Genomi "äärettömän paljon odotettua kompleksisempi".

 

  Darwinistien mielestä elämän alku oli yksinkertainen, ja he ennustivat, että protoplasma olisi yksinkertainen ja DNA:n käsikirjoitus olisi yksinkertainen. Myös geneettisen koodin alkuperä olisi yksinkertainen, joten vertaileva genomiikkakin olisi yksinkertaista ja voisimme jäljittää evoluution alun geeneistä. He myös päättelivät, että elämä olisi täynnä mutaatioiden ja luonnonvalinnan tuottamaa roskaa (surkastuneet elimet, roska-DNA).

  "Nyt - kymmenen vuoden kuluttua ihmisen genomin selvittämisestä - tiedämme, että biologinen järjestyneisyys on paljon mutkikkaampaa, kuin tiedemiehet odottivat", kirjoitti Erika Check Hayden Nature -lehden uutiskatsauksissa tämän vuoden maalis- ja huhtikuun numeroissa.

  Tuo kompleksisuus tulee hänen artikkelissaan esiin hyvin vahvasti. Genomiprojekti oli yksi suurimmista 20. vuosisadan tieteellisistä tutkimuksista. Jotkut ovat verranneet sitä Manhattan-projektiin tai Apollo-ohjelmaan. DNA-sekvenssin 'kirjainten' lukeminen oli ikävää ja vaivalloista puuhaa. Nykyiset ongelmat puolestaan liittyvät sen tulkintaan. Hätäisesti kaikkialta kerätty genomitieto on tehnyt selväksi yhden asian: sekvenssointi ja muut uudet tekniikat tämän datan käsittelyssä osoittavat biologisen monimutkaisuuden tarkempien tutkimusten myötä vain kasvavan, kirjoittaa Hayden.
  Vaikka geneetikot odottivat löytävänsä ihmisen genomista noin 100 000 geeniä, lukumäärän jäädessä vain noin 21 000:een, niiden myötä tuli suurena yllätyksenä ylimääräisiä pieniä RNA-molekyylejä järjestyneinä dynaamiseen, mieltä hätkähdyttävään vuorovaikutusverkostoon. Hayden vertasi niitä Mandelbrot- fraktaaleihin, jotka näkyvät sitä monimutkaisempina, mitä lähemmin niitä tarkastellaan.

  "Kun aloitimme, ajatuksena oli, että signaalien kulkutiet ovat selkeän yksinkertaisia ja lineaarisia," sanoo solubiologi Tony Pawson Toronton yliopistosta. "Nyt tajuamme, että solujen tiedonsiirto on organisoitunut pikemminkin informaatioverkostoksi kuin yksinkertaisiksi erillisiksi poluiksi. Se on äärettömän paljon monimutkaisempi."

  Hayden myönsi, että 'roska-DNA' paradigma on särkynyt pirstaleiksi. "Vain kymmenen vuotta genomibiologian alkamisen jälkeistä aikaa on paljastanut tämän asian", hän sanoi.

  "Biologian uusi tieto ei-koodaavasta DNA:sta - mitä on sanottu roska- DNA:ksi - on ollut kiehtovaa ja hämmentävää. Jos se olisi roskaa, miksi ihmiskeho tulkitsisi siitä 74-93 prosenttia? Nämä ei-koodaavat alueet tuottavat ylettömän määrän RNA:ta ja se, miten ne vuorovaikuttavat toistensa ja DNA:n kanssa, oli täysin odottamatonta projektin alkaessa."

 Näiden seikkojen toteaminen häivyttää joitakin aiempia genomiprojektin naiviuksia. Kuten odotukset, että että voisimme "selvittää kaikki mysteerit evoluutiosta sairauksien alkuperään, voisimme ennustaa syöpäsairaudet ja jäljittää evoluution polut geneettisestä koodista. Näin oli 1990-luvulla." Biologi ja matemaatikko Joshua Plotkin Pensylvanian yliopistosta sanoi:

  "Pelkästään näiden eksoottisten säätäjien olemassaolo osoittaa, että käsityksemme useimmista perusasioista - kuten miten solun toiminta kytkeytyy päälle ja pois - oli uskomattoman naivi."

  Geneetikko Leonid Kruglyak Princetonin yliopistosta, kommentoi tätä ennenaikaista tunnetta, että tieto puhuisi puolestaan.

  "On melkoista naiviutta ajatella, että jokainen prosessi ... voitaisiin ennustaa vain keräämällä suuri määrä tietoa ja ajamalla se läpi tietokone-ohjelmalla ja sitten ymmärtää mitä yleisesti tapahtuu."

  Uuden tiedonalan - systeemibiologian - oletettiin auttavan tutkijoita saamaan järkeä kompleksisuuteen. Toiveena oli, että luetteloimalla kaikki soluverkon vuorovaikutukset, joko yhdessä solussa tai soluryhmässä ja sijoittamalla ne tietokone-ohjelmaan, biologit voisivat saada tietoja siitä, miten biologiset rakenteet sisäisesti toimivat.
  Genomiprojektin jälkeisten vuosien huumassa syysteemibiologit aloittivat pitkän listan projekteja rakentaakseen strategioitaan, yrittäen mallintaa hiivasolujen, E. coli -bakteerin, maksan ja jopa 'virtuaalisen ihmisen' biologisia toimintoja. Tähän mennessä kaikki nämä yritykset ovat törmänneet samaan kovaan kallioon: ei ole mitään keinoa koota kaikkea relevanttia dataa jokaisesta malliin sisältyvästä vuorovaikutuksesta.

  Verkkoteoria on nyt uusi paradigma, joka on korvannut yksioikoisen lineaarisen tiedonsiirron geenien ja RNA -proteiinien välillä. Sitä sanotaan nyt genetiikan "keskeiseksi dogmaksi". Kaikki nähdään nyt dynaamisena, promoottorien ja vastavaikuttajien prosessina hämmentävän monimutkaisessa signaalinsiirrossa.

  Biologit erehtyivät yleisesti olettaessaan, että lisääntyvä datatieto voisi tuoda lisää ymmärrystä. Jotkut jatkavat yhä työtä pohjalta lähtien, uskoen, että siellä piilee jokin yksinkertaisuus, mikä lopulta paljastuu. Eräs tutkija, joka ennusti, että hiivasienen genomi ja sen vuorovaikutukset olisi ratkaistu vuoteen 2007 mennessä, on asettanut uuden tavoitteensa muutaman vuosikymmenen päähän. Hayden viittaa lopuksi "tämän kauniin biologisen mallin Mandelbrot- kaltaiseen mutkikkuuteen" ja toteaa: "Biologia on monimutkaista, ja se on osa sen kauneutta!"

 
 
07.04.2010