Studie zjišťuje funkční význam pro „nadbytečné” kodony

Naplněná předpověď Inteligentního designu

Casey Luskin

Z www.evolutionnews.org přeložil M. T., editace Pavel Kábrt – 01/2016. Článek vyšel na stránkách EVOLUTION NEWS AND VIEWS.

V novém odborně recenzovaném článku časopisu Frontiers in Genetics, Redundancy of the genetic code enables translational pausing (Redundance genetického kódu umožňuje přerušovanou translaci) se konstatuje, že takzvané “redundantní” [nadbytečné] kodony mohou ve skutečnosti sloužit k důležitým funkcím v genomu. Redundantní (také zvané “degenerované”) kodony jsou ony triplety nukleotidů, které kódují stejnou aminokyselinu. Například v genetickém kódu kodony GGU, GGC, GGA a GGG kódují všechny aminokyselinu glycin. I když bylo prokázáno (zde), že takováto redundance je ve skutečnosti optimalizací k minimalizaci dopadu mutací, které mají za následek změny aminokyselin, všeobecně se předpokládá, že synonymní kodony jsou ve svých funkcích stejné. Kódují prostě tutéž aminokyselinu, a to je vše.

Dobře, podívejme se na to znovu. Teorie inteligentního designu předpovídá, že živé organizmy budou bohaté na informace, což nás povzbuzuje v tom, abychom v genomu pátrali po nových zdrojích funkčně důležitých informací. Tento nový článek naplňuje předpověď ID [inteligentního designu] zjištěním, že synonymní kodony mohou vést k odlišným rychlostem translace, což může zcela ovlivnit konformaci (prostorové uspořádání) i funkci proteinu.

To znamená, že DNA obsahuje mnoho jazyků nebo zakódovaných povelů nacházejících se na tomtéž řetězci přilehlých bází. Na jedné straně kóduje řetězec nukleotidových bází aminokyseliny. Na straně druhé obsahuje tentýž řetězec informace o rychlosti, kterou by měl ribozom provádět translaci proteinu, aby se mohl řádně složit do správného tvaru. Článek to nazývá “přerušovanou translací”. Ribozom umí přečíst obě sady povelů — neboli slovy článku “Ribozom si můžeme představit jako autonomní funkční procesor dat, která rozpozná na svém vstupu”. Jinak řečeno, genetický kód je “multidimenzionální”, jde o kód uvnitř kódu. Tato multidimenzionální povaha přesahuje složitost počítačových kódů vytvářených lidmi, které postrádají tento druh redundance genetického kódu. Jak říká výňatek článku:

• Kodonová redundance (“degenerace”) zjištěná v oblastech mRNA kódujících proteiny určuje rovněž přerušovanou translaci (TP=translational pausing). Spolu se správnými překladači jsou několikanásobný význam a funkce naprogramovány do stejné sekvence konfigurovatelných sad spínačů. Tato přídavná vrstva ontologických informačních zápisů (PIo) záměrně zpomaluje či urychluje dekódující proces translace v ribozomu. Proměnlivé rychlosti translace pomáhají určovat konformaci (prostorové uspořádání) vznikajícího proteinu. Redundance kodonů předepisujících aminokyseliny není tedy žádnou nadbytečností nebo degenerací. Redundantní programování totiž umožňuje simultánní duální zápis TP a přiřazování aminokyselin bez vzájemného rušení. Oběma funkcím to umožňuje současnou realizovatelnost. Ukážeme, že schéma TP je kód v pravém slova smyslu, který se opírá o pevná pravidla odpovídající logickým vlastnostem kódování. Dále ukážeme, že tento kód TP je naprogramován do údajně degenerované redundance kodonového schematu. Ukážeme, že algoritmické procesy hrají dominantní roli při realizaci tohoto mnohorozměrného kódu.

V článku se dále píše, že schopnost ribozomu podstupovat přerušovanou translaci “[ukazuje] mimo jiné na to, že ribozom není, kromě jiného, pouhým strojkem, nýbrž nezávislou výrobní soustavou pracující na principu počítače”. Článek dokonce naznačuje, že “fyzikální determinizmus příčiny a důsledku …nemůže vysvětlit programování sekvenčně závislých biofunkcí”.

Kromě toho, že článek potvrzuje očekávání ID tím, že zjistil v genomu nové vrstvy informací a zpochybňuje ve svých důsledcích některé běžné evoluční předpoklady. Představa, že sdílené synonymní kodony jsou funkčně bezvýznamné, je používána k podpoře obhajoby darwinovské evoluce.

Zaprvé někteří evolucionisté tvrdí, že fylogenetické signály mohou být přenášeny celou škálou synonymních kodonů, jelikož jsou funkčně totožné. Tento článek však tvrdí opak.

Za druhé, při svém pátrání po činnosti přírodního výběru analyzují evoluční biologové statisticky četnost synonymních (považovaných za funkčně bezvýznamné) i nesynonymních (považovaných za funkčně důležité) kodonů v genu. (O tom jsme psali už dříve zde a zde.). Jak se myslelo, jsou-li synonymní kodony funkčně bezvýznamné, pak by byly nasnadě tři závěry: sklon k výskytu synonymních kodonů zahrnuje pročišťující selekci v genu, sklon k výskytu nesynonymních kodonů znamená pozitivní selekci a vyrovnaná bilance znamená neutrální evoluci (nepřítomnost selekce). Ale mohou-li mít synonymní kodony důležitý funkční význam, pak je celá zmíněná metodologie na vyhození, a stovky studií, které užívaly tyto metody k vystopování “selekce” během údajné “evoluce genů”, by se mohly mýlit.

