ДНК вече не е главният чертеж на живота: защо истинският диригент на живота се оказа РНК
Представете си два комплицирани механизма. Единият е дъждовен червей, а другият е човек. Във всеки от тях има набор от „ чертежи “, които дефинират по какъв начин е проведен. Интуицията ни подсказва, че човешките „ чертежи “ би трябвало да са несравнимо по-големи и по-сложни. Ами в случай че разберете, че броят на главните указания – гените – е почти идентичен и при червея, и при нас?
Това не е научна мистерия, а факт, който от десетилетия затруднява биолозите. Как един подобен набор от „ елементи “ основава такава голяма разлика в сложността? Отговорът на този въпрос се оказа прикрит пред очите ни. Просто сме търсили на неверното място. Вглеждахме се в ДНК, вярвайки, че тя е единственият източник на истината, до момента в който същинският диригент на този най-сложен оркестър на живота е нейният непретенциозен „ асистент “ – рибонуклеиновата киселина, или РНК.
Премахване на догмата: когато елементарният отговор престава да работи
Дълго време биологията беше доминирана от една елегантна и елементарна концепция, известна като „ централната доктрина “. Тя гласеше: ДНК е основният, неизменим списък на информацията. За да се извърши дадена задача, от нея се прави краткотрайно копие под формата на РНК молекула, която на собствен ред придвижва това копие във „ фабриката “ за произвеждане на протеини. Протеините са работните коне, градивните детайли и ензимите, които образуват всичко, което виждаме: от цвета на очите до функционалността на мускулите.
Схемата ДНК → РНК → Протеин е красива в своята елементарност. Тя чудесно изяснява някои наследствени заболявания като сърповидноклетъчната анемия, при която единична неточност в гена (ДНК) води до повреден протеин. Проблемът беше, че тази стройна доктрина описваше единствено дребна част от действителността – към 2% от всички наследствени признаци. Но какво да кажем за останалите 98%?
Генетиците откриха, че голямото болшинство от разновидностите, които въздействат на растежа, тежестта, податливостта към заболявания и даже на характера ни, не са в самите гени, кодиращи протеините, а в гигантските сектори от генома, които преди бяха наричани пренебрежително “отпадъчна ДНК “. Оказа се, че това въобще не е отпадък, а голям надзорен панел, който работи посредством войска от РНК молекули.
Невидимата войска: кой в действителност управлява гените.
И по този начин, каква е тайната? Ако протеините са тухлите, от които се построява постройката на нашето тяло, то РНК не е просто пощальон, който доставя чертежите до строителната площадка. РНК е по едно и също време основен занаятчия, проектант, логистик и отдел за надзор на качеството.
Класическата съществена доктрина на молекулярната биология Първо, оказа се, че в клетките ни има с порядък повече типове РНК, в сравнение с гени, кодиращи протеините. Те са цяла войска от молекули с доста разнообразни задания. Те могат:
Да включват и изключват гените. Представете си ключ за осветяване. Една дребна РНК може да отиде до даден ген и да го „ изключи “, като забрани на клетката да създава съответния протеин. Друга, в противен случай, може да го включи. Това е в основата на сложността: не просто да имаш тухли, а да знаеш по кое време и коя да сложиш. Да пренареждат „ опаковката “ на ДНК.В клетката нишките на ДНК са усукани доста компактно към специфични протеини, сходно на конец на макара. РНК могат да въздействат на тази опаковка, като вършат някои елементи на ДНК налични за четене, а други скриват надълбоко в нея. Да редактират себе си и другите молекули. РНК не е статично копие. Тя може да претърпи химически промени, които трансформират личната ѝ функционалност или инструкциите, които носи.Именно тази комплицирана регулаторна мрежа изяснява парадокса на сложността. Човекът и червеят може да имат подобен набор от „ тухлички “ – протеини, само че индивидът има многотомна енциклопедия с указания (РНК), до момента в който червеят има единствено една тънка брошура.
Шепот от „ боклука “: когато самата РНК се трансформира в протеин.
А в този момент идва ред на най-интересната част. Когато учените се вгледали по-внимателно в РНК, за които се считало, че са „ некодиращи “ (т.е. не носят указания за основаване на протеини), те били сюрпризирани. Оказа се, че доста от тях съдържат дребни, скрити указания за основаване на така наречен микропептиди – доста къси протеинови вериги.
Това е като да откриеш тайния раздел за сглобяване на радиоапарат в управлението за приложимост на тв приемник. Тези микропептиди, които никой не беше забелязвал преди, се оказаха извънредно значими. Те могат да работят като хормони, да въздействат върху растежа на клетките, развиването на мозъка и даже да вземат участие в развиването на рака. „ Непотребната “ РНК се оказа източник на стотици хиляди незнайни до момента функционални молекули. Трябваше да се преразгледа броят на гените, които дефинират нашата същина.
Примери за функционалностите на РНК в потока на генетичната информация и биоразнообразието. Нови правила на играта: осведомителни потоци във всички направления
Тази РНК гражданска война дефинитивно унищожи остарялата еднопосочна скица. Информацията в клетката не е еднопосочна улица от ДНК към протеина. Тя е оживено кръстовище.
Някои вируси (като ХИВ) имат геном, основан на РНК, и го употребяват, с цел да вграждат генетичната си информация в нашата ДНК. Подобни механизми, наречени ретротранспозони, са работили в генома на нашите предшественици в продължение на милиони години и са оформили съвсем половината от човешката ДНК! Това значи, че РНК е способна да редактира основния „ списък “.
Освен това клетките могат да поддържат връзка между тях, като изпращат „ колета “ с РНК молекули. Тези колета могат да пътуват из целия организъм и даже да се предават сред другите типове, като въздействат на имунитета, развиването и заболяванията. Това наподобява на биологичен интернет, като РНК извършва ролята на известията.
От теорията към практиката: какво ни дава тази гражданска война?
Разбирането на централната роля на РНК не е просто конкретизиране в учебника. То е един от най-големите пробиви в актуалната медицина и биотехнология.
РНК ваксини: пандемията COVID-19 направи тази технология известна на света. Вместо да инжектираме отслабен вирус или елементи от него в тялото, ние инжектираме РНК директива, която нашите лични кафези употребяват, с цел да основат безвреден вирусен протеин и да научат имунната система да го разпознава. Терапията на бъдещето: Учените създават медикаменти въз основата на РНК за „ изключване “ на дефектните гени, които предизвикват наследствени болести или рак. Нова агрономия: Технологиите, основани на РНК (като CRISPR), могат да се употребяват за основаване на по-високодобивни и устойчиви на заболявания сортове растения.Геномът не е застинала каменна плоча с издълбани в нея закони, а динамична, жива екосистема. А РНК е основен състезател в тази система, кадърен да се приспособява, контролира и даже да пренаписва разпоредбите. Една тиха гражданска война в лабораторията към този момент трансформира нашия свят и е единствено началото на нова, доста по-вълнуваща глава в книгата на живота.
