В двух новых статьях Хосе утверждает, что ДНК – это просто список ингредиентов, а не набор инструкций, используемых для создания и поддержания живого организма. По его словам, инструкции намного сложнее, и они хранятся в молекулах, которые регулируют ДНК клетки и другие функционирующие системы.
Хосе изложил новую теоретическую основу наследственности, которая была разработана в течение 20 лет исследований генетики и эпигенетики, в рецензируемых статьях в Journal of the Royal Society Interface и журнале BioEssays. Обе статьи были опубликованы 22 апреля 2020 г.
Аргумент Хосе предполагает, что ученые могут упускать из виду важные направления изучения и лечения наследственных заболеваний, а современные представления об эволюции могут быть чрезмерно сосредоточены на роли генома, который содержит всю ДНК организма.
«ДНК нельзя рассматривать как« план жизни », – сказал Хосе. "Это в лучшем случае перекрывающийся и потенциально зашифрованный список ингредиентов, который по-разному используется разными ячейками в разное время."
Например, ген цвета глаз существует в каждой клетке тела, но процесс, который производит белок для цвета глаз, происходит только на определенной стадии развития и только в клетках, составляющих окрашенную часть глаз. Эта информация не хранится в ДНК.
Кроме того, ученые не могут определить сложную форму органа, такого как глаз, или то, что у существа вообще будут глаза, путем считывания ДНК существа. Эти фундаментальные аспекты анатомии продиктованы чем-то вне ДНК.
Хосе утверждает, что эти аспекты развития, которые позволяют оплодотворенной яйцеклетке вырасти из единственной клетки в сложный организм, должны рассматриваться как неотъемлемая часть наследственности.
Новая структура Хосе преобразовывает наследственность в сложную сетевую информационную систему, в которой все регуляторные молекулы, которые помогают клетке функционировать, могут составлять хранилище наследственной информации.
Майкл Левин, профессор биологии и директор Центра регенеративной биологии и развития Тафтса и Центра открытий Аллена в Университете Тафтса, считает, что подход Хосе может помочь ответить на многие вопросы, на которые не отвечает нынешний ориентированный на геном взгляд на биологию. Левин не участвовал ни в одной из опубликованных статей.
«Понимание передачи, хранения и кодирования биологической информации является важной задачей не только для фундаментальной науки, но и для преобразовательных достижений в регенеративной медицине», – сказал Левин. «В этих двух статьях Энтони Хосе мастерски применяет подход компьютерных наук, чтобы предоставить обзор и количественный анализ возможной молекулярной динамики, которая может служить средством передачи наследуемой информации."
Хосе предлагает, чтобы инструкции, не закодированные в ДНК, содержались в расположении молекул внутри клеток и их взаимодействиях друг с другом.
Такое расположение молекул сохраняется и передается из поколения в поколение.
В своих статьях фреймворк Хосе переделывает наследование как комбинированный эффект трех компонентов: сущностей, датчиков и свойств.
Сущности включают геном и все другие молекулы в клетке, которые необходимы для построения организма. Сущности могут изменяться со временем, но они воссоздаются с их исходной структурой, расположением и взаимодействиями в начале каждого поколения.
«Этот аспект наследственности, заключающийся в том, что расположение молекул одинаково для разных поколений, глубоко недооценивается, и это приводит ко всевозможным недопониманиям того, как работает наследственность», – сказал Хосе.
Датчики – это особые объекты, которые взаимодействуют с другими объектами или их окружающей средой и реагируют на них. Датчики реагируют на определенные свойства, такие как расположение молекулы, ее концентрация в клетке или ее близость к другой молекуле.
Вместе сущности, сенсоры и свойства позволяют живому организму ощущать или “ знать ” вещи о себе и своей окружающей среде. Некоторые из этих знаний используются вместе с геномом в каждом поколении для построения организма.
«Эта структура построена на многолетних экспериментальных исследованиях во многих лабораториях, в том числе и в нашей, по эпигенетике и подавлению генов нескольких поколений в сочетании с нашим растущим интересом к теоретической биологии», – сказал Хосе. "Учитывая, что два человека, которые болеют одной и той же болезнью, не обязательно проявляют одни и те же симптомы, нам действительно нужно понимать все места, где два человека могут быть разными, а не только их геномы."
По словам Хосе, глупость сохранения геном-центричного взгляда на наследственность заключается в том, что ученые могут упускать возможности для борьбы с наследственными заболеваниями и понимания секретов эволюции.
В медицине, например, исследования того, почему наследственные заболевания по-разному влияют на людей, сосредоточены на генетических различиях, а также на химических или физических различиях между сущностями. Но эта новая структура предполагает, что исследователи должны искать негенетические различия в клетках людей с наследственными заболеваниями, такие как расположение молекул и их взаимодействия. У ученых в настоящее время нет методов для измерения некоторых из этих вещей, поэтому эта работа указывает на потенциально важные новые направления для исследований.
В эволюции теория Хосе предполагает, что организмы могут развиваться за счет изменений в расположении молекул без изменений в их последовательности ДНК. А в области природоохранной науки эта работа предполагает, что попытки сохранить вымирающие виды только с помощью банков ДНК не содержат важной информации, хранящейся в молекулах, не относящихся к ДНК.
Хосе признал, что по поводу этих идей будет много споров, и для проверки его гипотез необходимы эксперименты. Но, по его словам, предварительные отзывы ученых, таких как Левин и другие коллеги, были положительными.
«Обобщение памяти и кодирования Энтони Хосе с помощью структуры« сущность-сенсор-свойство »проливает новый взгляд на эволюцию и биологическую сложность и предлагает важные пересмотры существующих парадигм в генетике, эпигенетике и развитии», – сказал Левин.