Исследователь говорит, что ДНК – это просто список ингредиентов

Общее представление о наследственности заключается в том, что вся информация, передаваемая из поколения в поколение, хранится в ДНК. Но доктор Энтони Хосе из Университета Мэриленда утверждает, что ДНК – это просто список ингредиентов, и что инструкции, необходимые для построения организма, намного сложнее и хранятся в молекулах, которые регулируют ДНК клетки и другие функционирующие системы. Исследование представлено в двух статьях в Journal of the Royal Society Interface и журнале BioEssays.

«ДНК нельзя рассматривать как образец жизни. В лучшем случае это перемешанный список ингредиентов, который по-разному используется разными клетками в разное время», – сказал доктор Хосе. «Например, ген для цвета глаз существует в каждой клетке тела, но процесс, который производит белок для цвета глаз, происходит только на определенной стадии развития и только в клетках, которые составляют окрашенную часть глаз. Эта информация не хранится в ДНК».

Кроме того, ученые не могут определить сложную форму органа, такого как глаз, или того, что у существа вообще будут глаза, читая ДНК существа. Эти фундаментальные аспекты анатомии продиктованы чем-то за пределами ДНК. Доктор Хосе утверждает, что эти аспекты развития, которые позволяют оплодотворенной яйцеклетке вырастать из одной клетки в сложный организм, должны рассматриваться как неотъемлемая часть наследственности.

Новая структура представляет наследственность, как сложную сетевую информационную систему, в которой все регуляторные молекулы, которые помогают клетке функционировать, могут составлять хранилище наследственной информации.

«Понимание передачи, хранения и кодирования биологической информации является важнейшей задачей не только для фундаментальной науки, но и для преобразующих достижений в регенеративной медицине», – сказал профессор Университета Тафтса, Майкл Левин. «В этих двух статьях Энтони Хосе мастерски применяет компьютерный подход, чтобы предоставить обзор и количественный анализ возможной молекулярной динамики, которая могла бы служить средой для наследственной информации».

Доктор Хосе говорит, что инструкции, не закодированные в ДНК, содержатся в расположении молекул внутри клеток и их взаимодействиях друг с другом. Такое расположение молекул сохраняется и передается из поколения в поколение.

В своих работах д-р Хосе рассматривает наследование как совокупный эффект трех компонентов: объектов, датчиков и свойств. Они включают геном и все другие молекулы в клетке, которые необходимы для построения организма. Они могут меняться со временем, но они воссоздаются с их оригинальной структурой, расположением и взаимодействием в начале каждого поколения.

«Этот аспект наследственности, то, что расположение молекул сходно между поколениями, глубоко недооценен, и это приводит к разного рода недопониманию того, как работает наследственность», – сказал доктор Хосе.

Датчики – это особые объекты, которые взаимодействуют и реагируют на другие объекты или их среду. Они реагируют на определенные свойства, такие как расположение молекулы, ее концентрация в клетке или ее близость к другой молекуле.

Вместе сущности, сенсоры(датчики) и свойства позволяют живому организму ощущать или знать вещи о себе и окружающей среде. Некоторые из этих знаний используются вместе с геномом в каждом поколении для создания организма.

«Эта структура основана на многолетних экспериментальных исследованиях во многих лабораториях, в том числе и в нашей, по эпигенетике и молчанию генов многих поколений в сочетании с нашим растущим интересом к теоретической биологии», – сказал доктор Хосе. «Учитывая, что два человека, заболевших одной и той же болезнью, не обязательно демонстрируют одинаковые симптомы, нам действительно необходимо понимать все места, где два человека могут отличаться, а не только их геномы».

Проблема сохранения геномно-ориентированного представления о наследственности заключается в том, что ученые могут упускать возможности для борьбы с наследственными болезнями и для понимания секретов эволюции.

Например, в медицине исследование того, почему наследственные заболевания влияют на людей, по-разному фокусируется на генетических различиях и химических или физических различиях у субъектов. Но эта новая структура предполагает, что исследователи должны искать не только генетические различия в клетках людей с наследственными заболеваниями, а и расположение молекул и их взаимодействие.

У ученых в настоящее время нет методов для измерения некоторых из этих вещей, поэтому эта работа указывает на потенциально важные новые возможности для исследований. В эволюции концепция доктора Хосе предполагает, что организмы могут эволюционировать через изменения в расположении молекул без изменения их последовательности ДНК.

И в науке о сохранении эта работа предполагает, что попытки сохранить исчезающие виды только с помощью банков ДНК не содержат важной информации, хранящейся в не-ДНК молекулах.

Доктор Хосе признает, что будет много споров об этих идеях, и необходимы эксперименты, чтобы проверить его гипотезы.

«Обобщение памяти и кодирования Энтони Хосе через структуру “сущность-датчик-свойство” проливает новый взгляд на эволюцию и биологическую сложность и предлагает важные изменения существующих парадигм в области генетики, эпигенетики и развития», – сказал профессор Левин.

Исследования:

• Antony M. Jose. A framework for parsing heritable information. Journal of the Royal Society Interface, 2020; doi: 10.1098/rsif.2020.0154
• Antony M. Jose. Heritable Epigenetic Changes Alter Transgenerational Waveforms Maintained by Cycling Stores of Information. BioEssays, published online April 22, 2020; doi: 10.1002/bies.201900254

Вас также может заинтересовать:

Этот белок может восстанавливать разрывы ДНК, связанные со старением и раком

Ученые теперь могут редактировать несколько фрагментов генома одновременно