Is life the sum of its chemical parts? — ABC Chemicals

«Жизнь — это просто химия в любом случае» — типичный ответ на еще одну Нобелевскую премию по химии, присуждаемую людям, работающим в области наук о жизни. Можно было бы разумно отнести двух лауреатов этого года, Джорджа Смита и Грегори Винтера, к этой категории: Смит разработал технику фагового дисплея, работая над проблемами генетики, а Винтер использовал ее для поиска фармацевтически ценных антител с использованием вирусов.

Это может заставить химиков почувствовать себя немного лучше относительно центрального статуса их дисциплины, но это рискованная стратегия. С одной стороны, траекторию клеточной биологии в 20-м веке можно охарактеризовать как устойчивое отступление от упрощенных описаний клетки как «мешка с ферментами». Никто не верил, что это все, что было, но со времени, когда Эдуард Бюхнер размалывал дрожжи для извлечения насыщенного ферментом «сока» в 1890-х годах, до примерно 1960-х годов большая часть клеточной биологии опиралась на разрушительные методы, такие как центрифугирование. чтобы извлечь содержимое и разделить их на фракции, как так много сырой нефти. «Наш метод фракционирования похож на неуклюжее начинание автомеханика, который пытается использовать свои грубые инструменты для анализа часов?» Беспокоился биохимик Эфраим Ракер в 1965 году.1

Смысл жизни

С другой стороны, некоторые биологи опасаются, что химия, в форме молекулярной биологии, стала настолько основополагающей для их субъекта, что секвенирование генома и кристаллография белка стали рутинными, дешевыми и быстрыми, что само живое существо было потеряно в процессе. Микробиолог Франклин Гарольд говорит, что «что-то не очень ясно объясняется целеустремленным анализом на молекулярном уровне … Между процветающим каталогом молекул и генов и растущими клетками под моим микроскопом зияет пропасть, которая не будет автоматически мост, когда все недостающие факты были предоставлены.2 Другой выдающийся микробиолог, Карл Возе, писал в 2004 году, что «молекулярная чашка теперь пуста. Настало время заменить чисто редукционистскую молекулярную перспективу «глазами вниз» новым и действительно целостным «живым» взглядом на живой мир ».3

Is life the sum of its chemical parts? - ABC Chemicals

Проблема отчасти в том, что, похоже, нет такого уровня увеличения, при котором можно было бы различить все важное. Иди к молекулам и ты теряешь саму жизнь. Осмотрите камеру или организм, и вы ошеломлены сложностью и не сможете найти механизм. Но есть и следующее: вмешательства, которые могут показаться неуклюжими, грубыми или незначительными, могут иметь трансформирующие последствия для клетки.

Например, было неожиданностью, когда в 2006 году Shinya Yamanaka и Kazutoshi Takahashi показали, что только четырех молекул (все факторы транскрипции белка) достаточно, чтобы убедить зрелую взрослую клетку вернуться на раннюю стадию развития, на которой она является плюрипотентным стволом. клетка, способная превращаться в ткани любого типа.4 Более того, исследователи из Пекинского университета с тех пор показали, что коктейль из маленьких синтетических молекул тоже может справиться с этой задачей.5

Вопреки этому драматическому пересмотру того, на что, как считалось, способны клетки, казалось, что пионер стволовых клеток Йошики Сасай в 2014 году утверждал, что дифференцированные соматические клетки (лимфоциты) возвращаются в плюрипотентное состояние не более чем путем воздействия химический стресс — особенно в кислых условиях.6 Однако впоследствии было установлено, что иск основывался на мошеннических данных. Сам Сасай был очищен от любого мошенничества, но подвергся жесткой критике в японской прессе за бесхозяйственность своей группы и покончил жизнь самоубийством в том же году.

Новая биология

То, что так озадачивает в биологии, — то, что простые или широкие возмущения могут иметь все значение, в то время как в других случаях то, что выглядит вероятным катастрофическим вмешательством, игнорируется. Простые механические напряжения на клеточной мембране, например, из-за адгезии, могут определить, как она дифференцируется; но гены, кажущиеся центральными в благополучии клетки, могут быть выбиты без видимого эффекта.

«Мешок с ферментами» затмил популярное представление о клетке как о «химической фабрике», и до сих пор принято считать, что о клетках говорят как о белковых сообществах организованного, скоординированного молекулярного взаимодействия, хореографируемого мембранами и органеллами под руководством программа закодирована в геноме. Но эта слишком человеческая метафора может создать обманчивые ожидания: например, что конкретные функции клеток могут быть отображены непосредственно в этот генетический код (обычно они не могут), или что тупые инструменты, такие как маленькие молекулы, будут иметь только неспецифичные, грубые результаты.

Это означает, что нам следует опасаться, что жизнь — это всего лишь сумма ее химических частей. Это не значит, что для этого нужно разбрызгивание виталистической волшебной пыли или какой-либо новый принцип физики, подобный прогнозу Эрвина Шредингера. Скорее всего, представляется вероятным, что «новая биология для нового века», к которой призывал Вёз в своей статье 2004 года, должна быть в состоянии охватить и интегрировать масштабы времени и пространства. Также необходимо будет определить, как принципы функционирования и дизайна пересекаются между ними. Попытки сделать синтетические живые клетки из молекул вверх7 может колебаться, пока эти принципы не будут поняты. Как писал Ричард Фейнман: «То, что я не могу создать, я не понимаю».

Ссылки

1. E Racker, Механизмы в биоэнергетике, Нью-Йорк: Академический 1965

2. Ф.М. Гарольд, «Путь клетки», Оксфорд: издательство Оксфордского университета, 2001.

3. CR Woese, Microbiol. Mol. Biol. Rev., 2004, 68, 173 (DOI: 10.1128 / MMBR.68.2.173-186.2004)

4. K Takahashi & S Yamanaka, клетка, 2006, 126663 (DOI: 10.1016 / j.cell.2006.07.024)

5. П Хоу и другие., Наука, 2013, 341651 (DOI: 10.1126 / science.1239278)

6. H Обоката и другие., Природа, 2014, 505641 (DOI: 10.1038 / nature12968)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *