Естественная генная инженерия - Natural genetic engineering

Естественная генная инженерия (NGE) - это класс процессов, предложенный молекулярными биологами. Джеймс А. Шапиро для учета новизны, созданной в ходе биологической эволюции. Шапиро развил эту работу в нескольких рецензируемых публикациях, начиная с 1992 года, а затем в своей книге 2011 года. Эволюция: взгляд из 21 века. Он использует NGE для объяснения нескольких предложенных контрпримеров к центральная догма молекулярной биологии (впоследствии частично отвергнутое предложение 1970 г. о том, что поток информации о последовательности идет только от ДНК к ДНК или от ДНК к РНК к белкам, и никогда не наоборот). Шапиро извлек из такой разнообразной работы, как адаптивность иммунной системы млекопитающих, инфузория макронуклеусы и эпигенетика. Работа получила некоторую известность после того, как ее отстаивали сторонники Умный дизайн, несмотря на явный отказ Шапиро от этого движения.

Концепция

Шапиро впервые изложил свои идеи естественной генной инженерии в 1992 году.[1] и продолжал развивать их в основной научной литературе[2][3][4][5] и в работе, ориентированной на более широкую аудиторию,[6][7] достигнув кульминации в публикации 2011 г. Эволюция: взгляд из 21 века.[8]

Естественная генная инженерия - это реакция на современный синтез и центральная догма молекулярной биологии. Современный синтез был сформулирован до выяснения структуры двойной спирали ДНК и создание молекулярная биология в его нынешнем статусе выдающегося положения. Учитывая то, что было известно в то время, простая и мощная модель генетического изменения посредством ненаправленной мутации (в общих чертах описываемой как "случайный ") и естественный отбор, были сочтены достаточными для объяснения эволюции, наблюдаемой в природе. С открытием природы и роли нуклеиновые кислоты в генетике эта модель подсказала Фрэнсис Крик так называемая центральная догма молекулярной биологии: «[Последовательная] информация не может быть передана обратно от белка ни к белку, ни к нуклеиновой кислоте».[9][10]

Шапиро отмечает, что несколько клеточных систем могут влиять на ДНК в ответ на определенные раздражители окружающей среды. Эти «направленные» изменения контрастируют как с ненаправленными мутациями в современном синтезе, так и (в интерпретации Шапиро) запретом на передачу информации из окружающей среды в геном.

В 1992 г. Genetica В статье, в которой представлена ​​концепция, Шапиро начинает с перечисления трех уроков молекулярной генетики:

  • существует удивительное количество генетической консервации за пределами таксономических границ,
  • мозаичная структура генома приводит к множеству нелокальных генов, имеющих множественные филогенные эффекты, и, опираясь на работу его друга и соавтора Барбара МакКлинток,
  • наличие множества клеточных механизмов (включая мобильные генетические элементы ), которые могут реструктурировать ДНК.

Из этого Шапиро заключает:

[] Можно утверждать, что большая часть изменений генома в ходе эволюции является результатом процесса генной инженерии, в котором биохимические системы используются для мобилизации и реорганизации структур ДНК, присутствующих в живых клетках.[1]

Связь с интеллектуальным дизайном

В 1997 году Бостон Обзор В статье Шапиро перечисляет четыре категории открытий, сделанных в молекулярной биологии, которые, по его оценке, не могут быть адекватно объяснены Современный синтез: геном организация сотовый ремонт возможности, мобильные генетические элементы и обработка сотовой информации.[11] Шапиро заключает:

Какое значение имеет возникающее взаимодействие между биологией и информационной наукой для размышлений об эволюции? Это открывает возможность научного, а не идеологического решения центральной проблемы, столь горячо оспариваемой фундаменталистами по обе стороны креационистско-дарвинистской дискуссии: работает ли какой-либо руководящий разум в происхождении видов, демонстрирующих изысканные адаптации, которые варьируются от подавления лямбда-профага до цикла Кребса. через митотический аппарат и глаза на иммунную систему, мимикрию и социальную организацию?[11]

В контексте статьи, в частности, и работы Шапиро по естественной генетической инженерии в целом, «руководящий разум» следует искать внутри клетки. (Например, в Huffington Post эссе под названиемКлеточное познание и принятие клеточных решений[12] Шапиро определяет когнитивные действия как те, которые «основаны на знаниях и включают решения, соответствующие полученной информации», утверждая, что клетки соответствуют этим критериям.) Однако сочетание несогласия с современным синтезом и обсуждение творческого интеллекта привлекло внимание к его работе. сторонники Умный дизайн.

