Nobelova cena boří evoluční genetiku

Objev mikroRNA přidává další hřebík do darwinovské rakve — čím více se buňka ukazuje složitější, tím méně je evoluce uvěřitelnou.

Jerry Bergman, Ph.D.

Z Creation Evolution Headlines přeložil Pavel Akrman – 10/2024. (Zdroj úvodního obrázku: PHARMACAREERS).

V Darwinově době se na buňku pohlíželo jako na jednoduchý shluk proteinů a vody. Darwin věděl, že má membránu, jádro a jadérko, protože tyto struktury byly viditelné i v optických mikroskopech té doby. Neměl žádné konkrétní pochopení toho, co tyto organely v buňce dělají, ani neměl žádné ponětí o tisících dalších struktur v eukaryotických buňkách, které jsou nutné pro správné fungování buňky.

Buňka byla za Darwinových dnů:

„… mikroskopická hrudka rosolovité látky nebo protoplazmy … Tato protoplazma, ačkoliv je zcela bez jakékoli struktury, a tedy bez orgánů, je přesto považována za organismus.¹

Tento rozšířený pohled na buňku v 19. století nepocházel ze studia buněk savců, ale spíše z výzkumu komplexních jednobuněčných organismů včetně monád, vibrionů, proto-améb a polythalamií. Savčí buňky v 60. letech 19. století byly chápány tak, že se skládají jen z „jádra obklopeného protoplazmou [bez] jakékoli stopy organizovanosti“.²

K našemu modernímu chápání buňky přispěl na konci 80. let objev mikroRNA. Ve skutečnosti je nyní buňka uznávána jako nejsložitější mikrostruktura ve vesmíru:

„Jedna lidská buňka, např. kožní nebo jaterní buňka, je mnohem složitější než raketoplán. Nebo než jaderná ponorka. Ještě více ohromující je fakt, že miliardy biochemických molekul uvnitř buněk působí jako neuvěřitelně inteligentní bytosti s očima, ploutvemi a mozkem. Vědí, kam jít, co dělat a kdy to udělat. A dělají svou věc neuvěřitelně rychle … Systém, který syntetizuje proteiny, je neuvěřitelně složitý, přesto se v každé buňce vašeho těla syntetizují dva tisíce molekul proteinů každou sekundu, 24 hodin denně, 7 dní v týdnu. Pokud byste mohli zvětšit buňku na velikost basketbalového míče a mohli ji otevřít a sledovat, viděli byste kouli s neustálou a nekonečnou aktivitou.“³

Obr. 1: Ilustrace některých základních částí buňky. Klikni pro zvětšíní. (zdroj: God reports)

Dnes, v důsledku objevu mikroRNA, se buňka stala výrazně složitější, než je výše uvedený popis. Lékařský výzkumník s doktorátem v oboru komplexních systémů a fyziky pevných látek z Univerzity Karlovy v Praze žasl nad buňkou těmito slovy:

„Živé buňky jsou nesmírně složité. Počet pracovních částí jedné živé buňky, které zajišťují její funkci, je srovnatelný s počtem živých lidí na Zemi právě v tuto chvíli. Ale počet zúčastněných atomů je mnohem vyšší! Dokáže si někdo představit složitost vztahů mezi všemi žijícími lidmi na osobní, sociální, etnické a národní úrovni? V živé buňce to tak je… Každá její část interaguje s několika dalšími částmi, některé části tvoří funkční sítě. Kromě toho existují vysoce úrovňové provozní struktury, které nejsou zakódovány v provozních jednotkách nižší úrovně.“⁴

Objev mikroRNA přidává ještě další úroveň složitosti k předchozímu chápání buněčné složitosti.

Historie objevu

V 90. letech Victor Ambros a Gary Ruvkun identifikovali geny, které kódovaly mikroRNA ve škrkavce Caenorhabditis elegans, a pojmenovali ji lin4. Po celá léta byl tento objev považován za design jedinečný jen pro škrkavky, který nemá žádný význam pro jiné organismy. Objev konzervované mikroRNA (což znamená, že mají podobný design a velmi podobné funkce) napříč stromem života způsobilo v této oblasti doslova převrat. Tento přelomový objev, který pozoroval biolog RNA Eric Miska, byl komentován slovy, „Ach, můj Bože, celou tuto složitou vrstvu genové regulace jsme úplně přehlédli.“⁵

Sekvence mikroRNA jsou nyní uznávány jako zcela zásadní pro fungování buňky, a tím i pro veškerý život. Jejich objev byl tak významný, že Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu za rok 2024 získali (v říjnu 2024) genetici Victor Ambros a Gary Ruvkun.⁶ Nobelova cena je ve vědě zdaleka nejprestižnějším vyznamenáním. Důležitost objevu, jak vysvětlila Anne Mirabella, významně přispěla k našim znalostem buňky. Přirovnává buňku ke kvalitním hodinkám – ilustrace, kterou William Paley použil k prokázání existence inteligentního tvůrce:

„Není nic přesnějšího než švýcarské hodinky — kromě vývojové struktury červa Caenorhabditis elegans, jednoho z nejprostudovanějších a nejužitečnějších zvířecích modelů. Postembryonální vývoj C. elegans zahrnuje průchod čtyřmi přesně koordinovanými larválními stádii (L1–L4) protkanými línáním. V polovině 80. let se mnoho vědců zajímalo o genetické odchylky, které by mohly změnit přesné načasování vývoje C. elegans. Geny, které při manipulaci mohly zpozdit nebo urychlit buněčný cyklus hlístic a progresi vývojového stadia, byly nazvány heterochronní geny.“⁷

Nyní už cytologové vědí, že …

„Snížení regulace proteinu LIN‑14 bylo rozhodující pro postup z prvního larválního stadia (L1) do druhého larválního stadia (L2). Mutace se ztrátou funkce v lin-14 způsobí, že C. elegans přeskočí daný rytmus a začne vývoj od L2. Na druhou stranu mutace v jiném genu, lin-4, zastavily vývojový postup na neurčito ve fázi L1. Překvapivě lin-4 nekódoval protein; místo toho je přepsán do malé nekódující RNA s doplněnou sekvencí k nepřeložené oblasti 3ʹ (3ʹ UTR) lin-14.“⁸

Když byla tato malá nekódující RNA poprvé objevena, bylo rozhodnuto, že ponese název mikroRNA.

Jak vysvětlil Ashish Bihani, doktorand Ph.D. Centra pro buněčnou a molekulární biologii, vědci se musí o buňce ještě mnohé naučit:

1. Některé typy RNA také vedle toho, že slouží jako šablona pro translaci, pomáhají i při produkci buněčného aparátu, který má dokonce i enzymatické vlastnosti.
2. Z asi milionu proteinů v lidském proteomu má sotva 10 000 experimentálně určené struktury. Lidé se je snaží extrapolovat porovnáním sekvencí proteinů ve fylogenetické blízkosti. O mnoha systémech zpětné vazby, post-translačních modifikacích a signalizačních kaskádách stále nic nevíme.
3. Membrána eukaryotických buněk se skládá z lipidové dvojvrstvy obsahující mnoho protonových pump, iontových kanálů a porinů tvořených komplexními proteiny, které jsou součástí několika signálních drah. Transport přes membránu (který je dán endokrinním/neurálním systémem) je přísně kontrolován. Podrobnosti jsou nám dosud neznámé.
4. Struktura buňky a její poloha je udržována mikrotubuly a přilnavými spoji, které nesou proteiny a signální molekuly. A opět, mnohé z toho je nám stále neznámé.
5. Vědci, kteří významně přispívají k vědě, tráví svůj život výzkumem sotva dvou nebo tří proteinů nebo jen jedné konkrétní cesty. A v oblasti buněčné signalizace je toho stále ještě mnoho k objevování.⁹

Obr. 2: Každá ze 14 hlavních organel projevuje také obrovskou složitost, jak ukazuje tento příklad. Zdroj: Wikimedia Commons.

Shrnutí

Od té doby, co jsem začal studovat a učit buněčnou biologii, se naše znalosti o buňce nesmírně zvýšily. Každý nový objev (včetně DNA, RNA, RNAi, mRNA, siRNA, polymerázy DNA, restrikčních enzymů, reverzní transkriptázy a nyní i microRNA) zvýšil naše znalosti o buňce i naše chápání její složitosti.¹⁰ Mutace objevené při výzkumu microRNA neustále vedly ke ztrátě informací, nikoli k jejich zisku. mutace ale pomohly vědcům lépe porozumět funkcím genomů a proteinů používaných v buňce. Jak se naše znalosti o složitosti buňky zvyšují, pak možnost, že se takto vyvinula mutacemi a přírodním výběrem, se prakticky rovná nule.

Odkazy

1. Lewes, GH, „Hypotézy pana Darwina​​,“ Fortnightly Review , Volume 16, str. 61, 1. dubna 1868.
2. Lewes, 1868, str. 61.
3. Blume, S., https://www.quora.com/How-complex-is-a-cell-compared-to-the-most-complex-human-design.
4. Kroc, J., „Živé buňky jsou nesmírně složité.“ https://www.quora.com/How-complex-is-a-cell-compared-to-the-most-complex-human-design.
5. Callaway, E. a K. Sandersonovi, „Nobelova cena za medicínu udělena za genovou regulaci „mikroRNA“, Nature News, https://www.nature.com/articles/d41586-024-03212-9 , 7. října 2024.
6. Callaway a Sanderson, 2024.
7. Mirabella, A., „MicroRNAs emerge as potent post-transcriptional gene regulators,” Nature, https://www.nature.com/articles/d42859-019-00078-0 , 2019; přidán důraz.
8. Mirabella, 2019; přidán důraz.
9. Bihani, A. Jak mohou jednoduché buňky vytvořit složité lidské tělo? https://www.quora.com/profile/Ashish-Bihani.
10. Tomkins, J. Design and Complexity of the Cell. Dallas, TX: Institution of Creation Research, 2012.

Další informace o dopadu objevu mikroRNA, odměněného Nobelovou cenou, naleznete v Evolution News 10. října 2024.