Diskuze mezi obhájcem evoluce a obhájcem stvoření v angličtině s překladem

pavelkabrt Ostatní, různé 0 Koment.

(http://bio-complexity.org/ojs/index.php/main/index)

Téma: Mohou se neřízenými mechanizmy vyvinout u enzymů úplně nové funkce? Stačí k tomu jen mutace, selekce a dlouhý čas, nebo je k tomu třeba inteligence?

Drsoňman kontra Doug Axe
Přeložil Pavel Kábrt

Proti závěrům článku, publikovanému na těchto stránkách: „Společná evoluční historie, nebo společný plán?“ se postavil během února 2015 jeden čtenář těchto stránek, evolucionista Drsoňman, a napsal jednomu z autorů článku na stránkách Bio-complexity, řediteli Biologického institutu, Doug Axovi (USA, stát Washington, nedaleko Seattlu). Jejich korespondenci mi Drsoňman přeposlal v květnu 2015 pod podmínkou, že ji zveřejním. Protože se diskuze protáhla a čekalo se ještě na závěrečnou odpověď z Biologického ústavu, ke zveřejnění dochází až v těchto dnech. Český překlad najdete pod každým diskuzním příspěvkem. PK

***
Dear Dr. Axe,

I have read your paper „Enzyme Families–Shared Evolutionary History or Shared
Design? A Study of the GABA-Aminotransferase Family“ which I find very interesting. However, I have a question that bothers me ever since I finished reading the paper. The issue I am talking about is the main assumption you made. Generally speaking, you assume that a gene A, which codes for a protein that is structurally similar to a protein encoded by a gene B, should substitute the function of the gene B as a consequence of one or more mutations. What I think is that although it can happen, there is no reason to think it has to happen. So my question is whether this has to happen and if so then why.

I look forward to hearing from you soon,

Yours sincerely,

Drsoňman

Vážený Dr. Axi,

četl jsem Vaši práci „Enzyme Families–Shared Evolutionary History or Shared
Design? A Study of the GABA-Aminotransferase Family“ (Enzymové rodiny-Společená evoluční historie, nebo společný plán? Studie rodiny GABA- aminotransferáz“); je to zajímavý článek. Jenže od přečtení mě stále trápí otázka. Jde mi o hlavní předpoklad, z něhož v té studii vycházíte. Řečeno obecně, předpokládáte, že gen A, který kóduje protein strukturálně podobný proteinu kódovanému genem B, by měl nahradit funkci genu B coby důsledek jedné nebo více mutací. Myslím, že i když se toto stát může, neexistuje žádný důvod se domnívat, že se to stát musí. Moje otázka tedy je, zda se tak musí stát a pokud ano, pak proč.

Těším se na brzkou odpověď.

S úctou,

Drsoňman

Hello Drsoňman–

Your question is a good one, in that it points to a way of thinking that has become very prevalent in evolutionary biology.

The key issue here, as I see it, is the proper relationship between general and specific knowledge in science. Molecular biologists would like to say that they know how the present diversity of enzyme functions evolved in general, and they would like to cite the existence of structural families in support of this claim. The problem is that there seem to be no specific cases where the supposed general explanation really works.

Our approach was to choose a specific test case that appears to be among the most favorable, according to the supposed connection between structural similarity and evolutionary relatedness. In effect we are saying, „Show us how this evolutionary idea works in a real example,“ while carefully choosing what seems to be an exceptionally favorable example.

When we find that an evolutionary transition cannot work in this example, the common response is something to the effect of, „No one said it would work in that example.“ But the problem with this response is that everyone is accepting explanations as generalizations despite the fact that no particular facts bear these generalizations out.

So, my answer to your final question is that a theory can’t properly claim to have explained the origin of protein functions until its ideas are specific enough that they can be tested on specific examples and (in most cases) shown to work. The only logical alternatives for the evolutionary origin of protein functions are A-to-B transitions or de novo origins, neither of which seems to work.

Does that make more sense of our approach?

Regards,

Doug

Zdravím Vás, Drsoňmane–

Vaše otázka je dobrá, a sice v tom, že ukazuje na způsob myšlení, který převládá v evoluční biologii.

Podstatou je samotný vztah mezi obecným a konkrétním (přesným) poznáním. Molekulární biologové by rádi řekli, že vědí, jak se všeobecně vyvinula rozmanitost enzymových funkcí, a rádi by uvedli na podporu svého tvrzení existenci strukturních rodin. Problém je, že patrně nemáme žádné konkrétní případy, ve kterých toto navrhované všeobecné vysvětlení skutečně funguje.

My jsme k tomu přistupovali tak, že jsme zvolili pro testování určitý úkol, který se jeví jako nejpříznivější, vzhledem k předpokládanému vztahu mezi strukturální podobností a evoluční příbuzností. Vlastně jen říkáme: „Nechť se ukáže, jak evoluční myšlenka funguje na reálném příkladu“ s tím, že jsme pečlivě zvolili to, co se jeví jako výjimečně příznivý příklad.