Důkazy hovoří pro představu, že synonymní kodony ovlivňují translaci v nejrůznějších ohledech, jak to zjistila tato studie: “Z dat vyplývá, že při pevně daných úrovních tRNA provádí synonymně kódovaná mRNA translaci odlišnými rychlostmi” a “Nedávná práce se opírá o shora uvedená pozorování svědčící o silném vztahu mezi specifickým uspořádáním kodonů v mRNA a rychlostí translace”. Genetické modifikace v laboratoři mohou dokonce navodit přerušovanou translaci:

• “Přerušovaný průběh” je pak způsoben specifickými sekvencemi kodonů mRNA spíše než interakcemi proteinů s tunely k aminokyselinovým sekvencím. Toto tvrzení podporují data zahrnující nahrazování ojedinělých kodonů kodony synonymními u E. coli. Kdyby se jev přerušování vztahoval pouze k aminokyselinové sekvenci, pak by měla náhrada kodonů kodony synonymními stále produkovat stejně složený řetězec aminokyselin se stejnou rychlostí translace. Avšak náhrada ojedinělých kodonů kodony synonymními vyprodukovala změnu rychlosti i konformace (prostorového uspořádání).

Tyto změny v rychlosti translace mohou ovlivňovat fenotyp organizmu:

• “Například tichá mutace v lidském genu ABCB1 způsobila změnu konformace v P-glykoproteinu. Tento protein se složil odlišně následkem přechodné změny v translaci ovlivňující časování procesu konformace. …Takže dráhy pro konformace proteinů jsou ovlivněny změnami v kódovacích oblastech DNA” (vnitřní citace odstraněny).

Krátce řečeno, “redundantní” kodony nejsou nutně vůbec redundantní. Jak se to praví v dotyčném článku: “ukazujeme, proč je termín “degenerace” zcela nevhodný. Duální kódovací funkčnost redundance je všechno jen ne ´degenerací´. Naopak představuje daleko větší sofistikovanost, zvrstvení a dimenze metodického zápisu”. Tento článek tedy ve skutečnosti “definuje nová, univerzální pravidla, podobná pravidlům jazykovým, potřebná k identifikaci a charakterizaci kodonového mapování jevů TP”. Autoři píší:

• “Kód TP se vyznačuje konkrétním významem ve vztahu k mapování mezi kodony a úseky přerušení. Kód TP vykazuje rovněž skladebná pravidla čili mluvnici, která se řídí striktními kodonovými vztahy, které vykazují vlastnosti jazyka. Vzhledem k redundanci genetického kódu by se dalo namítnout, že jazyk TP je podmnožinou genetického jazyka. Podřízený prostor jazyka TP je zakotven, a tedy se zdá, že je závislý na primárním genetickém kódu. My však tvrdíme, že v mantinelech tohoto podřízeného prostoru je jazyk TP oddělený od jazyku kódujícího proteiny a zůstává na něm nezávislý.”

Jejich závěr ohledně úžasné informační kapacity genetického kódu je šokující:

• Redundance v primárním genetickém kódu otvírá prostor pro další nezávislé kódy. Jsou-li připojeny vhodné překladače a algoritmické procesory, lze doložit ve stejném kodonovém řetězci několikanásobný význam a funkci. Prokázali jsme, že na primární kodonovou preskripci aminokyselinových sekvencí v proteinech nasedá kód sekundární. Dvojí překládání umožňuje sestavit primární strukturu proteinu a zároveň umožnit i další řízení konformace (prostorového uspořádání proteinu) díky přerušovanému translačnímu procesu. TP zajišťuje časovou kontrolu procesu translace, což umožňuje rodícímu se proteinu správně se prostorově složit s ohledem na jeho předem danou funkci. Tahle dualita v kódovací funkci působí z holistického (celostního) hlediska k omezení redundance v genetickém kódu. Funkčnost kodonové redundance tak popírá nerozumnou nálepku “degenerace”. Spojíme-li to zároveň s jinými kódovacími schématy jako jsou hraniční podmínky intron/exon a překrývání a opačně orientované promotory, ozřejmí se nám rozmanité dimenze nezávislého kódování týmž kodonovým řetězcem.

Ve své knize z roku 2001 No Free Lunch (Žádný oběd není zadarmo aneb Ani kuře nehrabe zadarmo) vysvětlil William Dembski hlavní předpověď inteligentního designu:

• “A co říci o předpovědní síle inteligentního designu? Inteligentní design nabízí jednu samozřejmou předpověď, totiž, že by příroda měla být přecpaná specifickou složitostí a měla by tedy obsahovat četné charakteristiky ukazující na design…Tato předpověď se stále více potvrzuje” (str. 362).

Vícerozměrné kódy a nové úrovně specifické komplexnosti jsou přesně tím, co ID předpovídá, a přesně takové poznatky přináší tento náš článek. Je to tento druh promyšleného a na informace bohatého řízení, co inteligentní design očekává, v protikladu k darwinovské biologii, která tohle není schopna předvídat. Naopak, obhájci Darwina popisují hory papíru a budují pevné hradby okolo svého nekritického předpokladu, že neexistuje žádný významný, funkční důvod pro existenci “redundantních” či “degenerovaných” vlastností. Pomalu ale jistě však data přinášejí do debaty o evoluci obrat.