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„Unsterbliche Gene“, die allen Organismen gemeinsam sind?

„Unsterbliche Gene“, die allen Organismen gemeinsam sind?



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Der Autor Sean B. Carroll erwähnt, dass allen Organismen etwa 500 Gene gemeinsam sind. Sie haben mit der essentiellen DNA-Maschinerie zu tun und so weiter. Was sind das für Gene? Wo kann ich mehr über dieses faszinierende Konzept lesen? Wenn Sie unsterbliche Gene googeln, werden Sean B. Carroll erwähnt. Welchen Begriff verwenden andere für diese Gene?

„Wenn wir die Genome von Archaeen, Bakterien, Pilzen, Pflanzen und Tieren vergleichen, finden wir etwa 500 Gene, die in allen Bereichen des Lebens vorkommen… Die Funktionen unsterblicher Gene sind zentral… Prozesse wie die Entschlüsselung von DNA… und die Herstellung von Proteinen. Alle Lebensformen hängen von diesen Genen ab, seit der Entstehung von komplexem DNA-kodiertem Leben zu Beginn der Erdgeschichte." (Making of the Fittest, S. 79)


Einführung

Ich glaube, dass Sean B. Caroll verwirrend ist:

• die Mindestanzahl an Genen, die für einen lebensfähigen Organismus erforderlich ist

mit

• jene Gene, die in allen Organismen vorhanden sind – sogenannte „unsterbliche Gene“

Ich werde mich der Reihe nach mit jedem befassen.

Die Mindestanzahl an Genen, die für einen lebensfähigen Organismus erforderlich ist

Ich habe nicht Lesen Sie das Buch, aus dem das Zitat stammt. Aufgrund des Kontexts und meines Wissens glaube ich, dass der Autor „die für einen lebensfähigen Organismus erforderliche Mindestanzahl von Genen“ fälschlicherweise als „die in allen Organismen vorhandenen Gene“ interpretiert. Dies liegt daran, dass er sich anscheinend auf Arbeiten aus dem Labor von Craig Ventner über die Entwicklung von Mykoplasmen bezieht.

Mykoplasmen gehören zu den kleinsten Organismen, die zu einem unabhängigen Leben fähig sind. Sie haben ein Genom von etwa 500 kodierenden Sequenzen, aber als parasitäre Organismen widmen sie einige dieser Gene ihrer parasitären Lebensweise, während ihnen andere fehlen, die der Wirt bereitstellt.

Die Zahl von 500 könnte tatsächlich zu hoch sein: In dieser Beschreibung wird eine Zahl von 300 zitiert, der Pläne von Ventner hatte, einen Organismus zu bauen, der ein minimales Genom enthält, das nur solche essentiellen Gene enthält. Mehr dazu in einem Wikipedia-Artikel mit dem Titel Mycoplasma-Laboratorium. Es sollte beachtet werden, dass das Wort „unsterblich“ in keinem der Berichte vorkommt.

'Les Immortels' - Gene, die in allen Organismen vorhanden sind

Das Poster hätte gerne eine Liste der lebenswichtigen Gene, aber ich kenne keine solche Liste. Wie würde man einen komponieren?

Zuerst muss man die Regeln festlegen. Zählen Parasiten wie Mykoplasmen, die von ihrem Wirtsorganismus abhängig sind? Zählen Menschen? Wir benötigen Aminosäuren und Vitamine, beziehen sie aber aus der Nahrung, anstatt sie selbst zu synthetisieren. Obwohl es also notwendig ist, dass ein autarker Organismus über die Enzyme verfügt, um die 20 Aminosäuren des genetischen Codes zu synthetisieren, sind diese beim Menschen nicht alle vorhanden. Ich würde vorschlagen, dass wir „Les Immortels“ auf autarke Organismen beschränken müssen.

Zweitens ist zu entscheiden, ob es sich um einen Satz von Genen zur Erfüllung einer Funktion handelt oder um einzelne Gene mit einer strukturellen Verwandtschaft in allen Lebewesen, die auf eine gemeinsame Identität schließen lässt. Zum Beispiel müssen alle zellulären Organismen (d. h. Viren ausgenommen) Ribosomen haben, um Proteine ​​zu synthetisieren, aber das Proteinkomplement dieser Ribosomen unterscheidet sich zwischen den Organismen. Daher können sich die ribosomalen Proteine, die zur Herstellung eines minimalen Mykoplasmas erforderlich sind, von denen unterscheiden, die in einem Bakterium vorhanden sind, wie z Escherichia coli, und wird sicherlich nicht für den Menschen üblich sein. Ich würde vorschlagen, dass wir uns für Letzteres entscheiden müssen.

Wenn man diese Entscheidung getroffen hat, würde man ein Team von Studenten dazu bringen, alle Gene im Genom von . zu entnehmen E coli (oder sogar eines Mycoplasmas) und führen BLAST-Suchen durch, um zu sehen, ob sie in repräsentativen Organismen vorhanden sind. Leider bin ich nicht mehr in der Lage, Bachelor-Studenten auf diese Weise zu quälen, also muss ich selbst eine Liste erstellen und andere ermutigen, sie zu ergänzen (oder zu streichen).

Die Liste - ein Anfang

Die Gene für die DNA-Replikation, die Transkription von RNA und die Proteinsynthese bilden hier die niedrig hängende Frucht. Mein Bereich ist (früher) die Proteinsynthese, also fange ich dort an:

Proteinsynthese

Große und kleine Untereinheit und ribosomale 5S-RNAs (3)

Ribosomale Proteine ​​(≤32)

Proteinsynthesefaktoren - EF1, EF2, IF1 und möglicherweise andere

Aminoacyl-tRNA-Synthetasen (20?)

tRNAs? - aber alles, was konserviert ist, ist wahrscheinlich das Anticodon (und manchmal nicht einmal das)

Hilfsenzyme für die Proteinsynthese:

Pseudouridin-Synthase

rRNA-Methylasen?

DNA-Synthese

DNA-Polymerasen der B-Familie?

RNA-Synthese

? Evolutionär verwandt, aber kompliziert wegen der Natur aus mehreren Untereinheiten

Aber wenn die DNA-Synthese ein Problem ist, sind die Reaktionen, die von RNA zu DNA führen, sicherlich nicht:

Enzyme des Nukleotidstoffwechsels

Ribonukleotidreduktase (zwei Untereinheiten)

Thymidylat-Synthase

Uracil-DNA-Glykosylase?

Tetrahydrofolatreduktase?

Enzyme für die Umwandlung von Nukleotiden - Adenylatkinase? Nukleosid-Diphosphat-Kinase?

Stoffwechsel

Dies erfordert einiges an Arbeit. Man kann weder aeroben noch anaeroben Metabolismus spezifizieren, aber in beiden Fällen braucht man Oxido-Redukto-Enzyme. Enzyme des Hexosestoffwechsels - Hexokinase? Enzyme zur Metabolisierung wichtiger Zwischenprodukte wie Glutamat und Glutamin sowie Enzyme zur Einführung verschiedener Gruppen in synthetische Prozesse. Dies könnte ein interessantes Crowd-Sourcing-Projekt oder, falls dies nicht der Fall ist, ein Spiel für Ihre nächste Biochemie-Weihnachtsfeier werden.


Diese Aussage ist ungefähr richtig.

Nach den Daten in Zhang, 2018, wie sie der Autor Alex P.R. Phillips grafisch illustriert, gibt es 307 gemeinsame essentielle Gene in den drei Lebensbereichen. Diese Zahl zeigt keine gemeinsamen nicht-essentiellen Gene - und ich würde bezweifeln, wie "unessentiell" ein Gen wirklich ist, wenn es seit dem letzten gemeinsamen Vorfahren allen Lebens in mehreren Gruppen konserviert wurde! Darüber hinaus umfasst diese Zahl nur große Modellorganismen und es gibt wahrscheinlich einige, die in anderen Mitgliedern jeder Domäne vorhanden sind. Beachten Sie, dass es sich bei der zitierten Aussage nur um "500 Gene, die in allen Lebensbereichen vorkommen". Es heißt nicht, dass sie bei einigen Arten nicht verloren und ersetzt werden können.

Das oben zitierte Papier ist kostenlos, und wenn Sie die Geduld haben, sollten Sie meiner Meinung nach in der Lage sein, die aktualisierte Liste all dieser Gene in den ergänzenden Daten durchzugehen.


Es scheint wahrscheinlich, dass Carrolls Behauptung unwahr ist, tatsächlich gibt es eine viel kleinere Anzahl von Genen, die zwischen Organismen geteilt werden, und Gene, die Kernfunktionen bereitstellen, scheinen in vielen Fällen eine unabhängige Evolutionsgeschichte zu haben (Quelle).

Es ist bedauerlich, dass Carroll keine Referenz für diese Behauptung liefert, daher weiß ich nicht, woher er seine Daten hat, aber das Buch wurde 2006 geschrieben, was noch in den Kinderschuhen der gesamten Genomsequenzierung steckt, also könnte dies die Ursache für den Fehler sein . Trotzdem wiesen 2003 Hinweise auf eine viel geringere Zahl hin, und selbst die frühesten Genomvergleichspapiere (z. B. hier) fanden keine Konservierung in der von Carroll vorgeschlagenen Größenordnung.

Anstelle von "ungefähr 500" unsterblichen Genen scheint es also eine viel kleinere Anzahl von Genen zu geben, die sowohl allen Lebewesen gemeinsam sind als auch die Evolutionsgeschichte teilen, vielleicht 30 oder so, und denken Sie daran, diese Zahlen können nur so lange sinken, wie wir mehr Arten sequenzieren, so dass es durchaus möglich ist, dass es welche gibt Nein Gene, die universell sind und in allen Organismen eine gemeinsame Evolutionsgeschichte aufweisen.

Sie fragen sich vielleicht, wie das passieren kann, wenn es so viele Kernfunktionen gibt, die eine Zelle sicherlich haben muss, um zu funktionieren. Die Antwort scheint zu sein, dass sich neue Gene entwickeln, die diese Funktionen ausführen können, vielleicht spezialisiert sind, um unter bestimmten Bedingungen zu funktionieren, und der Organismus - eine Zeit lang - beide Versionen des Gens trägt, bis er schließlich in einigen Abstammungslinien das ursprüngliche Gen verliert. Sie können dieses Evolutionsmuster in Organismen sehen, in denen ein Enzym in zwei Formen bekannt ist und einige das eine oder das andere tragen, während andere beides tragen (hier finden Sie Details zu einem solchen Beispiel).


Schau das Video: From DNA to protein - 3D (September 2022).