Když jsme zjistili, že evoluční přechod v tomto příkladu nemůže fungovat, tak na to byla běžná odpověď, něco v tom smyslu, jako „Nikdo neřekl, že to bude fungovat v tomto příkladu.“ Ale potíž s touto odpovědí je, že každý přijímá zevšeobecnělá vysvětlování navzdory tomu, že nebyl poskytnut žádný konkrétní příklad, který by tato zevšeobecňování potvrdil.

Mojí odpovědí na Vaši poslední otázku tedy je, že nějaká teorie nemůže oprávněně tvrdit, že vysvětlila původ proteinových funkcí, dokud její teze nejsou natolik konkrétní, aby mohly být testovány na konkrétních příkladech a (ve většině případů) aby se ukázalo, že to funguje. Jedinou logickou alternativou pro evoluční původ proteinových funkcí jsou přechody od A k B, anebo úplně nový vznik – ale ani jedno z toho se nezdá funkční.

Dává teď náš přístup větší smysl?

S pozdravem,

Doug

———————————————

Dear Doug,

thank you very much for such a thorough reply. I think I see your point. But still, it is possible we misunderstood each other. The main issue that troubles me about your main assumption regarding the functional transition of A-to-B is that you assume a functional transition of already existing A to already existing B. I think it is naive to expect that such a transition has to happen, though it can happen. It seems to me that you might have been saying it doesn’t have to happen at the end of your reply where you write „and (in most cases) shown to work.“ But I am not sure whether I got it right.

I appreciate your time.

Kind regards,

Drsoňman

Vážený Dougu,

děkuji velice za takto důkladnou odpověď. Myslím, že chápu, co říkáte. Ale i tak je možné, že si nerozumíme. To, co mne především znepokojuje na Vašem hlavním předpokladu funkčního přechodu od A k B, je, že Vy předpokládáte funkční přechod již existujícího A na již existující B. Domnívám se, že je naivní očekávat, že k takovému přechodu musí dojít, i když k němu dojít může. Připadá mi, že vlastně toto říkáte, když v závěru své odpovědi píšete „a (ve většině případů) aby se ukázalo, že to funguje“. Ale nejsem si jist, jestli jsem to správně pochopil.

Děkuji za Váš čas.

Srdečně zdraví,

Drsoňman

———————————————

Dear Drsoňman–

You are right in thinking that the existing A and B and C, etc., are the things that need to be explained, and that no one thinks the existing B came from the existing A. The real question, though, is this: What natural process would make the existing A and B and C etc. unsurprising outcomes?

With regard to getting new functions from existing protein folds, the widely accepted answer has been that exiting folds are readily recruited to new functions. And when we consider how many unhelpful functional transitions would have had to occur in order for sets of helpful ones to build new metabolic pathways by accident, we are forced to conclude that these random functional transitions must be happening all the time as highly probable events.

So, I while agree with you that there is nothing particularly important about the A to B transition we examined, I think that’s the wrong way to look at this. For the current understanding of protein evolution to work, it is absolutely crucial for functional transitions to be very feasible as a general rule. We therefore examined the A to B transition as a test case for this general rule. In other words, if functional transitions are really so simple that we shouldn’t think twice before invoking them in evolutionary accounts, then we should be able to validate this rule in the lab with many of examples

But this simply hasn’t happened. In this context, then, the failure of our A to B transition and the many other x-to-B transitions we have now examined should make everyone doubt the general rule, I think.

More humorously, think of it this way. Everyone out there has for generations been saying that elephants can fly. As skeptics, we have carefully picked what appear to be several very heathy elephant specimens and have proven that they can’t fly. This, combined with the fact that no one has ever produced an elephant that can fly, seems quite conclusive. But people are reluctant to change their minds, so they say we picked the wrong elephants.

Doug

Vážený Drsoňmane–

máte pravdu v tom, že existující A a B a C atd. jsou věci, které si vyžadují vysvětlení, a že nikdo si nemyslí, že existující B vyšlo z existujícího A. Ta skutečná otázka je však tato: Jakým přírodním procesem vzniknou existující A a B a C atd. tak, že jejich objevení nebude překvapení?

Pokud jde o získání nových funkcí z již existujících proteinových konformací, široce přijímanou odpovědí je, že existující konformace jsou snadno použitelné pro nové funkce. A když zvážíme, jak mnoho neúčinných funkčních přechodů by muselo nastat, aby vznikly sady těch užitečných k vytvoření nových metabolických drah náhodně, jsme nuceni k závěru, že tyto nahodilé funkční přechody musí nastávat po celou dobu jakožto vysoce pravděpodobné události.

