การเดินทางของนักชีววิทยาเหนือกว่ายีน | ข่าววิวัฒนาการ

ภาพถ่าย: “Brassica rapa by TeunSpaans, CC BY-SA 3.0 .” ผ่านทางวิกิมีเดียคอมมอนส์

ความสำเร็จของการคาดการณ์การออกแบบอย่างชาญฉลาดของรหัสและฟังก์ชันควรสร้างแรงบันดาลใจให้นักชีววิทยาค้นหาจุดประสงค์ในวัสดุและกระบวนการที่ไม่รู้จักของชีวิตต่อไป แทนที่จะปฏิเสธพวกเขาทันที พวกเขาสามารถหาเหตุผลดีๆ ให้พวกเขาได้ ในบางห้องปฏิบัติการก็ทำได้

ไม่ใช่หน้าที่ทั้งหมดที่อยู่ในโปรตีน

ความมหัศจรรย์ของ RNA ที่ไม่มีการเข้ารหัสเป็นตัวอย่างที่ดี เราทุกคนจำได้ว่าภูมิภาคที่ดูเหมือนไม่มีการเข้ารหัสสนับสนุนสมมติฐาน “ดีเอ็นเอขยะ” ในทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 21 ได้อย่างไร แต่แล้วฟังก์ชันบางอย่างก็ถูกค้นพบ และท่วงทำนองก็เริ่มเปลี่ยนไป นอกจากนี้ เหตุใดนักชีววิทยาระดับโมเลกุลจึงสันนิษฐานว่าหน้าที่ดังกล่าวต้องจำกัดอยู่ที่รูปแบบโปรตีน โมเลกุล RNA สามารถพับเก็บและเก็บไว้ในเซลล์ได้ พวกเขาสามารถทำได้มากกว่าเพียงแค่ถ่ายโอนข้อมูล DNA ไปยังฟังก์ชันโปรตีน

นักชีววิทยาระดับโมเลกุลได้จำแนกการถอดรหัส RNA ที่ไม่รู้จักเป็นรูปแบบยาวและสั้นเป็นครั้งแรก: RNA ที่ไม่มีการเข้ารหัสแบบสั้น (sncRNAs) และ RNA ที่ไม่มีการเข้ารหัสแบบยาว (lncRNAs) ซึ่งบางครั้งเรียกว่า RNA ที่ไม่มีการเข้ารหัสระหว่างยีนแบบยาว (lincRNAs ซึ่งออกเสียงเหมือนกัน) Kyle Palos จากสถาบัน Boyce Thompson Institute ของ Cornell ซึ่งนำโดยผู้ช่วยศาสตราจารย์ Andrew Nelson ได้ตัดสินใจเจาะลึกถึงสิ่งที่พวกเขาทำในเซลล์พืช “ลิงค์ที่หายไป การค้นหาฟังก์ชันใน lincRNAs บอกว่า Palos และ Nelson ได้ค้นหาฟังก์ชันในส่วนที่ “ลึกลับ” และ “คลุมเครือ” ของจีโนมได้อย่างไร

น่าแปลกที่ “จนถึงขณะนี้ยังไม่มีการศึกษาเกี่ยวกับจีโนมอย่างเป็นระบบที่ยืนยันลำดับดีเอ็นเอที่สร้าง lincRNAs และเสนอหน้าที่สำหรับ lincRNAs เหล่านี้” ช่องว่างข้อมูลเป็นแรงบันดาลใจให้ทีมของเขา “ตรวจสอบตัวตน การผลิต และหน้าที่ของ lincRNAs อย่างครอบคลุมในตระกูลมัสตาร์ดสี่สายพันธุ์ ซึ่งรวมถึงสิ่งมีชีวิตจำลองด้วย Arabidopsis thalianaและ: บราซิก้า ราปาซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่ผลิตบกฉ่อย หัวผักกาด และพืชอาหารอื่นๆ” มันยากกว่าที่คาดไว้ เพราะพวกเขาต้องเผชิญกับภารกิจการจัดหมวดหมู่ครั้งใหญ่ในครั้งแรก แต่ความสงสัยของฟังก์ชันที่ซ่อนอยู่ในข้อมูลนั้นผลักดันพวกเขา

