Přírodní genetické inženýrství - Natural genetic engineering - Wikipedia

Přírodní genetické inženýrství (NGE) je třída procesu navržená molekulárním biologem James A. Shapiro zohlednit novost vytvořenou v průběhu biologické evoluce. Shapiro tuto práci rozvinul v několika recenzovaných publikacích od roku 1992 a později ve své knize z roku 2011 Evolution: Pohled z 21. století. Využívá NGE k zodpovězení několika navrhovaných protikladů k centrální dogma molekulární biologie (následně částečně odmítnutý návrh z roku 1970, že směr toku sekvenčních informací je pouze z DNA do DNA nebo z DNA do RNA k proteinům, a nikdy naopak). Shapiro čerpal z práce tak rozmanité jako adaptivita imunitního systému savců, ciliate makronukley a epigenetika. Práce získala určitou míru proslulosti poté, co ji prosazovali zastánci Inteligentní design, navzdory Shapirovu výslovnému odmítnutí tohoto hnutí.

Pojem

Shapiro poprvé představil své myšlenky na přírodní genetické inženýrství v roce 1992[1] a nadále je rozvíjel jak v primární vědecké literatuře[2][3][4][5] a v práci zaměřené na širší publikum,[6][7] které vyvrcholily zveřejněním 2011 Evolution: Pohled z 21. století.[8]

Přirozené genetické inženýrství je reakcí proti moderní syntéza a centrální dogma molekulární biologie. Moderní syntéza byla formulována před objasněním struktury dvojšroubovice DNA a založení molekulární biologie ve svém současném stavu výtečnosti. Vzhledem k tomu, co se v té době vědělo, byl jednoduchý a silný model genetické změny prostřednictvím neřízené mutace (volně popsán jako „náhodný ") a přirozený výběr, byl považován za dostatečný k vysvětlení evoluce pozorované v přírodě. S objevením povahy a rolí nukleové kyseliny v genetice tento model vybízel Francis Crick „Centrální dogma molekulární biologie“: „[Sekvenční] informace nelze přenést zpět z proteinu na protein ani na nukleovou kyselinu.“[9][10]

Shapiro zdůrazňuje, že více buněčných systémů může ovlivnit DNA v reakci na specifické podněty prostředí. Tyto „řízené“ změny stojí v kontrastu jak k neřízeným mutacím moderní syntézy, tak (v Shapirově interpretaci) k zákazu toku informací z prostředí do genomu.

V roce 1992 Genetica papír, který představil koncept, Shapiro začíná uvedením tří lekcí z molekulární genetiky:

  • existuje překvapivé množství genetické ochrany přes taxonomické hranice,
  • mozaiková struktura genomu vede k několika nelokálním genům, které mají více fylogenních účinků, a čerpá z práce svého přítele a spolupracovníka Barbara McClintocková,
  • existence více buněčných mechanismů (včetně mobilní genetické prvky ), které mohou restrukturalizovat DNA.

Z nich Shapiro uzavírá:

[I] t lze tvrdit, že velká část změny genomu v evoluci je výsledkem procesu genetického inženýrství využívajícího biochemické systémy pro mobilizaci a reorganizaci struktur DNA přítomných v živých buňkách.[1]

Vztah s inteligentním designem

V roce 1997 Bostonská recenze Shapiro uvádí čtyři kategorie objevů provedených v molekulární biologii, které podle jeho odhadu nejsou dostatečně zohledněny Moderní syntéza: genom organizace, oprava buněk schopnosti, mobilní genetické prvky a zpracování celulárních informací.[11] Shapiro uzavírá:

Jaký význam má vznikající rozhraní mezi biologií a informatikou pro myšlení o evoluci? Otevírá možnost vědecky než ideologicky řešit ústřední problém, který tak ostře napadají fundamentalisté na obou stranách kreacionisticko-darwinistické debaty: Existuje nějaká vůdčí inteligence v původu druhů, která vykazuje vynikající úpravy, které sahají od represí proroka lambda až po Krebscykl mitotickým aparátem a okem do imunitního systému, mimikry a sociální organizace?[11]

Zejména v kontextu článku a Shapirovy práce na NaturalGenetic Engineering obecně lze v buňce nalézt „vůdčí inteligenci“. (Například v a Huffington Post esej s názvemPoznání buněk a rozhodování o buňkách[12] Shapirodefinuje kognitivní akce jako ty, které jsou „založené na znalostech a zahrnují rozhodnutí přiměřená získaným informacím“, a tvrdí, že buňky splňují tato kritéria.) Kombinace nesouhlasu s moderní syntézou a diskuse o kreativní inteligenci však přinesla jeho práci pozornost zastánci Inteligentní design.

Přírodní genetické inženýrství bylo citováno jako legitimní vědecká kontroverze (na rozdíl od kontroverzí vyvolaných různými odvětvími kreacionismus ).[13] Zatímco Shapiro považuje otázky vznesené Inteligentním designem za zajímavé, rozchází se s kreacionisty tím, že tyto problémy považuje za vědecky přijatelné (konkrétně pochopením toho, jak NGE hraje roli ve vývoji novosti).[5]

Se zveřejněním Evolution: Pohled z 21. století, Shapirova práce se znovu dostala do diskuse v komunitě inteligentního designu. V rozhovoru se Shapirem, William Dembski požádal o Shapiro'sthoughts o původu přírodních systémů genetického inženýrství. Shapiro odpověděl, že „odkud vůbec přicházejí, není otázka, na kterou můžeme nyní realisticky odpovědět.“[14]Zatímco Dembski považuje tuto pozici přinejmenším za neslučitelnou s IntelligentDesign, Shapiro výslovně a opakovaně odmítl oba kreacionistické[15] a zejména inteligentní design.[16]

Kritika

Zatímco Shapiro vyvinul NGE v recenzované literatuře, myšlenka vzbudila mnohem větší pozornost, když shrnul svou práci ve své knize Evolution: Pohled z 21. století.[8] Částečně kvůli diskusi o hnutí Inteligentní design byla kniha široce a kriticky přezkoumána.[17][18][19][20][21][22][23][24][25][26] Kritika spadá do dvou hlavních kategorií:

  1. Teorie překračuje hranice teleologie, řádek ilustrovaný recenzím Larryho Morana.[17] Forma Shapirova argumentu se podobá několika kreacionistickým argumentům v tom smyslu, že pozorovanou biologii nelze vysvětlit kombinací „náhodné“ (neorientované) mutace a přirozeného výběru. Jednou z mnoha standardních odpovědí na tyto argumenty je, že biologii lze dostatečně vysvětlit, aniž bychom se dovolávali vyšších příčin. Shapiroův pohled se výrazně liší od názoru kreacionistů, v neposlední řadě proto, že jeho vyšší příčiny existují pouze na úrovni buněčných strojů. Kritikovi, který nebyl přesvědčen o potřebě vyšších příčin, však není přesvědčivé nahradit hmotné vyšší příčiny za nadpřirozené.
  2. Shapiro neposkytuje spravedlivé čtení centrálního dogmatu. Shapiroovo čtení ústředního dogmatu to vyžaduje pouze náhodné mutace mohou být kořenem evoluční změny. Je-li toto čtení správné, ignoruje se uvolnění takového použití výrazu „náhodný ", několik mechanismů identifikovaných Shapirem (např., epigenetika ) tuto teorii skutečně falšují. Crick a genetici obecně si však dlouho byli vědomi existence mutagenů v době formulace a přepracování centrálního dogmatu, a ve skutečnosti před objevením mechanismů biologické dědičnosti.[27] Konzervativnější výklad, slovy Marshall Nirenberg, je jednoduše to, že „DNA dělá RNA dělá bílkoviny“.[28] Při tomto čtení by se neočekávalo, že by proteiny modifikovaly DNA, ale Shapiro poskytuje několik příkladů, kde k tomu dochází, včetně histonová modifikace, mutagenní podtřídy excize a opravy enzymů, rozsáhlá regulace mobilních genetických prvků a různé třídy regulace RNA a přímá modifikace nukleotidů pomocí methylace cytosinu a enzymatická deaminace.[29]

Shapiro odpověděl na recenzi v Evoluční inteligence.[30]

Reference

  1. ^ A b Shapiro, James A. (1992). „Přirozené genetické inženýrství v evoluci“ (PDF). Genetica. 86 (1–3): 99–111. doi:10.1007 / BF00133714. PMID  1334920.
  2. ^ Shapiro, James A. (1997). „Organizace genomu, přirozené genetické inženýrství a adaptivní mutace“ (PDF). Trendy v genetice. 13 (3): 98–104. doi:10.1016 / S0168-9525 (97) 01058-5. PMID  9066268.
  3. ^ Shapiro, James A. (leden 2005). „Pohled na vývoj 21. století: architektura genomového systému, repetitivní DNA a přirozené genetické inženýrství“ (PDF). Gen. 345 (1): 91–100. doi:10.1016 / j.gene.2004.11.020. PMID  15716117.[trvalý mrtvý odkaz ]
  4. ^ Shapiro, James A. (1999). „Transponovatelné prvky jako klíč k pohledu na vývoj 21. století“ (PDF). Genetica. 107 (1–3): 171–179. doi:10.1023 / A: 1003977827511. PMID  10952210.
  5. ^ A b Shapiro, James A. (2002). „Organizace a reorganizace genomu ve vývoji: formátování pro výpočet a funkci“ (PDF). Annals of the New York Academy of Sciences. 981: 111–134. doi:10.1111 / j.1749-6632.2002.tb04915.x. PMID  12547677.
  6. ^ Shapiro, James A. (květen 1999). "Architektura genomového systému a přirozené genetické inženýrství ve vývoji". Annals of the New York Academy of Sciences. 870 (1): 23–35. Bibcode:1999NYASA.870 ... 23S. doi:10.1111 / j.1749-6632.1999.tb08862.x. PMID  10415470.
  7. ^ Shapiro, James A. (prosinec 2007). „Bakterie jsou malé, ale ne hloupé: poznání, přirozené genetické inženýrství a socio-bakteriologie“ (PDF). Studie historie a filozofie vědy Část C: Studie historie a filozofie biologických a biomedicínských věd. 38 (4): 807–819. CiteSeerX  10.1.1.371.1320. doi:10.1016 / j.shpsc.2007.09.010. PMID  18053935. Archivovány od originál (PDF) dne 2011-07-27.
  8. ^ A b Shapiro, James A. (2011). Evolution: Pohled z 21. století. FT Stiskněte. str. 272. ISBN  978-0132780933.
  9. ^ Crick, F.H.C. (1958): Na syntéze bílkovin. Symp. Soc. Exp. Biol. XII, 139-163. (pdf, raná verze původního článku)
  10. ^ Crick F (srpen 1970). „Centrální dogma molekulární biologie“ (PDF). Příroda. 227 (5258): 561–3. Bibcode:1970Natur.227..561C. doi:10.1038 / 227561a0. PMID  4913914.
  11. ^ A b Shapiro, James (únor – březen 1997). „Třetí cesta“. Bostonská recenze. Archivovány od originál dne 03.03.2012. Citováno 2012-09-29.
  12. ^ Shapiro, James A. (19. března 2012). „Poznávání buněk a rozhodování o buňkách“. Huffington Post.
  13. ^ Koperski, Jeffrey (červen 2008). „Dva špatné způsoby útoku na inteligentní design a dva dobré“ (PDF). Zygon. 43 (2): 443–449. doi:10.1111 / j.1467-9744.2008.00926.x.[trvalý mrtvý odkaz ]
  14. ^ Dembski, William (12. ledna 2012). „Je James Shapiro teoretik designu?“. Novinky a pohledy na vývoj. Chybějící nebo prázdný | url = (Pomoc)
  15. ^ Shapiro, James A. (16. dubna 2012). „Jaký je nejlepší způsob řešení nadpřirozených ve vědě a vývoji?“. Huffington Post.
  16. ^ Shapiro, James A. (8. ledna 2012). „Evoluční lekce od superbugů“. Huffington Post.
  17. ^ A b Moran, Laurence A (květen – červen 2011). „(Recenze) Evolution: Pohled z 21. století“. Zprávy Národního střediska pro vědecké vzdělávání. 32.3 (9): 1–4. Archivovány od originál dne 15. 9. 2013. Citováno 2012-08-16.
  18. ^ Seoighe, Cathal (2012). „(Recenze) Evolution: Pohled z 21. století“. Trendy v evoluční biologii. 4 (e6): 32–33. doi:10.4081 / eb.2012.e6.
  19. ^ Bezak, Eva (2011). „(Recenze) Evolution: Pohled z 21. století“. Australasian fyzikální a inženýrské vědy v medicíně. 34 (4): 643–645. doi:10.1007 / s13246-011-0110-4.
  20. ^ Penny, David (červen 2012). „(Recenze) Evolution: Pohled z 21. století“. Systematická biologie. 61 (4): 709–710. doi:10.1093 / sysbio / sys006.
  21. ^ Wilkins, Adam S. (leden 2012). „(Recenze) Evolution: Pohled z 21. století“. Biologie genomu a evoluce. 4 (4): 423–426. doi:10.1093 / gbe / evs008. PMC  3342868.
  22. ^ Buratti, Emanuele (2012). „Evoluční lekce pro molekulární biotechnology 21. století“. Molekulární biotechnologie. 52 (1): 89–90. doi:10.1007 / s12033-011-9472-9.
  23. ^ Li, Haipeng (prosinec 2011). „Mimo naše pouhé oči“. Journal of Molecular Cell Biology. 4 (1): 63. doi:10.1093 / jmcb / mjr048.
  24. ^ Yu, Xiaobo (2012). „Provokativní pohled na vývoj v genomickém věku“. Hranice v biologii. 7 (2): 93–95. doi:10.1007 / s11515-012-1203-5.
  25. ^ Ussery, David W. (2011). „Natural Genetic Engineering: Intelligence & Design in Evolution?“ (PDF). Mikrobiální informatika a experimentování. 1 (11). doi:10.1186/2042-5783-1-11.
  26. ^ Kutschera, Ulrich (září 2012). "(Recenze) Evolution: Pohled z 21. století ". V Höttecke, Dietmar (ed.). Zpravodaj skupiny pro výuku mezinárodních dějin, filozofie a přírodních věd. 21. Externí odkaz v | kapitola = (Pomoc)
  27. ^ Morgan, Thomas Hunt. Mechanismus Mendelovy dědičnosti New York, Holt, 1915 [1]
  28. ^ Leavitt, Sarah A .; Marshall Nirenberg (červen 2010). „Dešifrování genetického kódu: Marshall Nirenberg“. Úřad historie NIH.
  29. ^ Shapiro, James A. (červenec 2013). „Jak se život sám mění: genom pro čtení a zápis (RW)“ (PDF). Recenze fyziky života. 10 (3): 287–323. CiteSeerX  10.1.1.371.35. doi:10.1016 / j.plrev.2013.07.001. PMID  23876611.
  30. ^ Shapiro, James A. (2012). „Odpověď na recenzi mé knihy od Pauline Hogewegové,“ Evoluce: pohled z 21. století"". Evoluční inteligence. 5 (3): 211. doi:10.1007 / s12065-012-0074-7.