Eis como os evolucionistas respondem à evidência: não respondem!

quarta-feira, fevereiro 28, 2018

Eis como os evolucionistas respondem  à evidência


Dawkins, se o design é uma ilusão, por que buscar design na natureza?

terça-feira, fevereiro 27, 2018

Molecular machines with bio-inspired mechanisms

Liang Zhang, Vanesa Marcos and David A. Leigh

PNAS 2018; published ahead of print February 26, 2018, https://doi.org/10.1073/pnas.1712788115

Edited by J. Fraser Stoddart, Northwestern University, Evanston, IL, and approved January 31, 2018 (received for review December 17, 2017)



Abstract

The widespread use of molecular-level motion in key natural processes suggests that great rewards could come from bridging the gap between the present generation of synthetic molecular machines—which by and large function as switches—and the machines of the macroscopic world, which utilize the synchronized behavior of integrated components to perform more sophisticated tasks than is possible with any individual switch. Should we try to make molecular machines of greater complexity by trying to mimic machines from the macroscopic world or instead apply unfamiliar (and no doubt have to discover or invent currently unknown) mechanisms utilized by biological machines? Here we try to answer that question by exploring some of the advances made to date using bio-inspired machine mechanisms.

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FREE PDF GRATIS: PNAS

Diferenças irreconciliáveis: pode o darwinismo ser pasteurizado???