Takže zatímco souhlasím s Vámi, že na přechodu A na B, který jsme zkoušeli, není nic extra důležitého, myslím si, že tento způsob pohledu na věc je špatný. Aby platilo současné chápaní proteinové evoluce, je naprosto klíčové, aby funkční přechody byly velmi snadno proveditelné coby všeobecné pravidlo. Proto jsme zkoumali přechod A na B jako test tohoto všeobecného pravidla. Jinými slovy, jsou-li funkční přechody opravdu tak jednoduché, že o nich už ani nemusíme dvakrát přemýšlet a rovnou se na ně můžeme odvolávat v evolučním vysvětlování, pak bychom měli být schopni prokázat toto pravidlo v laboratoři na mnoha příkladech.

Jenže tohle se prostě nestalo. Myslím si pak v tomto kontextu, že by mělo selhání přechodu A na B a mnoha dalších takových přechodů x na B, které jsme zatím prověřili, vést každého k pochybnostech o onom všeobecném pravidle.

Více legračně, zkuste o tom přemýšlet tímto způsobem. Po celé generace všichni všude říkají, že sloni mohou létat. Jako skeptici jsme pečlivě vybrali několik patrně velmi zdravých sloních exemplářů a prokázali jsme, že létat nemohou. Tento fakt spolu s dalším faktem, že nikdo dosud nevytvořil létajícího slona, se jeví jako přesvědčivý. Ale lidé nejsou ochotni měnit svoje myšlení, a tak říkají, že jsme nevybrali ty správné slony.

Doug

———————————————

Dear Doug,

I like the elephant simile. It provides simple means allowing me to show my point. I do not agree that everyone has been saying that elephants can fly. I think everyone has been saying that elephants can learn new tricks. I agree that you have proven that elephants cannot fly. However, that doesn’t mean elephants cannot learn new tricks at all or does it? As I see it, showing that elephants cannot fly does not rule out a possibility that elephants can balance on a ball, draw, read or something else we cannot even grasp with our current knowledge. I still cannot get over this issue in your study.

With best wishes,

Drsoňman

Vážený Dougu,

líbí se mi sloní podobenství. Dává mi to jednoduchý prostředek, na kterém mohu ukázat, jak to myslím já. Nesouhlasím s tím, že každý říká, že sloni mohou létat. Myslím si, že každý říká, že sloni se mohou naučit novým kouskům. Souhlasím s tím, že jste prokázali, že sloni létat nemohou. Jenže to přece vůbec nedokazuje, že se sloni nemohou naučit novým trikům, nebo snad ano? Z mého pohledu ukázat, že sloni nemohou létat, nevylučuje možnost, že sloni mohou balancovat na míči, kreslit, číst nebo něco jiného, co ani nejsme schopni při svých současných znalostech pojmout. Pořád nejsem schopen přenést se přes tuto věc ve Vaší studii.

S přáním všeho nejlepšího,

Drsoňman

———————————————

I appreciate your thoughts on this, Drsoňman, and your frankness. I’m not wanting to discourage people from thinking creatively about enzymes (or elephants), but I am wanting to draw a clear line between what people have imagined and what science has shown.

Here’s a very specific thought experiment to make the point. Suppose there were a way to supply a very large isolated population of E. coli (the size of the global E. coli population) with all the nutrients needed to maintain a stable population size for billions of years. Suppose these bacteria start out with identical genomes in which the bioF gene is absent but the other E. coli genes are intact. And suppose that the supply of biotin is low enough to severely limit growth, such that the generation time is 10 hours or so.

My question is, would this population be able to overcome the biotin limitation by recovering the ability to synthesize biotin in a few billion years? I grant that we can’t answer this with 100% certainty, but I think we have solid scientific grounds for thinking that biotin synthesis would not be recovered. And because biosynthesis of biotin is not unique in this respect, I think the whole evolutionary story unravels when you start to pose very specific questions like this.

I’m very familiar with evolutionary thinking, and I know all kinds of stories can be told about how the bacteria might come up with an entirely new way of making biotin or how they might come up with a way of growing more quickly without biotin. But I claim we don’t have the science to back any of those stories up, for the biotin pathway or for any other. Worse, I think that when any of these stories is made specific enough to examine critically, they are all seen to be clearly implausible, based on actual science.

I’m not at all against people trying to resolve this situation in favor of evolution, but the plain fact is that no one has.

Regards,

Doug

Oceňuji Vaše myšlenky v této věci, Drsoňmane, i Vaši upřímnost. Nemám v úmyslu odrazovat lidi od kreativního myšlení kolem enzymů (nebo slonů), ale chci narýsovat jasnou čáru mezi tím, co si lidé napředstavovali, a mezi tím, co ukázala věda.

Zde je velmi konkrétní myšlenkový experiment pro vyjádření jádra věci. Předpokládejme, že existuje způsob, jak vyživovat velmi velikou izolovanou populaci E. coli (o velikosti celosvětové populace E. coli), se všemi živinami potřebnými udržet stabilní velikost populace po miliardy let. Předpokládejme, že tyto bakterie začínají se stejnými genomy, ve kterých gen bioF chybí, ale ostatní geny E. coli jsou nedotčeny. A předpokládejme, že přísun biotinu [vitamin – pozn. překladatel] je natolik nízký, aby drasticky omezil růst, a to tak, že generační doba je okolo 10 hodin.

