Utover gener: Biologer søker formål i ukjente stoffer, prosesser
David Coppedge; 8. august 2022 Oversatt herfra. {kursiv og understreking ved oversetter.}

Suksessen til intelligente designspådommer om koder og funksjoner bør inspirere biologer til å fortsette å lete etter formål i ukjente stoffer og prosesser i livet. I stedet for å avvise dem direkte, kan de finne gode grunner for dem. I noen laboratorier skjer det.

Bilde 1. Funksjonelt samsvar (D. Axe)

Ikke alle funksjoner er i proteiner
Overraskelsen til de ikke-(protein)kodende RNA-ene er et godt eksempel. Vi husker alle hvordan ikke-kodende regioner så ut til å bekrefte 'søppel-DNA'-hypotesen i det første tiåret av det 21. århundre. Men så ble det funnet funksjoner for noen av dem, og melodien begynte å endre seg. I ettertid, hvorfor skulle molekylærbiologer anta at funksjonen må være begrenset til en proteinform? RNA-molekyler kan foldes og vedvare i cellene. De kan gjøre mer enn bare å bære DNA-informasjon til proteinfunksjon.
Molekylærbiologer klassifiserte først ukjente RNA-transkripter i lange og korte former: de korte ikke-kodende RNA-ene (sncRNA-er) og de lange ikke-kodende RNA-ene (lncRNA-er), noen ganger kalt lange intergene ikke-kodende RNA-er (lincRNA, uttales det samme). Kyle Palos fra Boyce Thompson Institute i Cornell, under veiledning av assisterende professor Andrew Nelson, bestemte seg for å se nærmere på hva noen av dem gjorde i planteceller. En nyhet, "The Missing Links: Finding Function in lincRNAs," -lenke; forteller hvordan Palos og Nelson gikk på jakt for å finne funksjoner innenfor disse 'gåtefulle' og 'kryptiske' delene av genomet.

Overraskende nok, "Inntil nå har det ikke vært noen systematiske genomomfattende studier som både bekreftet DNA-sekvenser som produserer lincRNA og foreslåtte funksjoner for disse lincRNAene. "Datagapet inspirerte teamet hans "til å ta en omfattende titt på identiteten, produksjonen og funksjonen til lincRNA i fire arter i sennepsfamilien, inkludert modellorganismen Arabidopsis thaliana, og Brassica rapa, en art som produserer bok choy, kålrot og andre matplanter." Det var vanskeligere enn forventet fordi de først sto overfor en stor klassifiseringsoppgave. Men mistanken om at funksjonen lå på lur i dataene drev dem videre.

"Dette prosjektet startet i det små og vokste etter at vi skjønte at vi ikke kunne begynne å finne ut lincRNA-funksjonen uten å ha grundig kommentert genomer for å vite hvilke lincRNAer som til og med var til stede," sa Nelson, som er den assisterende forfatteren av artikkelen. "Kyle ledet virkelig retningen av alt som gikk inn i denne artikkelen."
Teamet antok at lincRNA-produksjon og funksjon er begrenset til visse celletyper og miljøforhold. De mer vanlige datasettene dekker ikke det detaljnivået, "så det er lett å gå glipp av mye på grunn av begrenset prøvetaking," sa Palos. "Vår omfattende tilnærming kombinerer en høygjennomstrømnings-analyse på toppnivå som identifiserer lincRNA med et dypere dykk i deres sannsynlige funksjoner, for å gi det fulle bildet."

Bilde 2. Systembiologi

Det er sisuen
Og så, så de etter lincRNA-er innenfor 20 000 offentlig tilgjengelige transkripsjoner fra de fire sennepsartene og fant tusenvis av dem. Så prøvde de å finne ut hva de gjorde.
De tildelte antatte funksjoner til lincRNA-ene basert på deres lignende uttrykksmønstre, til proteinkodende gener med kjente funksjoner. Deretter slettet teamet en undergruppe av lincRNA-er som så ut til å spille roller i frøspiring og utvikling i Arabidopsis, noe som førte til reduksjoner i spiring, og dermed validerte deres tilnærming for å bestemme lincRNA-funksjonen.

Resultatene så langt er publisert i The Plant Cell, men arbeidet er bare begynt. BTI-teamet planlegger å utvide søkene sine til andre avlingsarter, som ris, mais, sorghum, hirse og mer. Nå kan også deres "enhetlige tilnærming til å samle og kommentere lincRNA-data ... lett adopteres av andre grupper." Er denne jakten på funksjon bare en akademisk øvelse av interesse for laboratorienerder?
"Plantegenomforskning kommer ofte i bakkant av pattedyrforskning, men med lincRNA er vi fortsatt veldig i mørket på tvers av alle arter," sa Nelson. "Å forske på lincRNA i planter kan ha en innvirkning på både menneskers helse og avlinger, ved å hjelpe oss å forstå deres grunnleggende egenskaper, uavhengig av art."

Beslutningstakingsferdigheter i celler
Er det logisk å tilskrive resonnement og beslutningstaking til celler? Vel, spør om det er logisk å tilskrive det til autonome roboter, som rovere på Mars. Å se en rover i aksjon kan få en observatør til å mistenke at helheten er større enn summen av delene. Biokjemikere ved universitetet i Zürich sier: "Individuelle celler er smartere enn vi trodde."
-Mennesker tar avgjørelser basert på forskjellig sensorisk informasjon som er integrert i en helhetlig oppfatning av hjernen. Men hvordan tar enkeltceller beslutninger? Mye mer autonomt enn tidligere antatt, som forskere fra Universitetet i Zürich nå har vist. Celler baserer sine beslutninger ikke bare på eksterne signaler som vekstfaktorer, men også på informasjon de mottar fra innsiden av cellen.

Bilde 3. Cellefabrikken (O. Grasso)

Når vi mennesker integrerer eksterne signaler som kommer inn gjennom sansene våre og fra intern informasjon, kalles det multisensorisk eller multimodal persepsjon. All den informasjonen er integrert i et helhetlig bilde som vi baserer våre beslutninger på. De sveitsiske forskerne sier at det er det celler gjør.
-Enkeltceller er ikke annerledes enn mennesker i denne forbindelse. De tar hele tiden viktige avgjørelser, for eksempel om de skal dele eller ikke. Forskere ved Universitetet i Zürich (UZH) utvidet derfor konseptet med kontekstuell, multimodal persepsjon som finnes hos mennesker, til individuelle celler. Og overraskende fant de ut at enkeltceller tar beslutninger mye mer autonomt enn tidligere antatt.

Mer om dette finnes i artikkel av Kramer et al. i Science, "Multimodal persepsjon knytter cellulær tilstand til beslutningstaking i enkeltceller." De kaller det "cellulær informasjonsbehandling" som kan føre til "tilstands-savhengige beslutninger." Bernhard Kramer kommenterer -lenke:
"For enhver spesifikk avgjørelse fra en celle, må alle eksterne signaler og interne signaler sees i samspill. Enkeltceller er dermed i stand til å ta tilstrekkelige kontekstavhengige beslutninger - og er derfor klart smartere enn tidligere antatt", sier PhD-kandidat [Bernhard] Kramer.
Denne evnen i en enkelt celle overgår evnene til genomet alene. Et bibliotek tar ikke beslutninger. Den gir kun informasjon som det levende vesenet bruker. Reduksjonismen som ligger i genomsentrisk tenkning må vike for disse mer helhetlige konseptene.

Bilde 4. Kompleks celle

Ikke å bli undervurdert
Det var berusende dager i genenes tidsalder fra 1950-tallet til Human Genome Project på begynnelsen av 2000-tallet. Biologer følte seg sikre på at de hadde avslørt livets hemmelighet. Nå ser vi forbi gener inn i integrerte levende systemer. Undringen over at en liten celle er i stand til å ta autonome beslutninger basert på en helhetlig oppfatning av dens indre og ytre tilstander, vekker med rette vår ærefrykt. Biologer vil aldri igjen undervurdere den levende cellen.

David Coppedge (Bilde 5)

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.