segunda-feira, fevereiro 26, 2018


Evolution News | @DiscoveryCSC

20 de fevereiro de 2018, 1:47 AM



Michael Egnor tem criticado a tão chamada “medicina darwinista” como um conceito inútil, pois a ciência médica tem tido sucesso espetacular sem ela. O Darwinismo é sobre a morte do menos apto, focalizada em populações em vez de indivíduos. A medicina é sobre a cura de indivíduos e quem quer que precise de ajuda, inclusive o menos apto, o fraco, e o vulnerável. Como pode o pai da teoria da evolução, Charles Darwin, e o pai da biogênese, pasteurização e vacinas, Louis Pasteur, serem reconciliados?
No PLOS Biology, Samuel Alizon e Pierre-Olivier Méthot tentam fazer justamente isso. O artigo deles é intitulado, “Reconciling Pasteur and Darwin to control infectious diseases” (Reconciliando Pasteur e Darwin para controlar doenças infecciosas) É um objetivo nobre controlar doenças, mas pode funcionar a abordagem conciliatória deles?
O contínuo surgimento de novos patógenos e a crescente propagação de resistência antibiótica em populações bacterianas nos lembram que os micróbios são entidades viva que evoluem em taxas que impactam as intervenções de saúde pública. Seguindo o fio histórico das obras de Pasteur e Darwin mostra como reconciliar a microbiologia clínica, ecologia, e a evolução podem ser instrumental no entendimento de patologia, desenvolver novas terapias, e o prolongamento da eficiência das existentes. [Ênfase adicionada.]
Os autores destacaram que Darwin e Pasteur provavelmente nunca se comunicaram. “Pasteur e Darwin assistiram o Congresso Médico Internacional em Londres em 1881 mas não trocaram palavras”, eles disseram. É duvidoso que as palavras de Pasteur para Darwin teriam sido amigáveis. De acordo com seu neto, a cosmovisão de Pasteur tinha mais em comum com o design inteligente do que com o naturalismo darwinista:
Algo lá no fundo de nossa alma nos diz que o universo é mais do que um arranjo de certos compostos em um equilíbrio mecânico, que surgiu do caos dos elementos por uma ação gradual das forças da Natureza. (Pasteur Vallery-Radot, Louis Pasteur, p. 157-158).
Pasteur também foi um homem profundamente religioso, e inflexivelmente anti materialista. Ele disse:
A posteridade irá rir um dia da loucura dos filósofos materialistas modernos. Quanto mais eu estudo a natureza, mais eu fico maravilhado da obra do Criador. Eu oro quando estou envolvido no meu trabalho no laboratório. (The Literary Digest, 18 October 1902, via Wikiquote).
Não é difícil supor quais “filósofos materialistas modernos” Pasteur teve na mente. Alizon e Méthot sabem que os dois homens vêm de perspectivas filosóficas muito diferentes.
A vida e as contribuições desses dois cientistas podem, à primeira vista, parecer radicalmente diferentes (Fig 1): enquanto Charles Darwin trabalhou na maior parte sozinho (apesar de uma grande rede de correspondentes), coletou dados no campo para apoiar suas teorias, escreveu livros, e fez relativamente poucos experimentos, Louis Pasteur liderou um ‘exército’ de pesquisadores assistentes que realizaram uma grande variedade de experimentos, escreveu artigos de pesquisas, e tipicamente abordou problemas aplicados de interesse industrial ou saúde pública. Além de terem métodos de pesquisas diferentes, eles tinham perspectivas religiosas contrastantes; Pasteur era conhecido por sua personalidade religiosa, enquanto Darwin se descreveu como um ‘agnóstico’ tarde na sua vida. Todavia, os dois pesquisadores compartilharam da capacidade singular de serem capazes de fazer sentido de observações aparentemente independentes. Os dois também tiveram um  profundo impacto na medicina durante sua vida, sem os dois serem  médicos.
“Os dois também tiveram um  profundo impacto na medicina”, é? Sim, nós vemos que com Pasteur, cujas vacinas e descobertas em microbiologia tem salvado incontáveis milhões de vidas. Para Darwin, a história é bem diferente, como John West recontou em Darwin Day in America, particularmente os capítulos 13-15. E se as motivações de Darwin para a ideologia nazista, eugenia e ditaduras totalitárias forem incluídas, nós poderíamos chamar a abordagem de Darwin de medicina da morte, e a de Pasteur de medicina da vida.
Parece ser uma venda difícil de fazer, unir esses dois homens de extremidades polares opostas de espectro de cosmovisão. Vejamos o que Alizon e Méthot podem tirar da cartola. Eles imediatamente reconhecem seu desafio:
Atualmente a biologia evolucionária tem um lugar marginal dentro da medicina. Até há uma tendência significante de evitar a ‘e-palavra’ na literatura biomédica quando se referir à resistência antimicrobiana. Ainda assim, no século 19, as ciências médicas foram tão entusiastas das ideias de Darwin assim como, inicialmente, foram hostis às ideias de Pasteur. Este apoio, frequentemente implícito, progressivamente chegou a uma parada no século 20 por, pelo menos, duas razões. Primeiro, a proximidade intelectual entre a evolução, eugenia, e a medicina, mais claramente articulado pelo discurso de Karl Pearson em 1912 (‘Darwinism, medical progress, and eugenics’ [Darwinismo, progresso médico, e a eugenia]) e na medicina constitucional de George Draper, tornaram os cientistas cautelosos da implementação de abordagens evolucionárias na medicina, particularmente após a Segunda Guerra Mundia. Experimentos com seres humanos como cobaias na Alemanha Nazista provocou revolta na opinião pública mundial e terminou com as políticas de eugenia, pelo menos no discurso público.
Assustadora a última frase lá: “pelo menos no discurso público.” O que está acontecendo por detrás das portas fechadas nas instituições científicas? Alguns evolucionistas são muito abertos sobre suas opiniões em eugenia, como Michael Egnor tem demonstrado.
A segunda razão pela falta de interesse na medicina darwiniana, disseram os autores, é que “a biologia evolucionária ainda era amplamente considerada como uma ciência observacional e não tinha mais um lugar dentro da nova configuração do conhecimento médico e do treinamento organizado em torno das especialidades [sic] e caracterizada pela experimentação.” Isso nos diz algo importante sobre o Darwinismo; ele é menos na atividade científica da experimentação do que é na arte de tecer narrativas a fim de encaixar as observações no retrato do mundo de Darwin.
Tendo reconhecido o desafio diante deles, Alizon e Méthot fazem um apelo para integrar a evolução no treinamento médico. O modo como eles definem a evolução, todavia, torna não controverso o conselho deles:
Agora há um crescente apoio para o ensino de biologia evolucionária nas faculdades médicas. Quando for ensinar alunos de medicina, todavia, alguém deve chamar a atenção para a série de pressuposições frequentemente feitas no que diz respeito aos estilos de vida ou o valor adaptativo [sic] de certos traços de comportamentos. Além disso, deve ser enfatizado que a medicina e a evolução têm ‘bases conceituais’ diferentes e, tipicamente, dizem respeito a problemas diferentes: enquanto a primeira focaliza na restauração de saúde em nível individual, a segunda estuda as variações biológicas em nível populacional e como as populações mudam ao longo do tempo.
Se isso for tudo que eles estão discutindo, ninguém vai fazer barulho. Até os criacionistas mais ardentes reconhecem que “as variações biológicas em nível populacional e como as populações mudam ao longo do tempo”. A questão então se torna, o que Darwin tem a ver com esse pedido? Variação tem sido observada há milênios. O que fez o Darwinismo tão controverso foi a sua afirmação de que toda a biosfera se originou de uma célula primitiva através de processos cegos e não guiados. Para argumentar isso, ele teve que fazer da seleção natural uma força criadora, capaz de criar asas e olhos onde nenhum deles existia antes.
Na maior parte de seu artigo, Alizon e Méthot falam sobre resistência antibacteriana (vide Jonathan Wells, Zombie Science, capítulo 8, para a discussão do que isso tem a ver com o Darwinismo). Eles sugerem as práticas médicas que são mais adequadas para controlar eficientemente surtos de cepas resistentes. O Darwinismo parece só marginalmente envolvido aqui, apoiado por referências ocasionais de situações de “corridas armamentista evolucionária” e “co-evolução.” Os autores a ilustram com exemplos, tais como quando a estratégia ‘ataque duro e rápido’ do médico com antibióticos cria realmente condições para mutantes virulentos se multiplicarem. Todavia, nada disso precisa envolver Darwin. É a dinâmica da população, não é a criação de novidade.
Eles mencionam “o surgimento de novas infecções” dizendo que “o surgimento frequentemente envolve adaptação a novos hospedeiros”, mas isso não envolve a origem das espécies ou a criação de novos designs complexos. Como Michael Behe de modo convincente destacou no seu livro The Edge of Evolution [O limite da evolução], os mutantes se tornam resistentes quebrando as coisas. Uma bactéria pode quebrar a sua interface com uma droga, por exemplo, alcançando a resistência mas não criando nada novo. Em uma recente edição do ID the Future, Ann Gauger descreveu esse tipo de “evolução” como “jogando as cadeiras do convés a fim do barco navegar mais rápido.”
A interação entre o parasita e o hospedeiro tem mais a ver com ecologia do que evolução. Alizon e Méthot repetidamente confundem os dois, fazendo-a parecer como se a interação dinâmica de variantes nos parasitas e hospedeiros são sempre darwinistas em natureza. Não necessariamente; se nenhuma nova informação for adicionada, se nenhuma estrutura complexa inovadora for criada, então nenhum organismo faz o tipo de progresso ascendente que Darwin imaginou. É um derby de demolição. O navio que lançar fora a maior parte de sua carga e permanece flutuando é o que ganharia. Esse tipo de ‘evolução’ não é a que Darwin teve em mente. Uma das ilustrações no artigo de Alizon e Méthot mostra as cepas resistentes  presentes no hospedeiro, dada a oportunidade de proliferarem quando os antibióticos exterminam a maioria da células não resistentes.
Tipicamente, as cepas resistentes perdem a capacidade de competir na natureza, somente tendo exito em ambientes artificiais como hospitais. Os autores até destacaram isso:
Baseado em conjuntos de dados dos Estados Unidos e Irlanda, também tem sido argumentado que tamanhos maiores de hospitais favorecem a propagação da resistência antibiótica, uma interpretação sendo que uma rede de pequenos hospitais maximizam o risco de extinções estocásticas de variantes resistentes surgidas recentemente.
Essas “extinções estocásticas” ocorrem porque as variantes resistentes recentemente surgidas não podem competir em ambientes mais realistas, onde as cepas "selvagens" não tiveram que lançar fora sua carga e cadeiras do convés. Entendendo tais fatores ecológicos levam alguns hospitais a liberar pacientes mais cedo para suas casas, de modo que as reservas de cepas resistentes têm de competir com cepas mais fortes (e menos virulentas) no ambiente natural. Alguns hospitais estão fornecendo ambientes como jardins onde os pacientes podem ser expostos a condições naturais menos higiênicas. Esses ambientes encorajam a recuperação não somente pela remoção mais rápida de cepas resistentes, mas em fornecer aos pacientes com oportunidades para o bem estar mental que a beleza natural engendra.
Adicionalmente, a evidência está crescendo de que a bactéria pode obter genes de resistência através da transferência horizontal de gene, tal como de bactéria do solo. Se assim for, também não há nada darwinista sobre isso. O partilhar de informação preexistente indica design, não evolução.
Concluindo, há uma necessidade urgente de se mudar de uma perspectiva de erradicação para uma de controle como já defendida em 1955 por René Dubos ou em 2000 por Joshua Lederberg. Nós devemos adicionar na busca por ‘balas mágicas’ o desenvolvimento de estratégias para controlar e mitigar a evolução patógena. Nesse sentido, as intervenções que têm uma forte dimensão ecológica e evolucionária, tais como o transplante de microbiotas, novas maneiras de administrar remédios (variando as doses, alternando ou combinando moléculas), ou até avanços na fagoterapia, poderia ser o futuro da saúde pública.
Todos os benefícios propostos de “perspectivas ecológicas” na medicina podem ser alcançadas sem o Darwinismo. É difícil de entender por que alguns Darwinistas são tão esforçados em importar o Darwinismo em uma área que não precisa dele e que tem sofrido por causa dele.
Em qual base podem Alizon e Méthot pleitear que o conselho deles seria bom para humanos em sofrimento? O que Darwin tem a ver em ajudar o fraco? Os humanos, na opinião de Darwin, chegaram por acidente, não têm valor excepcional nenhum, e irão se extinguir no tempo. A visão darwinista da humanidade é amoral e cruel. Se as bactérias vencerem os humanos, isso apenas mostra quem venceu a corrida armamentista evolucionária e demonstrou a sobrevivência do mais apto. Se você vir um médico darwinista em sua cama hospitalar, puxe o alarme, porque você não será capaz de saber se ele está torcendo para você ou pelos germes.
A melhor maneira de pasteurizar a medicina é aumentar a temperatura até que as ideias darwinistas prejudiciais, como eugenia e sobrevivência do mais apto, desapareçam. O resultado será um empreendimento médico vibrante promovendo a saúde e o bem-estar humanos com motivos puros.

