mns2012 (mns2012) wrote in biosemiotics,
mns2012
mns2012
biosemiotics

GPuccio: Ответ на возражение о неполном просмотре пространства поиска и на усмешки оппонентов

Это окончание большой статьи Giuseppe Puccio на uncommondescent.com. Перевод и редактура мои: mns2012.

Предыдущие части:

Как я уже говорил, альтернативные целевые состояния и непосчитанные иголки в стогах сена почему-то особенно веселят комментатора DNA_Jock. Ну что ж, я рад за него и тем более потому, что смех иногда полезен для умственного и физического здоровья. Но является ли его смех оправданным в данном случае?

Ещё раз процитирую его комментарий о том, что ему весело. А затем я прокомментирую эту цитату.

Всякий раз, когда ID-шники утверждают, что ЭТОТ белок с ЭТОЙ степенью ограничений - единственная возможность обеспечить [интересующую функцию], последующие события показывают, что они неправы. OMagain получает удовольствие от высмеивания аргументов ID о (единственном) бактериальном жгутике; John Walker и Praveen Nina смеются по поводу утверждений о единственности АТФ-азы; Anthony Keefe и Jack Szostak смеются над АТФ-связыванием; и вот теперь Corneel и я смеёмся по поводу лигазы убиквитина: множество лигаз может убиквинировать заданную цель, а поэтому предположение ID о единственности является ложным. Другие лигазы, у которых общая цель, являются “другими пиками”. Это и есть ошибка техасского стрелка.

Я не буду затрагивать бактериальный жгутик, потому что к тому, что мы сейчас обсуждаем, он не имеет прямого отношения. Я проанализирую другие три пункта, вызвавшие смех у DNA_Jock:

  • белок, связывающий АТФ, идентифицированный биологами Szostak и Keefe

  • АТФ-синтаза (не АТФ-аза)

  • E3 лигазы


Szostak и Keefe не до смеха. Я уже обсуждал их статью много раз. Это статья о том, как из белка, слабо связывающего АТФ, получают белок, сильно связывающий АТФ, присутствующий в библиотеке случайных белковых строк, методом так наз. направленной эволюции (что само по себе является оксюмороном, но тем не менее - Прим. перев.). В эксперименте искусственно отбираются нужные исследователям мутации. Важным обстоятельством является то, что ни исходный белок, ни белок, являющийся целью искусственного отбора, неспособны быть отобраны в естественных условиях (так как не влияют на фитнес-функцию).

В самом деле, в контексте жизнедеятельности клетки белок, единственная функция которого состоит в связывании АТФ, не является полезным с точки зрения репродуктивного преимущества. Эмпирические доказательства этому факту можно найти вот здесь:

A Man-Made ATP-Binding Protein Evolved Independent of Nature Causes Abnormal Growth in Bacterial Cells

http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0007385

Здесь ничего смешного нет: целевой белок является продуктом целенаправленного дизайна и не является ни пиком, ни впадиной (в терминологии DNA_Jock) в пространстве поиска, потому что не подпадает под действие естественного отбора.

Разберём теперь АТФ-синтазу.

DNA_Jock как-то сказал следующее:

Они [ID-шники] делают ещё одну ошибку (как указывал комментатор Entropy), не рассматривая необычные ATФ-азы (Nina et al).

И после этого он сослался на эту публикацию (далее Nina et al):

Highly Divergent Mitochondrial ATP Synthase Complexes in Tetrahymena thermophila

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2903591/

А далее он смеялся, предположительно вместе с Nina et al. Я уже объяснял, что существование синонимов сложной функции (в данном случае, постройки АТФ) не аннулируют вывод о дизайне сложной функции. Однако действительно ли эти альтернативные целевые состояния существуют?

И да, и нет.

Что касается моих тезисов, то нет, конечно (по крайней мере, не существует эмпирических тому доказательств). Почему?

Потому что я вот уже много лет (и это легко проверить) основываю свою аргументацию на альфа- и бета-цепочках АТФ-синтазы, основных составляющих субъединицы F1, где реализована каталитическая функция.

АТФ-синтаза – это очень сложная молекула, состоящая из различных цепочек и двух основных мультипротеиновых субъединиц. Я всегда обсуждал только альфа- и бета-цепочки, потому что они очень сильно консервативны от прокариот до человека.

Другие цепочки тоже консервативны, но гораздо менее этих. Я никогда не использовал их в своих рассуждениях: я не анализировал их с помощью BLAST и не делал по ним никаких выводов относительно дизайна. Каждый, кто хочет, может проверить это по моим публикациям.

Nina et al говорят о другом целевом состоянии для АТФ-синтазы, которое наблюдается у некоторых одноклеточных эукариот. Процитирую абстракт этой статьи:

The F-type ATP synthase complex is a rotary nano-motor driven by proton motive force to synthesize ATP. Its F1 sector catalyzes ATP synthesis, whereas the Fo sector conducts the protons and provides a stator for the rotary action of the complex. Components of both F1 and Fo sectors are highly conserved across prokaryotes and eukaryotes. Therefore, it was a surprise that genes encoding the a and b subunits as well as other components of the Fo sector were undetectable in the sequenced genomes of a variety of apicomplexan parasites. While the parasitic existence of these organisms could explain the apparent incomplete nature of ATP synthase in Apicomplexa, genes for these essential components were absent even in Tetrahymena thermophila, a free-living ciliate belonging to a sister clade of Apicomplexa, which demonstrates robust oxidative phosphorylation. This observation raises the possibility that the entire clade of Alveolata may have invented novel means to operate ATP synthase complexes.

Полужирный шрифт мой.

Как легко видеть, у рассматриваемых одноклеточных наблюдается другая форма АТФ-синтазы, выполненная на похожей архитектуре, но всё-таки отличной от основной, использующей другие цепочки. Это очень интересный случай. Однако указанное отличие не касается альфа- и бета-цепочек субъединицы F1, о чём говорил я. Нужно иметь в виду, что субъединицы a и b, о которых говорится у Nina et al, и альфа- и бета-цепочки - разные вещи.

Из статьи:

The results revealed that Spot 1, and to a lesser extent, spot 3 contained conventional ATP synthase subunits including α, β, γ, OSCP, and c (ATP9).

Иначе говоря, эта “другая” АТФ-синтаза использует те же самые альфа- и бета-цепочки, что и у основной АТФ-синтазы.

Чтобы в этом убедиться самому, я прогнал их через BLAST в сравнении с человеком. Вот результаты:

ATP synthase subunit alpha, Tetrahymena thermophila, (546 AAs) Uniprot Q24HY8, vs ATP synthase subunit alpha, Homo sapiens, 553 AAs (P25705)

Bitscore: 558 bits Identities: 285 Positives: 371

ATP synthase subunit beta, Tetrahymena thermophila, (497 AAs) Uniprot I7LZV1, vs ATP synthase subunit beta, Homo sapiens, 529 AAs (P06576)

Bitscore: 729 bits Identities: 357 Positives: 408


То есть это те же самые формы, которые мы наблюдаем во всех организмах и которые я приводил в обосновании моего тезиса о дизайне. Поэтому мы не можем утверждать, что в случае a и b субъединиц, обсуждаемых в Nina et al, мы имеем экспериментальные данные, позволяющие говорить об альтернативных оптимумах. Но даже если бы эти альтернативные пики (или впадины, кому как нравится) действительно наблюдались, это никак не повлияло бы на корректность вывода о дизайне альфа- и бета-цепи, о чём мы уже говорили выше.

Так что здесь нет какого-то особенного повода для смеха.

И, наконец, E3-лигазы. По поводу лигаз, DNA_Jock готов смеяться и ссылается на эту замечательную статью:

Systematic approaches to identify E3 ligase substrates

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5103871/

Комментатор DNA_Jock полагает, и в этом его поддержали другие участники обсуждения на форуме The Skeptic Zone, что эта статья демонстрирует, что рассмотренные E3-лигазы не являются какими-то специфическими белками, потому что один и тот же субстрат связывают несколько E3-лигаз.

В статье утверждается следующее:

Significant degrees of redundancy and multiplicity. Any particular substrate may be targeted by multiple E3 ligases at different sites, and a single E3 ligase may target multiple substrates under different conditions or in different cellular compartments. This drives a huge diversity in spatial and temporal control of ubiquitylation (reviewed by ref. [61]). Cellular context is an important consideration, as substrate–ligase pairs identified by biochemical methods may not be expressed or interact in the same sub-cellular compartment.

Я уже обсуждал (под моей статьёй об убиквитине), что факт связывания субстрата несколькими E3-лигазами в разных местах первичной структуры субстрата или даже в различных субклеточных компартментах, явно свидетельствует об их сложной специфичности. Если две или более лигазы связывают один и тот же субстрат, это ещё не значит, что здесь происходит дублирование одного и того же. Напротив, они связывают его в различных местах, по-разному, в разных контекстах и для разных целей. Эта статья, хотя она действительно очень интересна, занимается вопросом степени химической аффинности белковых взаимодействий, а не выявлением функций как таковых.

Сказанного мной должно быть достаточно, чтобы прекратить все эти смешки. Тем не менее, я намерен обсудить ещё одну важную вещь. Если бы E3 лигазы были и в самом деле столь избыточны, как утверждают DNA_Jock со товарищи, то потеря функциональности отдельной лигазы не была бы критична. Но что же происходит в реальности? Давайте просмотрим несколько статей как раз по этому вопросу (немного, чтобы не удлинять и без того длинную статью):

The multifaceted role of the E3 ubiquitin ligase HOIL-1: beyond linear ubiquitination.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26085217

HOIL-1 has been linked with antiviral signaling, iron and xenobiotic metabolism, cell death, and cancer. HOIL-1 deficiency in humans leads to myopathy, amylopectinosis, auto-inflammation, and immunodeficiency associated with an increased frequency of bacterial infections.

WWP1: a versatile ubiquitin E3 ligase in signaling and diseases.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22051607

WWP1 has been implicated in several diseases, such as cancers, infectious diseases, neurological diseases, and aging.

RING domain E3 ubiquitin ligases.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19489725

RING-based E3s are specified by over 600 human genes, surpassing the 518 protein kinase genes. Accordingly, RING E3s have been linked to the control of many cellular processes and to multiple human diseases. Despite their critical importance, our knowledge of the physiological partners, biological functions, substrates, and mechanism of action for most RING E3s remains at a rudimentary stage.

HECT-type E3 ubiquitin ligases in nerve cell development and synapse physiology.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25979171

The development of neurons is precisely controlled. Nerve cells are born from progenitor cells, migrate to their future target sites, extend dendrites and an axon to form synapses, and thus establish neural networks. All these processes are governed by multiple intracellular signaling cascades, among which ubiquitylation has emerged as a potent regulatory principle that determines protein function and turnover. Dysfunctions of E3 ubiquitin ligases or aberrant ubiquitin signaling contribute to a variety of brain disorders like X-linked mental retardation, schizophrenia, autism or Parkinson’s disease. In this review, we summarize recent findings about molecular pathways that involve E3 ligasesof the Homologous to E6-AP C-terminus (HECT) family and that control neuritogenesis, neuronal polarity formation, and synaptic transmission.

И ещё одна недавняя статья, которую я очень рекомендую посмотреть тем, кто серьёзно интересуется проблемой специфичности системы убиквитина:

Specificity and disease in the ubiquitin system

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5264512/

Abstract

Post-translational modification (PTM) of proteins by ubiquitination is an essential cellular regulatory process. Such regulation drives the cell cycle and cell division, signalling and secretory pathways, DNA replication and repair processes and protein quality control and degradation pathways. A huge range of ubiquitin signals can be generated depending on the specificity and catalytic activity of the enzymes required for attachment of ubiquitin to a given target. As a consequence of its importance to eukaryotic life, dysfunction in the ubiquitin system leads to many disease states, including cancers and neurodegeneration. This review takes a retrospective look at our progress in understanding the molecular mechanisms that govern the specificity of ubiquitin conjugation.

Заключительные замечания статьи

Our studies show that achieving specificity within a given pathway can be established by specific interactions between the enzymatic components of the conjugation machinery, as seen in the exclusive FANCL–Ube2T interaction. By contrast, where a broad spectrum of modifications is required, this can be achieved through association of the conjugation machinery with the common denominator, ubiquitin, as seen in the case of Parkin. There are many outstanding questions to understanding the mechanisms governing substrate selection and lysine targeting. Importantly, we do not yet understand what makes a particular lysine and/or a particular substrate a good target for ubiquitination. Subunits and co-activators of the APC/C multi-subunit E3 ligase complex recognize short, conserved motifs (D [221] and KEN [222] boxes) on substrates leading to their ubiquitination [223–225]. Interactions between the RING and E2 subunits reduce the available radius for substrate lysines in the case of a disordered substrate [226]. Rbx1, a RING protein integral to cullin-RING ligases, supports neddylation of Cullin-1 via a substrate-driven optimization of the catalytic machinery [227], whereas in the case of HECT E3 ligases, conformational changes within the E3 itself determine lysine selection [97]. However, when it comes to specific targets such as FANCI and FANCD2, how the essential lysine is targeted is unclear. Does this specificity rely on interactions between FA proteins? Are there inhibitory interactions that prevent modification of nearby lysines? One notable absence in our understanding of ubiquitin signalling is a ‘consensus’ ubiquitination motif. Large-scale proteomic analyses of ubiquitination sites have revealed the extent of this challenge, with seemingly no lysine discrimination at the primary sequence level in the case of the CRLs [228]. Furthermore, the apparent promiscuity of Parkin suggests the possibility that ubiquitinated proteins are the primary target of Parkin activity. It is likely that multiple structures of specific and promiscuous ligases in action will be required to understand substrate specificity in full.

В заключение нашего долгого разговора обсудим заявление дарвинистов о том, что просмотр всего пространства состояний в процессе эволюционного поиска решений не является необходимым. Это ещё один аргумент сторонников неодарвинистской парадигмы в вопросе генезиса белковой функции.

У нас имеется порядка 2000 белковых суперсемейств (кластеров), совершенно самостоятельных и не связанных между собой на уровне первичной структуры (белковых строк). Этот факт свидетельствует о том, что функциональные строки не "привязаны" к какой-то одной области пространства поиска.

Более того, нейтральные вариации в некодирующих участках строк и в нефункциональных строках могут направлять поиск куда угодно без наложения функциональных ограничений. Неодарвинисты признают тот факт, что часть генома является некодирующей, не так ли? А как мы видели при обсуждении убиквитина, множество новых генов появляется из некодирующих участков.

Поэтому у нас нет причин сомневаться в том, что для реализаций всех этих белковых семейств функциональное пространство должно было быть просмотрено целиком. Но проблема для дарвинистов в том, что случайным блужданием с помощью нейтральных вариацияй можно просмотреть лишь близлежащие области пространства вследствие ограниченности времени, доступного такому процессу.

Итак, эмпирические данные о распределении белковой функции по пространству поиска не дают оснований полагать, что какая-то превилигированная часть пространства скрыта от действия случайных вариаций. В то же время, не вызывает сомнений и то, что вероятностные ресурсы в смысле случайных вариаций, находящиеся в распоряжении эволюции, ограничены. Действительно, за ограниченное время даже при самых благоприятных для неё предположениях эволюция могла просмотреть лишь часть пространства поиска, да и то несистематически.

Это похоже на то, как шарики перемещаются по горизональному игровому полю с отверстиями, как мы видели в предыдущей части нашего большого обсуждения. Шарик, конечно, может случайно закатиться в отверстие (что будет моделировать нахождение функционального белка случайным эволюционным блужданием). Шарики имеют возможность двигаться через все участки поля, однако в реальности шариков мало, а поле игры весьма велико. Поэтому число действительно реализованных траекторий шариков будет ограничено. Следовательно, нахождение очень малого отверстия (моделирующего глобальный оптимум) в реальности – очень маловероятное событие. Нет оснований полагать при этом, что малые отверстия не разбросаны по полю, что и подтверждается существованием несвязанных кластеров решений.

В результате наших рассуждений становится очевидно, что неверно думать, что сложная функция как-то компактно расположена в отдельном заветном регионе пространства состояний и что стоит эволюции набрести на эту область, то все проблемы разрешаются сами собой. Решения задачи оптимизации функции можно отыскать при желании в разных и далеко отстоящих друг от друга областях пространства поиска, но нахождение очень малых отверстий, которые соответствуют в нашей аналогии искомым глобальным оптимумам функции, случайным эволюционным блужданием по игровому полю (при всех благоприятных предположениях в пользу эволюции) чрезвычайно маловероятно.

И тем не менее, мы наблюдаем вот эти 2000 высокофункциональных кластеров.

Скорость появления новых кластеров белков была наибольшей на начальном этапе естественной истории (например, в позднейшем общем предке LUCA* должно было наблюдаться относительно большое количество новизны), когда, вероятно, могла быть просмотрена сравнительно малая часть пространства поиска. Затем скорость появления новизны постоянно снижалась, став очень низкой за последние несколько сот миллионов лет*. Совсем не этого следовало бы ожидать, если бы проблема отыскания новых функциональных островов сводилась к тому, какая часть пространства поиска была бы просмотрена, и если бы это пространство было напичкано целевыми состояниями, достижимыми естественным отбором, как полагают неодарвинисты.

---
*Автор – сторонник идеи общего происхождения от единого предка с модификацией (включая искусственную модификацию, то есть дизайн), а также распространённых представлений о возрасте Земли. Прим. перев.

Этого, думаю, достаточно. Статья получилась очень длинной. Но я думаю, стоило потратить время на подробное обсуждение столь важных и связанных друг с другом вопросов в одной статье.
Tags: gpuccio, intelligent design, функциональная информация, функциональная сложность
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 0 comments