne biologije' 1970. od strane slavnog znanstvenika Francisa Cricka!1 A znanstvenici su se toliko uklopili i uvjerili u središnju dogmu da se nisu osvrtali na prethodnike nukleinske kiseline u primitivnim zemaljskim uvjetima.
Čini se da priča ne završava s Millerom; čini se da nitko nije dugo tražio prekursore nukleinske kiseline u primitivnim zemaljskim uvjetima – nešto vrlo iznenađujuće u ovoj brzoj fazi znanosti. Iako postoje izvješća o sintezi adenina u kontekstu prebiotika2 ali značajna izvješća o prebiotskoj sintezi nukleotidnih prekursora dala je Sutherland3 2009. pa nadalje. Istraživači su 20174 simulirao slične redukcijske uvjete koje su koristili Miller i Urey za proizvodnju RNA nukleobaza korištenjem električnih pražnjenja i laserskih udara plazme velike snage.
Ako je Miller zapravo mislio na protein kao informacijski polimer, onda se postavlja pitanje: "Je li protein zaista informacijski polimer"? Nakon gotovo pola stoljeća dominacije 'središnje dogme', možemo vidjeti Kooninov rad5 iz 2012. pod nazivom 'Važi li središnja dogma? Priča o prionu, pogrešno savijenom proteinu koji uzrokuje bolest, je primjer za to. Zašto pogrešno savijeni prionski protein u tijelu ne pokreće imunološki odgovor i/ili se eliminira iz sustava? Umjesto toga, ovaj pogrešno savijeni protein počinje činiti druge proteine slične njemu "lošim" kao što je slučaj kod CZD bolesti. Zašto "dobri" proteini vođeni/diktirani drugim "lošim" proteinom da se pogrešno savijaju i zašto stanični strojevi to ne zaustavljaju? Koje informacije ima ovaj pogrešno savijeni protein koji se "prebacuju" na druge slične proteine i oni počinju neuredno djelovati? Nadalje, prioni pokazuju iznimno neobična svojstva, posebice iznimnu otpornost na tretman koji inaktivira čak i najmanje molekule nukleinske kiseline kao što je visoka doza UV zračenja6. Prioni se mogu uništiti predgrijavanjem na temperaturama iznad 100°C u prisutnosti deterdženata nakon čega slijedi enzimska obrada7.
Studije na kvascu pokazale su da prionski proteini posjeduju neuređenu domenu koja određuje prion i koja pokreće njegov konformacijski prijelaz s dobrog na "loš" protein8. Prionska konformacija nastaje spontano na niskoj frekvenciji (reda 10-6)9 a prelazak u i iz prionskog stanja povećava se u uvjetima stresa10. Mutanti su izolirani u heterolognim prionskim genima, s mnogo većom učestalošću stvaranja priona11.
Sugeriraju li gornje studije da pogrešno savijeni prionski proteini prenose informacije drugim proteinima i da se možda mogu vratiti u DNK kako bi pokrenuli mutacije u prionskim genima? Genetska asimilacija fenotipskog naslijeđa ovisnog o prionu sugerira da bi to moglo biti moguće. Međutim, do danas, obrnuti prijevod (proteina u DNK) nije otkriven i čini se vrlo malo vjerojatnim da će ikada biti otkriven zbog snažnog utjecaja središnje dogme i potencijalnog nedostatka financiranja za takve pothvate. Međutim, moguće je da su temeljni molekularni mehanizmi za kanal prijenosa informacija s proteina na DNK potpuno drugačiji od hipotetskog obrnutog prijevoda i da bi mogli doći na vidjelo u nekom trenutku. Teško je odgovoriti na ovo pitanje, ali svakako je slobodan nesputani duh istraživanja obilježje znanosti, a sklapanje braka s dogmom ili kultom je anatema za znanost i ima potencijal programiranja razmišljanja znanstvene zajednice.
***
Reference:
1. Crick F., 1970. Centralna dogma molekularne biologije. Priroda 227, 561–563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0
2. McCollom TM., 2013. Miller-Urey i dalje: Što smo naučili o reakcijama prebiotske organske sinteze u posljednjih 60 godina? Godišnji pregled znanosti o Zemlji i planeti. Vol. 41:207-229 (Datum izdanja svezaka svibnja 2013.) Prvi put objavljeno na internetu kao Pregled unaprijed 7. ožujka 2013. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457
3. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Sinteza aktiviranih pirimidin ribonukleotida u prebiotički prihvatljivim uvjetima. Priroda 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
4. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Formiranje nukleobaza u Miller-Urey reducirajućoj atmosferi. PNAS 25. travnja 2017. 114 (17) 4306-4311; prvi put objavljeno 10. travnja 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
5. Koonin, EV 2012. Da li središnja dogma još uvijek stoji?.Biol Direct 7, 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27
6. Bellinger-Kawahara C, Cleaver JE, Diener TO, Prusiner SB: Pročišćeni prioni scrapie otporni su na inaktivaciju UV zračenjem. J Virol. 1987, 61 (1): 159-166. Dostupno online na https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/
7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ, et al 2003. Enzimska degradacija prionskog proteina u moždanom stablu od zaraženih goveda i ovaca. The Journal of Infectious Diseases, svezak 188, broj 11, 1. prosinca 2003., stranice 1782–1789. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.
8. Mukhopadhyay S, Krishnan R, Lemke EA, Lindquist S, Deniz AA: Prirodno nesavijeni prionski monomer kvasca usvaja skup kolapsiranih i brzo fluktuirajućih struktura. 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: Dokazi za mutator proteina u kvascu: uloga chaperona ssb povezanog s Hsp70 u formiranju, stabilnosti i toksičnosti [PSI] priona. 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: Prioni, homeostaza proteina i fenotipska raznolikost. Trendovi 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: Stanični čimbenici važni za de novo formiranje priona kvasca. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (Pt 5): 1083-1087. DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083
***
