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“分子生物学的中心教条”:“教条”和“邪教人物”是否应该在科学中占有一席之地?

科学生物学“分子生物学的中心教条”:“教条”和“邪教人物”是否应该在科学中占有一席之地?

''分子生物学的中心法则处理通过 RNA 从 DNA 到蛋白质的顺序信息逐个残基的详细转移。 它指出,这种信息是从 DNA 到蛋白质的单向信息,不能从蛋白质转移到蛋白质或核酸”(Crick F.,1970)。

斯坦利·米勒在 1952 年和 1959 年进行了另一次实验,以了解和破译原始地球环境中生命的起源,并一直生活到 2007 年。 在他的时代,DNA 被认为是一种重要的生物分子,实际上是最重要的生物分子信息聚合物。 然而,米勒似乎完全没有在他的作品和思想中明确提及“核酸相关信息分子”。

关于米勒实验的一个奇怪的方面是为什么他在早期地球条件下错过了寻找核酸信息聚合物,而只关注氨基酸? 是不是因为他没有使用磷酸盐前体,尽管磷很可能存在于原始火山喷发条件下? 或者他认为 蛋白质 只能是信息聚合物,因此只能寻找氨基酸? 他是否相信蛋白质是生命起源的基础,因此在他的实验中只寻找氨基酸的存在,或者蛋白质在人体内执行所有功能并且是我们表型的基础,因此更多比核酸重要,他当时可能会想到什么?

70 年前,人们对蛋白质及其功能有很多了解,而当时对核酸了解得很少。 由于蛋白质负责体内所有的生物反应,因此米勒认为它们应该是信息载体; 因此只在他的实验中寻找蛋白质的构建块。 核酸构建块也有可能形成,但由于缺乏精密仪器而无法检测到微量。

的DNA 一年后的 1953 年揭示了结构,提出了 DNA 的双螺旋结构并讨论了它的复制特性。 这催生了著名的“中央教条 1970 年由名人科学家弗朗西斯·克里克 (Francis Crick) 授予《分子生物学》杂志!1 科学家们非常关注并被中心法则说服,他们没有在原始地球条件下回顾核酸前体。

故事似乎并没有以米勒结束; 很长一段时间以来,似乎没有人在原始地球条件下寻找核酸前体——这在这个快速发展的科学阶段非常令人惊讶。 尽管有关于在益生元环境中合成腺嘌呤的报道2 但是关于核苷酸前体的益生元合成的重要报告是由萨瑟兰3 2009 年及以后。 2017年研究人员4 模拟了与 Miller 和 Urey 使用放电和高功率激光驱动的等离子体撞击产生 RNA 核碱基的类似还原条件。

如果米勒真的认为蛋白质是信息聚合物,那么问题就出现了,“蛋白质真的是一种信息聚合物”吗? 在“中心法则”占据主导地位近半个世纪之后,我们可以看到 Koonin 的论文5 2012 年的标题为“中心法则仍然有效吗? 朊病毒(一种导致疾病的错误折叠蛋白质)的故事就是一个很好的例子。 为什么体内错误折叠的朊病毒蛋白不会触发免疫反应和/或从系统中消除? 相反,这种错误折叠的蛋白质开始使其他与其相似的蛋白质变得“坏”,就像 CZD 疾病的情况一样。 为什么“好”蛋白质会被其他“坏”蛋白质引导/支配以进行错误折叠,为什么细胞机制不会阻止这种情况发生? 这种错误折叠的蛋白质有哪些信息被“转移”到其他类似的蛋白质上,并且它们开始不正常地发挥作用? 此外,朊病毒表现出极其不寻常的特性,特别是对即使是最小的核酸分子也能灭活的处理(例如高剂量紫外线照射)具有非凡的抵抗力6. 朊病毒可以通过在洗涤剂存在的情况下在高于 100°C 的温度下预热然后进行酶处理来破坏7.

酵母研究表明,朊病毒蛋白具有无序的朊病毒决定域,可触发其从好蛋白质到“坏”蛋白质的构象转变8. 朊病毒构象以低频率自发形成(大约 10-6)9 并且在压力条件下切换到朊病毒状态和从朊病毒状态增加10. 已在异源朊病毒基因中分离出突变体,朊病毒形成的频率要高得多11.

上述研究是否表明错误折叠的朊病毒蛋白将信息传递给其他蛋白质,并可能返回到 DNA 以触发朊病毒基因的突变? 依赖朊病毒的表型遗传的遗传同化表明这可能是可能的。 然而,迄今为止,逆向翻译(蛋白质到 DNA)还没有被发现,而且由于中心法则的强大影响和这种努力的潜在资金缺乏,似乎不太可能被发现。 然而,可以想象,从蛋白质到 DNA 的信息传递通道的潜在分子机制与假设的反向翻译完全不同,并且可能会在某个时间点曝光。 这个问题很难回答,但毫无疑问,自由无拘无束的探究精神是科学的标志,与教条或邪教结婚是对科学的诅咒,并且有可能影响科学界的思维。

***

参考文献:

1. Crick F.,1970 年。分子生物学的中心法则。 自然 227, 561–563 (1970)。 DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0

2. McCollom TM.,2013 年。Miller-Urey 及以后:我们在过去 60 年中对益生元有机合成反应学到了什么? 地球和行星科学年度回顾。 卷。 41:207-229(卷出版日期 2013 年 7 月)于 2013 年 XNUMX 月 XNUMX 日首次在线发表,作为提前评论。DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457

3. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. 在益生元合理条件下合成活化的嘧啶核糖核苷酸。 自然 459, 239–242 (2009)。 https://doi.org/10.1038/nature08013

4. Ferus M、Pietrucci F 等人,2017 年。Miller-Urey 还原气氛中核碱基的形成。 PNAS 25 年 2017 月 114 日 17 (4306) 4311-10; 2017 年 XNUMX 月 XNUMX 日首次发布。DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

5. Koonin, EV 2012。中心法则仍然成立吗?.Biol Direct 7, 27 (2012)。 https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27

6. Bellinger-Kawahara C、Cleaver JE、Diener TO、Prusiner SB:纯化的痒病朊病毒可抵抗紫外线照射的灭活。 J 维罗尔。 1987, 61 (1): 159-166。 可在网上 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/

7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ, et al 2003. 受感染牛和羊脑干中朊病毒蛋白的酶促降解。 《传染病杂志》,第 188 卷,第 11 期,1 年 2003 月 1782 日,第 1789-XNUMX 页。 DOI: https://doi.org/10.1086/379664.

8. Mukhopadhyay S、Krishnan R、Lemke EA、Lindquist S、Deniz AA:天然展开的酵母朊病毒单体采用一组坍塌且快速波动的结构。 Proc Natl Acad Sci US A. 2007, 104 (8): 2649-2654。 10.1073/pnas.0611503104..DOI:: https://doi.org/10.1073/pnas.0611503104

9. Chernoff YO、Newnam GP、Kumar J、Allen K、Zink AD:酵母中蛋白质突变子的证据:Hsp70 相关分子伴侣 ssb 在 [PSI] 朊病毒的形成、稳定性和毒性中的作用。 摩尔细胞生物学。 1999, 19 (12): 8103-8112。 DOI: https://doi.org/10.1128/mcb.19.12.8103

10. Halfmann R、Alberti S、Lindquist S:朊病毒、蛋白质稳态和表型多样性。 趋势细胞生物学。 2010, 20 (3): 125-133。 10.1016/j.tcb.2009.12.003.DOI: https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.12.003

11. Tuite M、Stojanovski K、Ness F、Merritt G、Koloteva-Levine N:对酵母朊病毒从头形成很重要的细胞因子。 生化 Soc Trans。 2008, 36 (Pt 5): 1083-1087.DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083

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拉杰夫·索尼
拉杰夫·索尼https://www.RajeevSoni.org/
Rajeev Soni 博士 (ORCID ID : 0000-0001-7126-5864) 拥有博士学位。 拥有英国剑桥大学生物技术学士学位,并在斯克里普斯研究所、诺华、诺维信、Ranbaxy、Biocon、Biomerieux 等全球多家机构和跨国公司工作 25 年,并担任美国海军研究实验室的首席研究员在药物发现、分子诊断、蛋白质表达、生物制造和业务发展方面。

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