Stephen Jay Gould, veja o que acontece quando se toca novamente a fita da evolução

Journal of Molecular Evolution

March 2017, Volume 84, Issue 2–3, pp 69–84 | Cite as

Experimental Evolution of Escherichia coli Harboring an Ancient Translation Protein

Authors

Authors and affiliations

Betül Kacar Xueliang Ge Suparna Sanyal Eric A. Gaucher

Open Access Original Article

First Online: 23 February 2017 


Abstract

The ability to design synthetic genes and engineer biological systems at the genome scale opens new means by which to characterize phenotypic states and the responses of biological systems to perturbations. One emerging method involves inserting artificial genes into bacterial genomes and examining how the genome and its new genes adapt to each other. Here we report the development and implementation of a modified approach to this method, in which phylogenetically inferred genes are inserted into a microbial genome, and laboratory evolution is then used to examine the adaptive potential of the resulting hybrid genome. Specifically, we engineered an approximately 700-million-year-old inferred ancestral variant of tufB, an essential gene encoding elongation factor Tu, and inserted it in a modern Escherichia coli genome in place of the native tufB gene. While the ancient homolog was not lethal to the cell, it did cause a twofold decrease in organismal fitness, mainly due to reduced protein dosage. We subsequently evolved replicate hybrid bacterial populations for 2000 generations in the laboratory and examined the adaptive response via fitness assays, whole genome sequencing, proteomics, and biochemical assays. Hybrid lineages exhibit a general adaptive strategy in which the fitness cost of the ancient gene was ameliorated in part by upregulation of protein production. Our results suggest that an ancient–modern recombinant method may pave the way for the synthesis of organisms that exhibit ancient phenotypes, and that laboratory evolution of these organisms may prove useful in elucidating insights into historical adaptive processes.

Keywords

Ancient Gene Laboratory Evolution Minimal Glucose Medium tufA Gene Organismal Fitness 

FREE PDF GRATIS: Journal of Molecular Evolution

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PERGUNTAS CIENTÍFICAS:

Como que alguém atrasa o relógio pela inserção de um gene de 700 milhões de anos no genoma do E. coli? Este gene antigo não é apenas uma sequência gerada por um modelo coalescente de genes modernos de volta a uma hipotética sequência antiga? Se foi assim na pesquisa, eles realmente não sabem como que um gene parecia há 700 milhões de anos. Certo? 

DNA origami: a representação individual flexível de "blocos de construção" de DNA em 3-D

sexta-feira, fevereiro 23, 2018

Three-dimensional structural dynamics of DNA origami Bennett linkages using individual-particle electron tomography

Dongsheng Lei, Alexander E. Marras, Jianfang Liu, Chao-Min Huang, Lifeng Zhou, Carlos E. Castro, Hai-Jun Su & Gang Ren

Nature Communications volume 9, Article number: 592 (2018)


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Cryoelectron tomography DNA and RNA Molecular machines and motors Organizing materials with DNA

Received: 13 July 2017 Accepted: 11 January 2018

Published online: 09 February 2018



Abstract

Scaffolded DNA origami has proven to be a powerful and efficient technique to fabricate functional nanomachines by programming the folding of a single-stranded DNA template strand into three-dimensional (3D) nanostructures, designed to be precisely motion-controlled. Although two-dimensional (2D) imaging of DNA nanomachines using transmission electron microscopy and atomic force microscopy suggested these nanomachines are dynamic in 3D, geometric analysis based on 2D imaging was insufficient to uncover the exact motion in 3D. Here we use the individual-particle electron tomography method and reconstruct 129 density maps from 129 individual DNA origami Bennett linkage mechanisms at ~ 6–14 nm resolution. The statistical analyses of these conformations lead to understanding the 3D structural dynamics of Bennett linkage mechanisms. Moreover, our effort provides experimental verification of a theoretical kinematics model of DNA origami, which can be used as feedback to improve the design and control of motion via optimized DNA sequences and routing.

Acknowledgements

We thank Drs. Shawn Zheng, Michael Braunfeld, and David Agard at University of California, San Francisco, for their great supporting in cryo-EM data acquisition, K2 images alignment, and editing in the manuscript. This material is based upon work supported by the National Science Foundation under Grant DMR-1344290. Work at the Molecular Foundry was supported by the Office of Science, Office of Basic Energy Sciences of the U.S. Department of Energy under Contract Number DE-AC02-05CH11231. G.R. is supported by the National Heart, Lung, and Blood Institute of the National Institutes of Health (number R01HL115153) and the National Institute of General Medical Sciences of the National Institutes of Health (number R01GM104427). C.E.C., C.H., A.M., H.-J.S., and L.Z. acknowledge the support of National Science Foundation (grant number CMMI-1536862).

Author information

Affiliations

The Molecular Foundry, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA, 94720, USA

Dongsheng Lei, Jianfang Liu & Gang Ren

Department of Mechanical and Aerospace Engineering, The Ohio State University, Columbus, OH, 43210, USA

Alexander E. Marras, Chao-Min Huang, Lifeng Zhou, Carlos E. Castro & Hai-Jun Su

Contributions

This project was initiated and designed by C.E.C., H.-J.S., and G.R. A.E.M. prepared the DNA origami sample. D.L. and J.L. prepared the TEM samples. D.L., J.L., and G.R. acquired the data. D.L. and G.R. processed the data and solved the IPET 3D structures. D.L. docked and analyzed the models. D.L., A.E.M., J.L., C.-M.H., L.Z., C.E.C., H.-J.S., and G.R. interpreted and manipulated the structures. D.L. drafted the initial manuscript, which was revised by G.R., A.E.M., J.L., C.-M.H., L.Z., C.E.C., and H.-J.S.

Competing interests

The authors declare no competing financial interests.

Corresponding authors

Correspondence to Hai-Jun Su or Gang Ren.

Antibiótico do barro?

quinta-feira, fevereiro 22, 2018

Culture-independent discovery of the malacidins as calcium-dependent antibiotics with activity against multidrug-resistant Gram-positive pathogens

Bradley M. Hover, Seong-Hwan Kim, Micah Katz, Zachary Charlop-Powers, Jeremy G. Owen, Melinda A. Ternei, Jeffrey Maniko, Andreia B. Estrela, Henrik Molina, Steven Park, David S. Perlin & Sean F. Brady

Nature Microbiology (2018)


Download Citation

Antibiotics Bacterial infection Drug discovery Metagenomics Natural products

Received: 15 July 2017 Accepted: 03 January 2018

Published online: 12 February 2018

Source/Fonte: Peggy Greb/USDA-ARS via flickr

Abstract

Despite the wide availability of antibiotics, infectious diseases remain a leading cause of death worldwide1. In the absence of new therapies, mortality rates due to untreatable infections are predicted to rise more than tenfold by 2050. Natural products (NPs) made by cultured bacteria have been a major source of clinically useful antibiotics. In spite of decades of productivity, the use of bacteria in the search for new antibiotics was largely abandoned due to high rediscovery rates2,3. As only a fraction of bacterial diversity is regularly cultivated in the laboratory and just a fraction of the chemistries encoded by cultured bacteria are detected in fermentation experiments, most bacterial NPs remain hidden in the global microbiome. In an effort to access these hidden NPs, we have developed a culture-independent NP discovery platform that involves sequencing, bioinformatic analysis and heterologous expression of biosynthetic gene clusters captured on DNA extracted from environmental samples. Here, we describe the application of this platform to the discovery of the malacidins, a distinctive class of antibiotics that are commonly encoded in soil microbiomes but have never been reported in culture-based NP discovery efforts. The malacidins are active against multidrug-resistant pathogens, sterilize methicillin-resistant Staphylococcus aureus skin infections in an animal wound model and did not select for resistance under our laboratory conditions.

Acknowledgements

We thank F. Rubino and D. Kahne for discussion and an aliquot of lipid II. HEK293 cells and MRC5 cells were kindly provided by the High-throughput Screening Resource Center at the Rockefeller University. This work was supported in part by a grant from the Gates Foundation and NIH U19AI109713. B.M.H. was supported by NIH Grant F32 AI124479. Z.C.-P. was supported by NIH Grant F32 AI1100029.

