Ingeniørspråk går inn i biologien - Endosomets tilfelle
David Coppedge; 21. mars 2023. Oversatt herfra.

Designforkjempere kan ønske forskning som nevner ingeniørkunst og ignorerer darwinisme velkommen. Biologiske forskningsartikler har i noen tid nå brukt ordet "orkestrert" for å beskrive komplekse prosesser i cellen. Et annet ord, selv om det er likt, formidler mer klarhet om designimplikasjonene: 'konstruert' Det ordet dukket nylig opp i tidsskriftet Science under tittelen "The Endosome as Engineer." Den ble skrevet av Maria Clara Zanellati og Sarah Cohen, cellebiologer ved University of North Carolina.

Bilde 1. En ingeniørtegning

Poenget å ta med seg, kan uttrykkes: Hvis deler av en celle kan omkonstruere andre deler for funksjon, uten hvilken handling cellen ville dø, og hvis prosessen involverer signalkommunikasjon mellom flere andre deler, hva betyr det for opprinnelsen av systemet? Kan ikke-styrte tankeløse prosesser skape ingeniører? Eller forutsetter et automatisert ingeniørsystem en designer med fremsyn og et sinn som forstår hvordan man får ting til å fungere? {Vennligst tenk gjennom saken, før du leser videre -oversetters tilføyelse.}

Zanellati og Cohen starter med: Det har vært økende interesse for organell-kommunikasjon ved membrankontaktsteder - der to organeller er forankret i tett posisjon av 'tether'-proteiner. Disse kontaktsidene tillater utveksling av materialer og informasjon mellom cellulære rom. Interessant nok kan organeller også påvirke hverandres overflod og morfologi. De fleste studier har fokusert på rollen til det endoplasmatiske retikulum (ER) i utformingen av andre organeller. Imidlertid, på side 1188 i dette nummeret, viser Jang et al. at endosomet kan rekonstruere ER-form, som svar på endrede næringsnivåer, som igjen påvirker morfologien og funksjonen til ytterligere organeller.

Bilde 2. Mitokondrie

Artikkelen av Jang et al. lenke, skrevet av 11 forskere, primært fra Leibniz-instituttet i Berlin, undersøkte komplekse reaksjoner på næringssult i muskelceller. Navnene på molekylære aktører i denne flerdelte automatiske responsen kan være ukjente, bortsett fra tre nøkkelspillere som er forklart nedenfor, men resultatet av prosessen er beskrevet som følger:
En celle kan sanse når den sulter etter næringsstoffer. Når dette skjer, bør ikke cellens kraftstasjoner (mitokondriene) få fortsette som om alt er bra, for at cellen ikke skal gå i selvdestruksjonsmodus (autofagi). Distinkte proteiner kommer i gang, kobler om tilkoblinger og bevarer kraftsentrene, til forholdene blir bedre. En måte de gjør dette på er ved å endre formen på ER fra rørformet til en rektangel-form.

Nøkkelspillere i responsen
Her er nøkkelspillerne i denne konstruerte responsen:
Mitokondrier: Cellens kraftverk, essensielle eukaryote organeller der energi produseres via roterende ATP-syntasemotorer. Under 'tilførte' forhold gjennomgår mitokondrier rutinemessig fusjon og fisjon dynamisk. Den rørformede ER-membranen fremmer oppkomsten av lipiddråper, som fungerer som en reserveenergikilde for mitokondriene. Under sult-forhold smelter mitokondrier sammen til rørformede nettverk. Dette beskytter mitokondrier mot nedbrytning av mitofagi og muliggjør et metabolsk skifte til fettsyreoksidasjon."

Bilde 3. Mitokondrielt DNA

Endoplasmatisk retikulum (ER): Cellens sentrale produksjons- og distribusjonssenter for proteiner og lipider. Som "den største kilden til membran i cellen og et hovedsted for protein- og lipidsyntese, kan ER fungere som en sentral node for å formidle miljøsignaler og utøve effekter på vekst og deling av andre organeller." Under sultforhold endrer ER form. "Det resulterende tapet av perifere ER-tubuli induserer mitokondriell nettverksdannelse og levering av fettsyrer til mitokondrier, for å opprettholde cellulær energiforsyning."
Endosom: en pakke med næringsstoffer sendt fra utsiden av cellen til akuttmottaket. Endosomer i muskelceller inneholder en næringssensor. Denne sensoren rekrutterer 'snor'-proteiner som binder endosomet langs mikrotubulene i ER, og fremmer fisjon av mitokondriene og lipiddråpedannelse (lær om dråper og andre membranløse organeller her og her).

Bilde 4. Endoplasmatisk retikulum (ER)

Formskiftende automatisk respons
Hvis næringssensoren oppdager sult, rekrutterer den proteiner som demonterer sensorene i endosomene. Dette bryter 'bindingene' til transportproteinene. ER-tubulene endrer form til ark som omfatter mitokondriene, og stopper deres fisjon som leverer fettsyrer til dem.
Forfatterne bemerker at en svikt i dette systemet fører til en muskelsykdom som kan være dødelig. Dette indikerer irreduserbar kompleksitet, fordi en svikt i noen av de involverte proteinene og organellene fører til celledød, muskelsvikt og potensielt død for organismen.

Fra konstruert instans til konstruert celle
Denne formskiftende strategien for organeller, formidlet av sensorproteiner, kan være et eksempel på en hel kategori av cellulære systemer som nå blir oppdaget. Nøkkelfunnet i denne forskningen på sultresponsen i akuttmottaket er at en organell kan endre formen til en annen organell, og endre dens aktivitet. Som vist i passasjen sitert ovenfor, forventer Zanellati og Cohen at andre tilfeller vil bli funnet nå som organeller ofte observeres å være i kontakt eller bundet til hverandre via trådlignende proteiner, som utveksler materialer og informasjon.
-Membrankontaktsteder medierer utveksling av lipider, ioner og proteiner mellom organeller. Det første hintet om at organeller kan påvirke hverandres morfologi kom fra filmer som viser ER-tubuli viklet rundt mitokondrier på steder der mitokondriene delte seg. Mitokondrier gjennomgår konstant fusjon og fisjon. Fisjon kan være assosiert med mitokondriell biogenese som er nødvendig for celleproliferasjon, eller det kan være en mekanisme for å bryte ned skadede biter av mitokondrier. Selv om cytoplasmatiske proteiner var kjent for å påvirke mitokondriell fisjon, var det overraskende å oppdage at ER regulerer denne prosessen.

Konstruert morfologisk modifikasjon og kommunikasjon mellom organeller kan være en allestedsnærværende funksjon i celler. De konkluderer:
-I tillegg til å modulere mitokondriell fisjon, regulerer ER-tubuli endosomfisjon. Dermed kan endosomale effekter på ER-morfologi feed, tilbake til morfologien til endosomene selv. ER er et sentralt knutepunkt for organellkommunikasjon. Imidlertid har endosomale signallipider blitt identifisert som en viktig mekanisme for å konstruere ER-form, som videresender næringsinformasjon til fjerne mitokondrier og lipiddråper.

Bilde 5. Celle-membraner -fininnstilte

Ingeniørkunst, -inntreffer ikke bare
Livløse gjenstander omkonstruerer ikke hverandre for funksjon. Ingeniørkunst, som et av de viktigste eksemplene på mental aktivitet i vår kultur, må læres og undervises, av de som forstår det. Årsakssammenhengens regresjon for ingeniørkunst ender ikke nedad til blind, ikke-styrt natur. I alle tilfeller vi kjenner, går det oppover til genialt. Forskere som utøvde grunnforskning, oppdaget prinsippene for ting fungerer gjennom møysommelig eksperimentering (eksemplisert av Faraday), og gjennom mental dyktighet, innkapslet dem i teorier (eksemplisert av arbeidet til Maxwell), som ble omgjort til praktiske anvendelser (eksemplisert av Lord Kelvin, Marconi , og mange andre). Fra ingeniørenes giganter ble lærebøker skrevet og undervist til millioner av studenter, som fortsetter å bruke designprinsippene til prosjekter som beriker livene våre. 'Fylogenien' til ingeniørens tre, sporer tilbake til en rot i sinnet.

Hva skal vi da tenke om mikroskopiske systemer i levende celler, som bruker ingeniørprinsipper med finesse, som ofte holder en organisme som Your Designed Body -lenke (video), i gang, i et århundre eller mer? Er det noen overraskelse at ingen av forfatterne av forskningen beskrevet her refererte til Darwin, evolusjon, aner, gunstige mutasjoner eller naturlig utvalg? Som Neil Thomas skrev nylig:
-Naturlig utvalg åpenbarer seg ikke bare som en metafor, men en sammensatt: Naturen er dum, men likevel i stand til å diskriminere. Det er et poetisk konsept snarere enn et vitenskapelig, som appellerer mer til emosjonelle og estetiske sensibiliteter enn til fornuft.
Noen ingeniører kan nyte poesi som en hobbi, men når de er på jobb, må de underkaste sin estetiske følsomhet overfor resonnement om realiteter. De må lære å anvende vitenskapelige prinsipper, oppdaget av teoretikere og eksperimente i praktiske situasjoner som involverer samvirkende deler. Livet kan tjene som et eksempel og en motivasjon, men både i livet og ingeniørkunsten, oppstår ikke funksjon uten intelligens.

David Coppedge
David Coppedge er en frilans vitenskapsreporter i Sør-California. Han har vært styremedlem i Illustra Media siden grunnleggelsen og fungerer som deres vitenskapskonsulent. Han jobbet ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) i 14 år, på Cassini-oppdraget til Saturn, til han ble kastet ut i 2011 for å ha delt materiale om intelligent design, en diskriminerende handling som førte til en nasjonalt publisert rettssak i 2012. Discovery Institute støttet saken hans, men en ensom dommer dømte mot ham uten forklaring. En naturfotograf, friluftsmann og musiker, David har B.S. grader i realfagsutdanning og i fysikk og holder presentasjoner om ID og andre vitenskapelige emner.

Bilde 6. David Coppedge

Oversatt via Google oversetter, sett gjennom av Asbjørn E. Lund