Moje otázka je, zda tato populace bude schopna překonat biotinové omezení tak, že obnoví schopnost biotin syntetizovat během několika miliard let? Uznávám, že tuto otázku nemůžeme zodpovědět se 100 % jistotou, přesto však myslím, že máme dostatečně solidní vědecké podklady si myslet, že syntéza biotinu nebude obnovena. A protože biosyntéza biotinu není v tomto ohledu něco mimořádného, myslím si, že se takto rozplétá celý evoluční příběh, když začnete klást takto konkrétní otázky.

Já znám evoluční myšlení velmi dobře a znám všechny ty příběhy, které lze vyprávět o tom, jak by bakterie mohly vytvořit úplně nový způsob produkce biotinu, nebo jak by mohly přijít se způsobem, jak růst mnohem rychleji bez biotinu. Ale já tvrdím, že nemáme žádné vědecké podklady k potvrzení těchto příběhů, jak by se vytvořila biochemická dráha pro biotin nebo jiné věci. Co horšího, myslím si, že když se kterýkoliv z těchto příběhů zrealizuje dostatečně k tomu, aby jej šlo kriticky prověřit, ukážou se na základě skutečné vědy všechny zcela nepravděpodobné.

Vůbec nejsem proti lidem, kteří se snaží tuto situaci vyřešit ve prospěch evoluce, ale prostým faktem zůstává, že se to nikomu nepodařilo.

S pozdravem

Doug

———————————————

Dear Doug,

I think that with your thought experiment we are getting back at the beginning, because you make the same kind of assumption as you did in your study, i.e., E. coli has to arrive to synthesizing biotin. But I don’t see why there should be such an obligation. It is entirely possible that E. coli could have coped with biotin deficiency in a completely different way. You claim that something like this seems impossible and not supported by science, but, for instance, Lenski’s experiment on E. coli says something else.

I very much thank you for the time you spent answering my questions.

With kind regards,

Drsoňman

Vážený Dougu,

myslím si, že s Vaším myšlenkovým experimentem se dostáváme zpět na začátek, protože děláte stejný druh předpokladu, jaký jste udělali ve Vaší studii, tedy že E. coli musí docílit syntézu biotinu. Ale já nevidím důvod, proč by zde toto omezení mělo být. Je klidně možné, že E. coli by nedostatek biotinu zvládla zcela jiným způsobem. Tvrdíte, že něco takového se nejeví jako možné a není to podpořeno vědou, ale například Lenskiho pokus s E. coli říká něco jiného.

Velice děkuji za Váš čas strávený odpovídáním mých otázek.

Se srdečnými pozdravy,

Drsoňman

———————————————

Dear Drsoňman–

Well, when you say, „It is entirely possible that E. coli could have coped with biotin deficiency in completely different way,“ do you have some basis for concluding that this is possible? If not, are you making an assumption?

Do you think Lenski’s experiments show how E. coli populations can acquire new enzymes, or how they can find a new way to synthesize lipids without biotin?

I’m trying to separate what has been shown from what is commonly assumed. I’m not assuming that E. coli can’t evolve a new way of making biotin or a way of making lipids without biotin. Instead I’m asking you whether you think such things have been shown. If not, then aren’t you making the assumptions?

My point is that whereas everyone else is happy to keep assuming, we have gone into the lab and shown something, and what we have shown challenges the validity of all these assumptions. Can you actually show me something that should make me think otherwise?

Regards,

Doug

Vážený Drsoňmane,

dobře tedy, když řeknete „Je zcela možné, že E. coli by nedostatek biotinu zvládla zcela jiným způsobem,“ máte pro tento závěr, že je to možné, nějaký podklad? Pokud ne, jde tedy o Váš předpoklad?

Myslíte, že Lenskiho experimenty ukazují, jak populace E. coli mohou získat nové enzymy, nebo jak mohou najít nový způsob syntézy lipidů bez biotinu?

Mojí snahou je oddělit to, co bylo předvedeno, od toho, co se obecně předpokládá. Nepředpokládám, že E. coli nemůže vyvinout nový způsob tvorby biotinu nebo způsob produkce lipidů bez biotinu. Namísto toho se Vás tážu, zda si myslíte, že tyhle věci byly předvedeny. Pokud ne, neděláte pak předpoklady?

Chci říct, že zatímco kdekdo rád činí předpoklady, my jsme šli do laboratoře a něco jsme předvedli, a to, co jsme předvedli, zpochybňuje platnost všech těchto předpokladů. Můžete mi opravdu ukázat něco, co by mě přimělo změnit názor?

S pozdravem,

Doug

———————————————

Dear Doug,

I agree that, Lenski’s experiment doesn’t show „how E. coli populations can acquire new enzymes, or how they can find a new way to synthesize lipids without biotin“, but that was not my point. My point from the beginning is that such an assumption is naive. There is no reason to think that E. coli or any other organism should solve a deficiency of already exsiting enzyme by finding a way for its synthesis. Lenski’s experiment shows that a single mutation can solve quite a severe problem once and for all by finding a very different way of living (e.g., by evolving new metabolic pathways).