Естественная генная инженерия была названа законной научной полемикой (в отличие от разногласий, поднимаемых различными отраслями науки. креационизм ).[13] Хотя Шапиро считает вопросы, поднятые «Разумным замыслом», интересными, он расходится с креационистами, считая эти проблемы поддающимися научному решению (в частности, понимая, как NGE играет роль в эволюции новизны).[5]

С публикацией Эволюция: взгляд из 21 века, Работа Шапиро снова стала предметом обсуждения в сообществе интеллектуальных дизайнеров. В разговоре с Шапиро Уильям Дембски спросил у Шапиро мысли о происхождении естественных систем генной инженерии. Шапиро ответил, что «откуда они вообще взялись, это не вопрос, на который мы можем реально ответить прямо сейчас».[14]В то время как Дембски считает эту позицию, по крайней мере, несовместимой с IntelligentDesign, Шапиро явно и неоднократно отвергал оба креационизма в целом.[15] и, в частности, интеллектуальный дизайн.[16]

Критика

Хотя Шапиро разработал NGE в рецензируемой литературе, идея привлекла гораздо больше внимания, когда он резюмировал свою работу в своей книге. Эволюция: взгляд из 21 века.[8] Отчасти из-за обсуждения движения за интеллектуальный замысел книга получила широкую и критическую оценку.[17][18][19][20][21][22][23][24][25][26] Критика делится на две основные категории:

  1. Теория переходит черту телеология, пример строки из обзора, написанного Ларри Мораном.[17] Форма аргумента Шапиро имеет сходство с несколькими аргументами креационистов о том, что наблюдаемая биология не может быть объяснена комбинацией «случайной» (ненаправленной) мутации и естественного отбора. Один из многих стандартных ответов на эти аргументы состоит в том, что биологию можно достаточно объяснить, не обращаясь к высшим причинам. Взгляды Шапиро существенно отличаются от взглядов креационистов, не в последнюю очередь потому, что его высшие причины существуют только на уровне клеточного аппарата. Однако для критика, не убежденного в необходимости высших причин, неубедительно подменять сверхъестественное материальными высшими причинами.
  2. Шапиро не дает точного прочтения центральной догмы. Чтение Шапиро центральной догмы требует, чтобы Только случайные мутации могут быть корнем эволюционных изменений. Если это прочтение верное, то, игнорируя расплывчатость такого применения термина "случайный ", несколько механизмов, идентифицированных Шапиро (например, эпигенетика ) действительно опровергают эту теорию. Однако Крик и генетики в целом давно хорошо знали о существовании мутагенов во время формулировки и переформулирования центральной догмы и фактически до открытия механизмов биологической наследственности.[27] Более консервативная интерпретация, по словам Маршалл Ниренберг Это просто то, что «ДНК делает РНК, создает белок».[28] При таком прочтении не ожидается, что белки изменят ДНК, но Шапиро приводит множество примеров того, где это происходит, в том числе гистоновая модификация, мутагенные подклассы эксцизионные и восстанавливающие ферменты, обширная регуляция мобильных генетических элементов и регуляция различных классов РНК, а также прямая модификация нуклеотидов посредством метилирование цитозина и ферментативное дезаминирование.[29]

Shapiro ответил на обзор в Эволюционный интеллект.[30]