Author information

Affiliations

Laboratory of Genetically Encoded Small Molecules, The Rockefeller University, New York, NY, USA

Bradley M. Hover, Seong-Hwan Kim, Micah Katz, Zachary Charlop-Powers, Jeremy G. Owen, Melinda A. Ternei, Jeffrey Maniko, Andreia B. Estrela & Sean F. Brady

Proteomics Resource Center, The Rockefeller University, New York, NY, USA

Henrik Molina

Public Health Research Institute, Rutgers University—New Jersey Medical School, Newark, NJ, USA

Steven Park & David S. Perlin

Contributions

B.M.H. and S.F.B. designed research; B.M.H., S.-H.K., M.K., J.G.O., M.A.T., J.M., A.E. and H.M. performed research; B.M.H., S.-H.K. and Z.C.-P. analysed data; and B.M.H. and S.F.B. wrote the paper.

Competing interests

The following authors, S.F.B., B.M.H., M.K., Z.C.-P., declare competing financial interests as they are employees or consultants of Lodo Therapeutics.

Corresponding author

Correspondence to Sean F. Brady.

O modelo ampulheta de desenvolvimento embrionário: um prognosticador de plano corporal básico?

quarta-feira, fevereiro 21, 2018

The developmental hourglass model: a predictor of the basic body plan?

Naoki Irie, Shigeru Kuratani

Development 2014 141: 4649-4655; doi: 10.1242/dev.107318


Abstract

The hourglass model of embryonic evolution predicts an hourglass-like divergence during animal embryogenesis – with embryos being more divergent at the earliest and latest stages but conserved during a mid-embryonic (phylotypic) period that serves as a source of the basic body plan for animals within a phylum. Morphological observations have suggested hourglass-like divergence in various vertebrate and invertebrate groups, and recent molecular data support this model. However, further investigation is required to determine whether the phylotypic period represents a basic body plan for each animal phylum, and whether this principle might apply at higher taxonomic levels. Here, we discuss the relationship between the basic body plan and the phylotypic stage, and address the possible mechanisms that underlie hourglass-like divergence.

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Uma transcriptase reversa de ribozima

terça-feira, fevereiro 20, 2018

A reverse transcriptase ribozyme

Biswajit Samanta Gerald F Joyce Is a corresponding author

The Salk Institute, California

SHORT REPORT Sep 26, 2017

Reverse transcriptase activity of the 24–3 ribozyme.


Abstract

A highly evolved RNA polymerase ribozyme was found to also be capable of functioning as a reverse transcriptase, an activity that has never been demonstrated before for RNA. This activity is thought to have been crucial for the transition from RNA to DNA genomes during the early history of life on Earth, when it similarly could have arisen as a secondary function of an RNA-dependent RNA polymerase. The reverse transcriptase ribozyme can incorporate all four dNTPs and can generate products containing up to 32 deoxynucleotides. It is likely that this activity could be improved through evolution, ultimately enabling the synthesis of complete DNA genomes. DNA is much more stable compared to RNA and thus provides a larger and more secure repository for genetic information.


eLife digest

All known living things share the same genetic machinery, traditionally called the central dogma. According to this dogma, genes in DNA produce messages made from a similar molecule called RNA. These RNA messengers provide the instructions to make proteins, which then form structures and act as molecular machines inside cells. This process is found in all modern living things, but early life must have been much simpler.

Many biologists believe that the earliest life only used RNA, which can both store information like DNA and perform tasks like a protein. Life evolved from this so-called ‘RNA world’ because DNA provides a more reliable long-term store of information, whilst proteins are more versatile and able to perform more tasks. This key step in evolution allowed life to move beyond basic chemistry and develop the size, complexity and diversity we see today. Yet, how this transition happened is not well understood. In particular, many believe an RNA molecule must have evolved the ability to make DNA from an RNA template, allowing early life to build the first genetic material made from DNA. This molecule would be referred to as a reverse transcriptase ribozyme.

Modern living things do not contain such a molecule. Yet based on their previous work using RNA molecules to make copies of other RNAs, Samanta and Joyce attempted to develop an artificial reverse transcriptase ribozyme. The goal was to show that these ribozymes can be made and could theoretically have evolved naturally. The molecule Samanta and Joyce created was able to reliably produce short sections of DNA, with rare errors. This ribozyme is slower and makes more mistakes than molecular systems in modern biology, but it proves that reverse transcriptase ribozymes are possible.

Using a process called test-tube evolution, which uses the same concepts as natural evolution to improve the qualities of biological molecules, Samanta and Joyce now plan to improve their ribozyme. The aim is to confirm that a reverse transcriptase ribozyme could have been a transformative early step in evolution of life on Earth that led to the first DNA genomes. This will be a critical addition to scientists’ understanding of how life became more complex and how the first cells formed.


FREE PDF GRATIS: eLIFE

Origem da vida: surgimento de genomas de DNA em um mundo RNA

Origin of life: Transitioning to DNA genomes in an RNA world

Razvan Cojocaru Peter J Unrau Is a corresponding author

Simon Fraser University, Canada

INSIGHT Nov 1, 2017

The emergence of DNA genomes in the RNA world. 