“โครงการนี้ เริ่มเล็กและเห็ด หลังจากที่เราตระหนัก เราไม่สามารถเริ่มอธิบายการทำงานของ lincRNA ได้ หากปราศจากการอธิบายจีโนมอย่างระมัดระวัง เพื่อให้รู้ว่ามี lincRNAs ใดบ้าง” เนลสันซึ่งเป็นผู้เขียนบทความที่เกี่ยวข้องกล่าว “Kyle เป็นผู้นำในทุกสิ่งที่บทความนี้กล่าวถึงจริงๆ”

ทีมงานตั้งสมมติฐานว่า การผลิตและการทำงานของ lincRNA นั้นจำกัดเฉพาะเซลล์บางชนิดและสภาวะแวดล้อม ชุดข้อมูลทั่วไปไม่ได้รวมรายละเอียดในระดับนั้น”จึงพลาดได้ง่าย ๆ เนื่องจากสุ่มตัวอย่างจำนวนจำกัดปาลอสกล่าว “แนวทางที่ครอบคลุมของเราผสมผสานการวิเคราะห์ปริมาณงานสูงและปริมาณงานสูงที่ระบุ lincRNAs เจาะลึกเข้าไปในหน้าที่ที่เป็นไปได้ของพวกเขาเพื่อให้ภาพเต็ม” [Emphasis added.]

นี่แหละคือพระวิญญาณ

ดังนั้นพวกเขาจึงมองหา lincRNAs ในการถอดเสียงที่เปิดเผยต่อสาธารณชน 20,000 รายการจากมัสตาร์ดสี่สายพันธุ์ และพบพวกมันหลายพันตัว จากนั้นพวกเขาก็พยายามทำความเข้าใจกับสิ่งที่พวกเขาทำ

พวกเขา หน้าที่สมมติที่ได้รับมอบหมาย เพื่อ lincRNAs ขึ้นอยู่กับรูปแบบการแสดงออกของยีนเข้ารหัสโปรตีนที่มีฟังก์ชันที่รู้จัก. ต่อไปทีมงาน ถูกลบไปแล้ว เซตย่อยของ lincRNAs ที่ดูเหมือนจะมีบทบาทในการงอกและการพัฒนาของเมล็ดพันธุ์ใน Arabidopsis ซึ่งส่งผลให้การงอกลดลง จึงเป็นการตรวจสอบความถูกต้องของวิธีการกำหนดฟังก์ชัน lincRNA

ผลลัพธ์ที่เผยแพร่จนถึงตอนนี้ c เซลล์พืชแต่งานเพิ่งเริ่มต้น ทีม BTI วางแผนที่จะขยายการค้นหาไปยังพืชผลประเภทอื่นๆ เช่น ข้าว ข้าวโพด ข้าวฟ่าง ข้าวฟ่าง และอื่นๆ ตอนนี้ “แนวทางแบบรวมศูนย์ในการรวบรวมข้อมูล lincRNA และหมายเหตุประกอบ … สามารถนำมาใช้โดยกลุ่มอื่นได้อย่างง่ายดาย” การตามล่าหาคุณลักษณะนี้เป็นแบบฝึกหัดเชิงวิชาการที่น่าสนใจสำหรับห้องทดลองเท่านั้นหรือไม่

“การวิจัยจีโนมพืชมักจะล่าช้ากว่าการวิจัยของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอย่างไรก็ตาม เรายังอยู่ในความมืดมิดด้วย lincRNAs ในทุกสายพันธุ์” เนลสันกล่าว “การวิจัย LincRNA ในพืช ส่งผลกระทบต่อทั้งสุขภาพของมนุษย์และพืชผลช่วยให้เราเข้าใจคุณสมบัติหลักของพวกเขา โดยไม่คำนึงถึงประเภท“.