Рекомендации

  1. ^ а б Шапиро, Джеймс А. (1992). «Естественная генная инженерия в эволюции» (PDF). Genetica. 86 (1–3): 99–111. Дои:10.1007 / BF00133714. PMID  1334920.
  2. ^ Шапиро, Джеймс А. (1997). «Организация генома, естественная генная инженерия и адаптивные мутации» (PDF). Тенденции в генетике. 13 (3): 98–104. Дои:10.1016 / S0168-9525 (97) 01058-5. PMID  9066268.
  3. ^ Шапиро, Джеймс А. (январь 2005 г.). «Взгляд на эволюцию 21 века: архитектура геномной системы, повторяющаяся ДНК и естественная генная инженерия» (PDF). Ген. 345 (1): 91–100. Дои:10.1016 / j.gene.2004.11.020. PMID  15716117.[постоянная мертвая ссылка ]
  4. ^ Шапиро, Джеймс А. (1999). «Сменные элементы как ключ к взгляду на эволюцию 21 века» (PDF). Genetica. 107 (1–3): 171–179. Дои:10.1023 / А: 1003977827511. PMID  10952210.
  5. ^ а б Шапиро, Джеймс А. (2002). «Организация и реорганизация генома в процессе эволюции: форматирование для вычислений и функций» (PDF). Летопись Нью-Йоркской академии наук. 981: 111–134. Дои:10.1111 / j.1749-6632.2002.tb04915.x. PMID  12547677.
  6. ^ Шапиро, Джеймс А. (май 1999 г.). "Архитектура системы генома и естественная генная инженерия в эволюции". Летопись Нью-Йоркской академии наук. 870 (1): 23–35. Bibcode:1999НЯСА.870 ... 23С. Дои:10.1111 / j.1749-6632.1999.tb08862.x. PMID  10415470.
  7. ^ Шапиро, Джеймс А. (декабрь 2007 г.). «Бактерии маленькие, но не тупые: познание, естественная генетика и социобактериология» (PDF). Исследования по истории и философии науки Часть C: Исследования по истории и философии биологических и биомедицинских наук. 38 (4): 807–819. CiteSeerX  10.1.1.371.1320. Дои:10.1016 / j.shpsc.2007.09.010. PMID  18053935. Архивировано из оригинал (PDF) 27 июля 2011 г.
  8. ^ а б Шапиро, Джеймс А. (2011). Эволюция: взгляд из 21 века. FT Press. п. 272. ISBN  978-0132780933.
  9. ^ Крик, F.H.C. (1958): О синтезе белков. Symp. Soc. Exp. Биол. XII, 139–163. (pdf, ранний черновик оригинальной статьи)
  10. ^ Крик Ф (август 1970 г.). «Центральная догма молекулярной биологии» (PDF). Природа. 227 (5258): 561–3. Bibcode:1970Натура.227..561C. Дои:10.1038 / 227561a0. PMID  4913914.
  11. ^ а б Шапиро, Джеймс (февраль – март 1997 г.). "Третий путь". Бостон Обзор. Архивировано из оригинал на 2012-03-04. Получено 2012-09-29.
  12. ^ Шапиро, Джеймс А. (19 марта 2012 г.). «Клеточное познание и принятие клеточных решений». Huffington Post.
  13. ^ Коперски, Джеффри (июнь 2008 г.). «Два плохих способа атаковать разумный замысел и два хороших» (PDF). Zygon. 43 (2): 443–449. Дои:10.1111 / j.1467-9744.2008.00926.x.[постоянная мертвая ссылка ]
  14. ^ Дембски, Уильям (12 января 2012 г.). «Джеймс Шапиро - теоретик дизайна?». Новости и обзоры Evolution. Отсутствует или пусто | url = (помощь)
  15. ^ Шапиро, Джеймс А. (16 апреля 2012 г.). «Как лучше всего общаться со сверхъестественными в науке и эволюции?». Huffington Post.
  16. ^ Шапиро, Джеймс А. (8 января 2012 г.). «Эволюционные уроки супербактерий». Huffington Post.
  17. ^ а б Моран, Лоуренс А. (май – июнь 2011 г.). «(Обзор) Эволюция: взгляд из 21 века». Отчеты Национального центра научного образования. 32.3 (9): 1–4. Архивировано из оригинал на 2013-09-15. Получено 2012-08-16.
  18. ^ Seoighe, Cathal (2012). «(Обзор) Эволюция: взгляд из 21 века». Тенденции эволюционной биологии. 4 (e6): 32–33. Дои:10.4081 / eb.2012.e6.
  19. ^ Безак, Ева (2011). «(Обзор) Эволюция: взгляд из 21 века». Австралийские физические и инженерные науки в медицине. 34 (4): 643–645. Дои:10.1007 / s13246-011-0110-4.
  20. ^ Пенни, Дэвид (июнь 2012 г.). «(Обзор) Эволюция: взгляд из 21 века». Систематическая биология. 61 (4): 709–710. Дои:10.1093 / sysbio / sys006.
  21. ^ Уилкинс, Адам С. (январь 2012 г.). «(Обзор) Эволюция: взгляд из 21 века». Геномная биология и эволюция. 4 (4): 423–426. Дои:10.1093 / gbe / evs008. ЧВК  3342868.
  22. ^ Буратти, Эмануэле (2012). «Уроки эволюции для молекулярных биотехнологов 21 века». Молекулярная биотехнология. 52 (1): 89–90. Дои:10.1007 / s12033-011-9472-9.
  23. ^ Ли, Хайпэн (декабрь 2011 г.). "За пределами наших невооруженных глаз". Журнал молекулярной клеточной биологии. 4 (1): 63. Дои:10.1093 / jmcb / mjr048.
  24. ^ Ю, Сяобо (2012). «Провокационный взгляд на эволюцию в эпоху генома». Границы биологии. 7 (2): 93–95. Дои:10.1007 / s11515-012-1203-5.
  25. ^ Ussery, Дэвид В. (2011). "Естественная генная инженерия: интеллект и дизайн в эволюции?" (PDF). Микробная информатика и эксперименты. 1 (11). Дои:10.1186/2042-5783-1-11.
  26. ^ Кучера, Ульрих (сентябрь 2012 г.). "(Обзор) Эволюция: взгляд из 21 века ". В Höttecke, Dietmar (ed.). Информационный бюллетень Международной группы преподавателей истории, философии и естествознания. 21. Внешняя ссылка в | chapter = (помощь)
  27. ^ Морган, Томас Хант. Механизм менделевской наследственности Нью-Йорк, Холт, 1915 [1]
  28. ^ Ливитт, Сара А .; Маршалл Ниренберг (июнь 2010 г.). «Расшифровка генетического кода: Маршалл Ниренберг». Управление истории NIH.
  29. ^ Шапиро, Джеймс А. (июль 2013 г.). «Как жизнь меняется: геном чтения-записи (RW)» (PDF). Обзоры физики жизни. 10 (3): 287–323. CiteSeerX  10.1.1.371.35. Дои:10.1016 / j.plrev.2013.07.001. PMID  23876611.
  30. ^ Шапиро, Джеймс А. (2012). "Ответ на рецензию Полин Хогевег на мою книгу" Эволюция: взгляд из 21 века"". Эволюционный интеллект. 5 (3): 211. Дои:10.1007 / s12065-012-0074-7.