Abstract

The unexpected ability of an RNA polymerase ribozyme to copy RNA into DNA has ramifications for understanding how DNA genomes evolved.

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Darwin, a complexidade biológica aumenta cada vez mais: outros códigos secretos no "DNA lixo"

sábado, fevereiro 17, 2018

Mais códigos secretos no “DNA lixo”




Cientistas descobrem as coisas mais interessantes quando eles suspeitam de função em partes mal compreendidas do genoma, em vez de relegá-las ao monte de lixo como inúteis. Eis aqui dois exemplos recentes.

Código silencioso em ação na actina

“A actina é uma proteína intracelular essencial e abundante que desempenha um papel importante na morfogênese do desenvolvimento, contração muscular, migração de células, e homeostase celular”, disse Vedula et al. em um artigo na publicação científica eLife. Uma proteína dessa importante comanda a nossa atenção. Como que ela desempenha tantas funções diferentes? O que governa a destinação e atividade das diferentes diferentes formas de actina?
O artigo parece um história de detetive científico. Uma equipe de pesquisadores da Universidade da Pensilvânia e dos Institutos Nacionais de Saúde dos Estados Unidos queriam saber por que duas formas de actina (isoformas) são quase indistinguíveis em termos de sua sequência (exceto para quatro aminoácidos em uma extremidade), mas realizam funções muito diferentes na célula. Eles também acharam intrigante que essas isoformas, β-actina e γ-actina, são codificadas por genes diferentes, mas terminam parecendo muito semelhantes.
Vamos divulgar a conclusão no título do artigo: “Diversas funções das isoformas homólogas de actina são definidas por seus nucleotídeos, em vez de sua sequência de aminoácido.” Você escuta a palavra “código” vindo? Que tal “código silencioso”?
Aqui nos testamos a hipótese que as funções da β- e γ-actina são definidas por seus nucleotídeos, em vez de sua sequência de aminoácido, usando a edição dirigida do genoma de camundongo. Embora pesquisas prévias têm revelado que a ruptura do gene β-actina impacta criticamente a migração da célula e a embriogênese de camundongo, nós demonstramos aqui que a geração de um camundongo sem a proteína β-actina pela edição do gene β-actina para codificar a proteína γ-actina, e vice-versa, não afeta a migração de células e/ou a sobrevivência do organismo. Nossos dados sugerem que o essencial na função in vivo da β-actina é fornecido pela sequência do gene independente da isoforma de proteína codificada. Nos propomos que esta regulação constituí um mecanismo global de ‘código silencioso’ que controla a diversidade funcional das isoformas de proteínas. [Ênfase adicionada.]
Bons e antigos experimentos controlados, usando a ferramenta de edição CRISPR, revelaram que a edição do gene de uma forma produzia cópias funcionais de outra forma. Camundongos que tinha genes defeituosos para γ-actina podiam ser salvos pela edição do gene β-actina para produzir γ-actina. Tudo que eles tiveram que fazer foi editar cinco nucleotídeos para produzir camundongos sadios sem nenhuma β-actina, muito embora prévios experimentos de desativação mostraram que camundongos sem o gene β-actina morrem no início do desenvolvimento. Como isso podia ser?
Experimentos posteriores sugeriram que não é a sequência de aminácido resultante que determina a função, mas substituições “silenciosas” no gene. Algo no gene β-actina estava regulando o resultado em um modo diferente, muito embora gerasse somente γ-actina. A isoforma γ-actina foi para onde o β-actina normalmente ia, e realizou sua função como se fosse o β-actina.
Os pesquisadores destacam que diferentes isoformas de actinas podem ter densidades de ribossomas muito diferentes, diferindo em até mil vezes. No citoplasma, algumas isoformas podem compensar por outras isoformas. Esta combinação fornece flexibilidade para a célula na maioria dos casos:
Estes resultados sugerem que a isoforma actina com densidade de ribossomo similar pode plausivelmente compensar a perda de uma das isoformas. Em conformidade, considerando-se as ordens de grandeza de diferença na densidade do ribossomo entre a β-actina e outras isoformas de actinas, nenhuma das outras isoformas de actinas podem compensar pela perda da β-actina. Nós propomos que as mudanças na densidade de ribossomo surgindo de substituições silenciosas na sequência de nucleotídeo, afeta a dinâmica de tradução e a acumulação de taxas de proteínas que, por sua vez, regula a diversidade funcional das actinas.
Os autores pensam que este tipo de “código silencioso” pode estar funcionando também em outras famílias de proteínas. A palavra “código” está presente por todo este artigo. Em outro caso, eles descrevem o direcionamento de uma isoforma de actina à periferia da célula pelo que eles chamaram de “transporte mediado por código de endereçamento”. Eles têm mais a dizer sobre codificação do que evolução, na verdade, exceto em um parágrafo onde eles invocam a desculpa darwinista comum de que um gene essencial tende a ser conservado contra alteração:
Apesar do fato que os genes não musculares de isoformas de actina tenha divergido evolucionariamente > 100  milhões de anos atrás, eles retiveram extraordinária conservação de sequência, muito mais alta do que seria esperada se as substituições sinônimas em sua sequência de codificação fossem completamente randomizadas.(Erba et al., 1986). Isto é com a nossa ideia de que a sequência de codificação da isoforma de actina existe sob pressão evolucionária adicional, melhor do que a esperada conservação da sequência de aminoácido. Nós propomos que, pelo menos, alguma dessa pressão destina-se manter a dinâmica de tradução divergente dentro da família de actina, a fim de conduzir suas funções divergentes.
Todavia, parece que a pesquisa de design inteligente poderia ser mais produtiva em estudos de acompanhamento. Eles concluíram, “Mais análises sistemáticas de desativação de isoformas homólogas permitiriam estabelecer a universalidade do ‘código silencioso.’”