Lenski’s experiment cleary proves that elephants can learn new tricks. You further ask, whether there is a support for the evolution of new enzymes. I believe there is a whole scientific field proving this is possible, namely protein engeneering. Protein engeneering unequivocally shows that random mutations can produce enzymes with new functions. Please note, I am talking about new, not yet existing, enzymes with new functions (not about already existing enzymes). So, Lenski’s experiment and protein engeneering prove that elephants can learn new tricks and also make new tools for performing them.

I would like to emphasize again that I agree you have shown that mutations do not have to cause some already existing protein A to acquire a function of some already exsiting protein B. But I think you definitely haven’t shown that mutations cannot cause some already existing protein A to acquire a new function, which clearly is possible as we know, for instance, from the protein engeneering.

Best regards,

Drsoňman

Vážený Dougu,

souhlasím s tím, že Lenskiho experiment neukázal, jak „ populace E. coli mohou získat nové enzymy, nebo jak mohou najít nový způsob syntézy lipidů bez biotinu“, ale to nebylo jádrem mého tvrzení. Od začátku kladu důraz na to, že takový předpoklad je naivní. Není žádný důvod si myslet, že by E. coli nebo jakýkoliv jiný organizmus měl řešit deficit již existujícího enzymu tak, že by našel způsob jeho syntézy. Lenskiho experiment ukazuje, že jediná mutace může vyřešit docela vážný problém jednou provždy nalezením velmi odlišného způsobu života (např. tím, že vyvine nové metabolické dráhy).

Lenskiho experiment jasně prokazuje, že se sloni mohou naučit novým trikům. Ptáte se ještě, zda existuje nějaká podpora pro evoluci nových enzymů. Myslím si, že existuje celá oblast vědy, která dokazuje tuto možnost, jmenovitě proteinové inženýrství. Proteinové inženýrství jednoznačně ukazuje, že nahodilé mutace mohou produkovat enzymy s novými funkcemi. Všimněte si, prosím, že mluvím o nových (ne o již existujících) enzymech s novými funkcemi. Takže Lenskiho pokus a proteinové inženýrství dokazují, že se sloni mohou naučit novým trikům a také si vyrobit nové nástroje, aby je předvedli.

Ještě jednou bych chtěl zdůraznit, že souhlasím s Vámi, že jste ukázali, že mutace nemusí způsobit, že nějaký již existující protein A získá funkci nějakého již existujícího proteinu B. Ale myslím si, že jste zcela jistě neukázali, že mutacemi nemůže již existující protein A získat novou funkci, což zjevně možné je, jak víme například z proteinového inženýrství.

S pozdravem,

Drsoňman

———————————————

Okay. Can I have a specific example of a protein engineering study that shows that random mutations can produce enzymes with new functions?

Tak jo. Mohl bych dostat nějaký konkrétní příklad ze studie proteinového inženýrství, která ukazuje, že nahodilé mutace mohou vyprodukovat enzymy s novými funkcemi?

———————————————

Dear Doug,

Directed evolution approach in protein engineering is basically what you did in your study. Althought I don’t know the examples by heart because I am not an expert in the field, I found plenty of them after a while of google searching. There are many reviews on the subject, so if you are interested I am sure you can easily find them. As you can see below, random mutagenesis can clearly confer on an enzyme a new or enhanced function.

Here are just a few examples:

1. Sun et al. (2002) Modification of Galactose Oxidase to Introduce Glucose 6-Oxidase Activity.

The authors used combinatorial mutagenesis to change the substrate specificity of galactose oxidase to use glucose as a substrate. One variant (with only three point mutations) exhibited activity against D-glucose and oxidized other primary and secondary alcohols. It is a nice example of mutations generating novel specifity and activity.

2. Estell et al. (1985) Engineering an enzyme by site-directed mutagenesis to be resistant to chemical oxidation.

In this case, site-directed mutagenesis did not changed the original function of the enzyme, but the novelty was that it became oxidation-resistant. Such a mutated enzyme became useful in clothing detergents, because it could withstand oxidative stress in detergents and keep its function.

3. Matsumoto et al. (2013) Directed Evolution and Structural Analysis of NADPH-Dependent Acetoacetyl Coenzyme A (Acetoacetyl-CoA) Reductase from Ralstonia eutropha Reveals Two Mutations Responsible for Enhanced Kinetics

Here, after random mutagenesis, the enzyme showed considerably higher kinetic activity.

Best regards,

Drsoňman

Vážený Dougu,

přístup řízenou evolucí u proteinového inženýrství je vlastně v základu to, co jste udělali Vy ve Vaší studii. I když neznám z hlavy příklady, protože v této oblasti nejsem odborník, našel jsem spousty příkladů jen po chvilce gůglování. K tomuto předmětu existuje mnoho review článků [články shrnující poznatky z poslední doby – pozn. překladatele], takže když budete mít zájem, jistě je snadno najdete. Jak můžete níže vidět, náhodná mutageneze zjevně může enzymu dodat nové nebo rozšířené funkce.

Tady máte jen několik příkladů:

1. Sun et al. (2002) Modification of Galactose Oxidase to Introduce Glucose 6-Oxidase Activity.

Autoři použili kombinační mutagenezi ke změně substrátové specifity galaktóza-oxidázy pro využití glukózy coby substrátu. Jedna varianta (jen se třemi bodovými mutacemi) vykázala aktivitu vůči D-glukóze a oxidovala další primární a sekundární alkoholy. Je to pěkný příklad mutací generujících novou specifitu a aktivitu.

2. Estell et al. (1985) Engineering an enzyme by site-directed mutagenesis to be resistant to chemical oxidation.

V tomto případě mutace místně cílené (site-directed mutagenesis) nezměnily původní funkci enzymu, ale novinkou bylo, že došlo k rezistenci na oxidaci. Tento zmutovaný enzym je užitečný v čistících prostředcích, protože může odolat oxidačnímu stresu v čisticích prostředcích a zachovat si svoji funkci.

3. Matsumoto et al. (2013) Directed Evolution and Structural Analysis of NADPH-Dependent Acetoacetyl Coenzyme A (Acetoacetyl-CoA) Reductase from Ralstonia eutropha Reveals Two Mutations Responsible for Enhanced Kinetics

Zde, po nahodilé mutagenezi, vykázal enzym podstatně zvýšenou kinetickou aktivitu.

Vše nejlepší,

Drsoňman

———————————————

Dear Drsoňman–

Sorry for the delay. I wasn’t ignoring you, just been very busy lately.

Yes, I’ve spent much time examining studies like these, and while interesting things have come out of them, I don’t think they support the idea that evolution can produce new enzyme functions.

First of all, none of the 3 examples you give qualify as demonstrating genuinely new enzyme functions according to the definition we gave on the second page of our paper:

To frame the question more precisely, we previously gave a precise description of what would qualify as a genuinely new evolved function [26]. The two conditions we described were: 1) that the pre-evolved enzyme should have no detectable activity with respect to the evolved function, and 2) that this evolved function should not be capable of representation by a generalized chemical reaction (i.e., one using R groups) that also describes the pre-evolved function. Certainly, no explanation of enzyme diversity can be considered complete unless it handles newness of this kind.

The paper by Sun et al. comes close to qualifying on point 1 above (although it seems the authors did detect activity toward glucose because they say „twenty times greater activity than the parent enzyme“). But since there is no change in the general reaction (only a change of substrate) this example clearly doesn’t meet our second condition.

Still, you can see very clearly in the Sun et al. study the problems for evolution that we describe in our paper. First, although you say there were three point mutations, actually there were three amino-acid substitutions that required seven nucleotide substitutions. The M-RQ mutant requires five nucleotide substitutions to produce a glucose activity that is about 50,000-fold lower than the native galactose activity, while causing a substantial reduction in that native activity toward galactose.

The net effect of M-RQW is a 1000-fold reduction of native galactose activity in exchange for glucose activity that amounts to a mere 0.01% of the original galactose activity.

So, any realistic evolutionary scenario has to take into account that the original substrate activity was largely destroyed to get the new substrate activity. In order for the original activity to be preserved, then, the evolutionary process would have to start with duplication of the original gene. But for a gene duplication event to be followed by the acquisition of five nucleotide substitutions would take 10^28 years in a natural bacterial population, or 10^42 years for seven nucleotide substitutions, both of which are far too long to be feasible.

Moreover, these timescales assume the new phenotype would have a 1% growth advantage. It’s hard to imagine how this could arise from an activity that is so very weak. And on top of it all, how would this activity toward glucose benefit the cell anyway?

I think you can see from this exercise that under close scrutiny, what looks like a significant result for evolution turns out not to be.

Regards,

Doug

Vážený Drsoňmane–

Omlouvám se za zdržení, ne pro neochotu vůči Vám, ale měl jsem v poslední době mnoho práce.

Ovšem, strávil jsem hodně času prověřováním studií, jako jsou tyto, a i když mnoho zajímavých věcí z toho vyplynulo, nemyslím si, že toto podporuje myšlenku, že by evoluce mohla produkovat nové enzymové funkce.

Nejprve, žádný z Vámi uvedených 3 příkladů nelze kvalifikovat, dle naší definice, kterou jsme uvedli na druhé straně naší studie, jako ukázku ryze nové enzymatické funkce:

Abych tuto otázku více precizoval, uvedli jsme na začátku přesný popis toho, co by šlo kvalifikovat jako ryzí, nově vyvinutou funkci [26]. Popsali jsme dvě podmínky: 1) enzym před evoluční změnou (před svým vývojem) nesmí vykazovat žádnou aktivitu vzhledem k vyvinuté funkci, a 2) tato vyvinutá funkce nebude jen schopností vykazovat všeobecné chemické reakce (např. užití R skupin), což spadá též do popisu funkce před vývojem. Zcela jistě nelze považovat žádné vysvětlení enzymové diverzity za kompletní, pokud nepracuje s novinkou tohoto druhu.

Práce Sun et al. se blíží naší kvalifikaci v bodu 1, jak uvedeno výše (i když se zdá, že autoři detekovali aktivitu vůči glukóze, protože říkají „dvacetkrát větší aktivita než u rodičovského enzymu“). Protože však nedošlo ke změně ve všeobecné reakci (jen ke změně substrátu), tím tento příklad jasně nesplňuje naši druhou podmínku.

A nadále můžete vidět ve studii Sun et al. zcela jasné problémy pro evoluci, tak jak jsme je popsali v naší studii. První je to, že ačkoli říkáte, že tam byly tři bodové mutace, ve skutečnosti šlo o tři aminokyselinové substituce vyžadující sedm substitucí nukleotidů. Mutant M-RQ potřebuje pět nukleotidových substitucí k produkci glukózové aktivity, která je asi 50 000 krát nižší než u přirozené aktivity galaktózy, a zároveň způsobuje podstatnou redukci v přirozené aktivitě vůči galaktóze.

Čistý efekt M-RQW je 1 000 násobná redukce aktivity přirozené galaktózy výměnou za aktivitu glukózy, jejíž hodnota je pouhých 0,01 % z původní aktivity galaktózy.

Takže jakýkoliv realistický evoluční scénář by měl vzít v úvahu, že aktivita původního substrátu byla z velké části zničena, aby byla získána nová aktivita substrátu. Aby byla zachována původní aktivita, pak by evoluční proces musel začít s duplikací původního genu. Ale proces s genovou duplikací, po které by měl následovat proces pěti nukleotidových náhrad, by trval 10^28 let v přirozené bakteriální populaci, nebo 10^42 let pro sedm nukleotidových náhrad, což obé je příliš dlouhé, aby to bylo proveditelné.

Navíc tyto časové rozvrhy předpokládají, že nový fenotyp bude mít 1 % růstovou výhodu. Je obtížné si představit, jak by toto mohlo vzniknout z tak slabé aktivity. A konečně, jak by tato aktivita vůči glukóze vůbec nějak prospěla buňce?

Myslím, že z tohoto rozboru můžete vidět, že při bližším ověřování se pak to, co vypadá jako významný evoluční výsledek, ukáže, že jím není.

S pozdravem,

Doug

———————————————

Dear Doug,

it’s ok. You don´t have to respond Smile.

I am sorry, but I don´t buy your arguments. I don’t see why the evolution of new functions should meet your conditions to be considered new. The important thing is whether it meets predictions that follow from evolutionary theories or hypotheses, which examples I gave you clearly do. In the end, it does not matter whether you call it new or not. Moreover, it seems to me that such conditions preclude any success of your study.

I agree that a new function may destroy the old function, but since new genes usually origin from duplicate copies which are not under selective constraint, it is no big deal. However, I strongly disagree with your calculations. They might be true (I don’t know the mutation rate you used), but only if you count with one bacteria (or any other organism or better say gamete) in each generation and leave out natural selection (or other evolutionary forces) at the same time, which is a wrong assumption and not what happens in nature.

As I see it, we are getting to a dead end, so I suggest to stop our discussion here. I thank you very much for your patience, effort and time you spent aswering my questions and I wish the best of luck!

Best regards,

Drsoňman

Vážený Dougu,

to je v pořádku. Nemusíte mi odpovídat Smile

Je mi líto, ale Vaše argumenty nemohu přijmout. Nevidím důvod, proč by evoluce nových funkcí měla odpovídat Vašim podmínkám, aby pak tyto funkce byly považovány za nové. Důležité je, zda to odpovídá předpovědím, které plynou z evolučních teorií a hypotéz, čemuž příklady, které jsem Vám uvedl, bezpochyby odpovídají. Nakonec není důležité, zda to nazýváte nové či nikoli. Navíc se mi to jeví tak, že takové podmínky dokonce brání úspěšnému provedení Vaší studie.

Souhlasím, že nová funkce může zničit funkci starou, ale protože nové geny obvykle pocházejí z duplikovaných kopií, které nejsou pod selektivním omezením, není to žádný velký problém. Avšak velmi silně nesouhlasím s Vašimi propočty. Mohou být pravdivé (nevím, jakou rychlost pro mutace jste použil), ale pouze v případě, že uvažujete jednu bakterii (nebo jiný organizmus či lépe gametu) na každou generaci a současně vynecháte přírodní výběr (nebo jiné evoluční síly), což je špatný předpoklad, nikoli to, co se odehrává v přírodě.

Vidím to tak, že se dostáváme do patové situace, takže navrhuji naši diskuzi zde ukončit. Děkuji Vám moc za Vaši trpělivost, úsilí i čas, který jste vynaložil na odpovídání mých otázek, a přeju Vám vše nejlepší!

Srdečný pozdrav,

Drsoňman

———————————————

Dead ends are disappointing but common. Thanks for your questions Drsoňman.

Regards,

Doug

Patové situace jsou zklamáním, ale běžné. Děkuji Vám, Drsoňmane, za Vaše otázky.

S pozdravem,

Doug

*****Závěrečná odpověď od Douga Axe*****
Thank you, Drsoňman,
I accept that you remain unhappy with our study, but I don’t think you have shown it was flawed. In the end, I think you are doing what most life scientists do with evolutionary theory, which is to accept that it explains everything without requiring anything like a satisfactory demonstration that it can explain everything.

To that end, I think the E. coli thought experiment I proposed earlier in our conversation exemplifies that kind of questions we should be asking. According to the evolutionary account, all modern life descends from a very simple life form that had only the bare essential components of metabolism in place. If that is true, then all modern enzyme functions beyond those bare essentials must have been invented by evolution. Since many hundreds or thousands of these functions would have been new according to the definition we gave in our paper, it follows that that this definition is relevant.

My colleagues and I are not assuming that new functions of this kind can’t evolve. Instead, we are challenging others not to merely assume they can. We are asking for evidence instead of talk, and after studying the subject carefully and adding our own evidence, we find no evidence that evolution can do what everyone supposes it did do. Indeed, we find evidence that it can’t.

I agree, of course, that evidence of evolution’s inability to invent a new protein function isn’t the same as proof that it can’t do this. But evidence is certainly of value, and when I challenge you to provide contrary evidence, you seem to come up short. Like many scientists, you have the impression that strong evidence for the inventive power of evolution is out there, but when we look at the details, the examples you cite turn out not to provide such evidence. Similarly, you have the impression that I have calculated incorrectly, but until you actually look at the details, you ought to remain open to the possibility that your impression may be wrong.

I do appreciate the opportunity to dialog with you over this, Drsoňman. If we have convinced each other of nothing else, I hope we are convinced that respectful dialog is possible among people who hold different positions on this important topic.

Best regards,

Doug

Děkuji Vám, Drsoňmane,

uznávám, že Vás naše studie neuspokojila, ale nemyslím si, že jste prokázal, že je chybná. Nakonec si myslím, že jste udělal to, co většina přírodovědců s evoluční teorií dělá: berou to tak, že evoluční teorie vysvětlí všechno, ale nevyžadují nějaké uspokojivé předvedení, že evoluce všechno vysvětlit může.

Na závěr si myslím, že myšlenkový experiment s E. coli, který jsem předtím v naší konverzaci navrhl, ukazuje ten druh otázek, které bychom si měli klást. Podle evolučního scénáře pochází veškerý život z velmi jednoduché životní formy, která v sobě měla jen ty nejzákladnější komponenty metabolizmu. Je-li tomu tak, pak všechny moderní enzymatické funkce nad rámec těch skrovných esenciálních musely být vynalezeny evolucí. Jelikož by tedy mnoho set či tisíc těchto funkcí bylo nových v souladu s definicí, kterou jsme v naší stuii uvedli, plyne z toho, že tato naše definice je platná.

Ani moji kolegové, ani já nepředpokládáme, že nové funkce tohoto druhu se nemohou vyvinout. Namísto toho jen prostě vyzýváme ostatní, aby jen tak snadno nepředpokládali, že se vyvinout mohou. Namísto povídání žádáme důkazy, a poté, co tuto záležitost pečlivě studujeme a přinášíme naše vlastní fakta, žádné důkazy nenalézáme, že evoluce může dělat to, co kdekdo předpokládá, že udělala. Právě naopak, nalézáme důkazy, že to evoluce udělat nemohla.

Ovšemže souhlasím, že doklady pro neschopnost evoluce vynalézt novou proteinovou funkci není to samé co důkaz [test], že to nedokáže. Ale doklady jsou jistě také hodnotné, a když Vás vyzývám přinést protidoklady, zdá se, že nemáte žádné. Jako mnozí vědci máte dojem, že tu máme silné doklady vynalézavé síly evoluce, ale když se podíváme na detaily, ukáže se, že Vámi citované příklady žádný takový důkaz neposkytují. Podobně Vy zase máte dojem, že já jsem kalkuloval nekorektně, ale než se na ty detaily skutečně podíváte, měl byste zůstat otevřený možnosti, že Váš dojem je mylný.

Drsoňmane, oceňuji příležitost povídat si s Vámi na toto téma. I kdybychom se o ničem jiném navzájem nepřesvědčili, doufám, že jsme se alespoň přesvědčili o tom, že je možné vést zdvořilý dialog na toto důležité téma mezi lidmi rozdílných stanovisek.

Vše nejlepší,

Doug

Share on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedInEmail this to someonePrint this page

Komentujte

Buďte první kdo bude komentovat!

Upozornit na
wpDiscuz