ทักษะการตัดสินใจในเซลล์

มีเหตุผลหรือไม่ที่จะระบุเหตุผลและการตัดสินใจให้กับเซลล์? ถามว่าเหมาะสมหรือไม่ที่จะถือว่าหุ่นยนต์ทำงานอัตโนมัติ เช่น รถแลนด์โรเวอร์บนดาวอังคาร การดูเครื่องบินรบในการปฏิบัติจริงอาจทำให้ผู้สังเกตสงสัยว่าส่วนรวมมากกว่าผลรวมของส่วนต่างๆ นักชีวเคมีแห่งมหาวิทยาลัยซูริกกล่าวว่า: “แต่ละเซลล์ฉลาดกว่าที่คิด”

มนุษย์ตัดสินใจโดยอาศัยข้อมูลทางประสาทสัมผัสที่หลากหลายซึ่งรวมเข้ากับประสบการณ์สมองแบบองค์รวม แต่เซลล์เดี่ยวจะตัดสินใจได้อย่างไร? เป็นอิสระมากกว่าที่เคยคิดไว้มากตามที่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยซูริคได้แสดงให้เห็นในขณะนี้ เซลล์เป็นฐานในการตัดสินใจ ไม่เฉพาะกับสัญญาณภายนอกเท่านั้นเช่นปัจจัยการเจริญเติบโตแต่ รวมถึงข้อมูลที่ได้รับจากภายในเซลล์ด้วย.

เมื่อมนุษย์เรารวมสัญญาณภายนอกที่มาจากประสาทสัมผัสและข้อมูลภายในของเรา เรียกว่าการรับรู้แบบหลายประสาทสัมผัสหรือหลายรูปแบบ ข้อมูลทั้งหมดนั้นถูกรวมเข้ากับภาพที่สมบูรณ์ซึ่งเราใช้เป็นฐานในการตัดสินใจของเรา นักวิจัยชาวสวิสกล่าวว่านั่นคือสิ่งที่เซลล์ทำ

เป็นเซลล์เดียว ไม่ต่างจากมนุษย์ ใน ในเรื่องนี้. พวกเขาทำการตัดสินใจที่สำคัญอย่างต่อเนื่อง เช่น ว่าจะเลิกกันหรือไม่ ดังนั้นนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยซูริก (UZH) ขยายแนวคิดของการรับรู้ตามบริบทและหลายรูปแบบที่พบในมนุษย์ไปสู่เซลล์เดียว. และ แปลกใจพวกเขาพบว่า แต่ละเซลล์ตัดสินใจอย่างอิสระมากกว่าที่เคยคิดไว้มาก

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้สามารถพบได้ในกระดาษของ Kramer et al. ใน ศาสตร์, “การรับรู้หลายรูปแบบเชื่อมโยงสถานะของเซลล์กับการตัดสินใจในแต่ละเซลล์” พวกเขาเรียกมันว่า “การประมวลผลข้อมูลมือถือ” ที่สามารถนำไปสู่ ​​”การตัดสินใจขึ้นอยู่กับรัฐ” Bernhard Kramer แสดงความคิดเห็น:

“สำหรับการตัดสินใจของเซลล์ใด ๆ จะต้องพิจารณาสัญญาณภายนอกและสัญญาณภายในทั้งหมด ในคอนเสิร์ต. ดังนั้นเซลล์เดียวจึงสามารถสร้างความเกี่ยวข้องได้ การตัดสินใจขึ้นอยู่กับบริบท — และดังนั้นจึงแตกต่าง ฉลาดกว่าที่คิด“ผู้สมัครกล่าว [Bernhard] แครมเมอร์

ความสามารถภายในเซลล์เดียวนี้มีมากกว่าจีโนมเพียงอย่างเดียว ห้องสมุดไม่ได้ทำการตัดสินใจ มันให้ข้อมูลที่สิ่งมีชีวิตใช้เท่านั้น การลดลงที่มีอยู่ในความคิดที่เน้นจีโนมเป็นศูนย์กลางจะต้องหลีกทางให้กับแนวคิดแบบองค์รวมเหล่านี้

อย่าเมินเฉย

นั่นเป็นวันที่วุ่นวายในยุคยีนของโครงการจีโนมมนุษย์ตั้งแต่ปี 1950 ถึงต้นยุค 2000 นักชีววิทยามั่นใจว่าพวกเขาได้ค้นพบความลับของชีวิต ตอนนี้เรากำลังมองข้ามยีนไปสู่ระบบการดำรงชีวิตแบบบูรณาการ ความมหัศจรรย์ที่เซลล์ขนาดเล็กสามารถตัดสินใจได้ด้วยตัวเองโดยอาศัยความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับสภาวะภายในและภายนอกของมันนั้นเป็นสิ่งที่น่าเกรงขามอย่างยิ่ง นักชีววิทยาจะไม่ประมาทเซลล์ที่มีชีวิตอีกต่อไป