Matéria escura em seu cérebro

Uma termo mais apropriado para “DNA lixo” pode ser “matéria escura” — sequências que ainda não são compreendidas. O Nature News ilustra um bom uso desta metáfora em um artigo, ‘Dark matter’ DNA influences brain development [DNA 'Matéria escura' influencia o desenvolvimento do cérebro].  Amy Maxmen escreveu, “Finalmente os pesquisadores estão compreendendo o propósito por detrás de algumas sequências de genomas que são quase idênticos nos vertebrados.”
Um enigma colocado pelos segmentos de ‘matéria escura’ nos genomas — longo, fios enrolados de DNA sem funções óbvias — tem incomodado os cientistas por mais de uma década. Agora, uma equipe resolveu o enigma.
A questão difícil tem se centralizado nas sequências de DNA que não codificam proteínas, e ainda assim permanecem idênticas por uma ampla variedade de animais. Ao deletar alguns desses ‘elementos ultra conservados’, os pesquisadores descobriram que essas sequências guiam o desenvolvimento do cérebro pelo fino ajuste dos genes de codificação de proteínas.
Não há nenhuma razão para suspeitar que qualquer dos heróis deste artigo duvidam da teoria da evolução. Mas um principal pesquisador de um novo artigo fez o que um bom cientista de design faria: continuar procurando por função até encontrá-la.
Os resultados, publicados na Cell, edição de 18 de janeiro, valida as hipóteses dos cientistas que especularam que todos os elementos ultra conservados são vitais para a vida — apesar do fato que os pesquisadores sabiam muito pouco sobre suas funções.
“As pessoas nos disseram que nós deveríamos ter esperado publicar até que nós soubéssemos o que elas faziam. Agor eu estou assim, cara, levou 14 anos para compreender isso”, disse Gill Bejerano, um genomicista na Universidade Stanford na Califórnia, que descreveu os elementos ultra conservados em 2004.
O que eles descobriram contraria as expectativas evolucionárias, muito embora o artigo assume a evolução:
Bejerano e seus colegas originalmente notaram que os elementos ultra conservados quando eles compararam o genoma humano aos de camundongos, ratos e galinhas, e descobriram 481 trechos de DNA que eram incrivelmente similares entre as espécies. Isso foi surpreendente, porque o DNA se modifica de geração a geração — e essas linhagens animais tinham evoluído independentemente por cerca de 200 milhões de anos.
Genes que codificam proteínas tendem a ter relativamente poucas mutações porque se essas mudanças perturbarem a proteína correspondente e o animal morrer antes de se reproduzir, o gene que sofreu mutação não é passado adiante para a prole. Na base desta lógica, alguns genomicistas conjecturaram que a seleção natural tinha, semelhantemente, erradicado as mutações nas regiões ultra conservadas. Muito embora as sequências não codifiquem proteínas, eles pensaram, suas funções devem ser tão vitais que elas não podem tolerar imperfeição.
Alguém pode se perguntar qual função teve a evolução darwinista nesta pesquisa? As expectativas estavam erradas, os resultados foram surpreendentes, e a equipe achou mais design do que previamente conhecido — a ponto de implicar em perfeição. A única fala evolucionária soa como um dourar a pílula/jogar confete para manter a narrativa preferida de ser falsificada.
Para mais informação sobre o assunto cansativo de suposto lixo no genoma, vide o livro The Myth of Junk DNA, de Jonathan Wells.
Foto: Actin filaments, by Howard Vindin (Own work) [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons.