¿Cómo puede el ADN no codificante ser, al mismo tiempo, funcional (como en el genoma) y no funcional (ya que es extremadamente poco probable que codifique proteínas funcionales)?

Esta pregunta se planteó recientemente en Peaceful Science, un sitio de discusión que busca promover el diálogo entre ateos, evolucionistas teístas y defensores del diseño inteligente. (Su éxito es mixto. Los defensores del Diseño Inteligente a menudo se sienten como Aragorn en la última batalla). Es una buena pregunta. Salió de una conversación sobre genes huérfanos, donde argumentaba que el ADN no codificado era extremadamente improbable que diera lugar a una nueva secuencia codificadora con cualquier función. Sin embargo, los proponentes del DI afirman todo el tiempo que la mayoría del genoma es funcional. ¿Cómo puede la secuencia ser funcional y no funcional al mismo tiempo? La respuesta gira en dos cosas. El significado de «función» y claridad sobre lo que se está examinando.

Había estado tratando de explicar los resultados de Douglas Axe al grupo de participantes, la mayoría de los cuales no estaban de acuerdo. Según Axe, las secuencias que pueden producir una proteína funcional, es decir, una proteína capaz de llevar a cabo una reacción enzimática, son extremadamente raras. (Pueden ser raras en número y / o raros en la medida en que se separan en el espacio de secuencia).

Imagina una bóveda de banco
Piense en una situación en la que tenga que descifrar el código en una bóveda bancaria, con muchos diales en el código, digamos 150, cada uno de los cuales especifica 1 de cada 10 dígitos. Si solo hay un código que funcionará, el número de secuencias posibles que se pueden probar es de 10150. Ahora diga que 100 secuencias de cada 10150 funcionarán. Eso reduce el número que tendrías que intentar. Ahora sería 10148.

¿Cual es la solución? Bueno, supongamos que había otro banco al lado, que tenía un código similar, de hecho, ¡con 125 de los diales idénticos! Y por casualidad conociste ese código. Ahora la información requerida es muy reducida. Tienes solo 1025 por conseguir. ¿Éxito probable? Y si tiene mucha suerte y conoce el código casi por completo, todos menos 3 marcaciones (quizás conozca al cajero o la persona que construyó la bóveda), definitivamente es más fácil romper el código. 103 = 10 x 10 x 10. Tienes muchas posibilidades de éxito.

El problema es peor para las proteínas. Tienen veinte aminoácidos posibles para cada posición en una proteína, por lo que el total de secuencias posibles para una proteína de 150 aminoácidos es de 20150.

No es posible realizar una búsqueda aleatoria a través de ese espacio completo de 20150, como sería imposible buscar en los 150 diales para encontrar el código bancario. Pero si las proteínas no están muy alejadas en el espacio de secuencia, como el código bancario donde casi todo el código era idéntico al código de otro banco, entonces las posibilidades de encontrar una secuencia que funcione mejoran enormemente.

Una ola de crímenes
Ahora considera una cosa más. Supongamos que de repente hubo robos a bancos en todas partes, y no fue por la fuerza. Los diales se habían girado a las combinaciones correctas. ¿Cuál sería tu inferencia? Yo diría que alguien conocía los códigos.

Por lo tanto, a menos que las secuencias funcionales sean fáciles de encontrar (muy comunes) y / o se agrupen (se puede acceder fácilmente de una isla funcional a otra), es imposible explicar la diversidad de proteínas actual sin diseño.

Voy a desglosar eso

  1. «A menos que las secuencias funcionales sean fáciles de encontrar (muy comunes), y / o se agrupen (se puede acceder fácilmente de una isla funcional a otra)»: estoy estableciendo las condiciones en las que podría ser posible encontrar una función.
  2. «Explicar la diversidad de proteínas actual sin diseño es imposible»: a menos que se cumplan las condiciones anteriores, es decir, que las secuencias funcionales sean fáciles de encontrar o agrupadas, no podremos encontrar secuencias funcionales, a menos que el diseño haya estado involucrado.

Ahora da la vuelta a la oración.

Es imposible explicar la diversidad de proteínas actual sin diseño, a menos que las secuencias funcionales sean fáciles de encontrar (muy comunes) y / o se agrupen (se puede acceder fácilmente de una isla funcional a otra).

Como consecuencia, si descubrimos que secuencias no codificantes aparentemente aleatorias han dado lugar a nuevos genes y proteínas en muchos genomas, que de hecho representan el 10-30 por ciento de los genomas analizados, ese resultado debería sorprendernos, dado lo que dije anteriormente. Pero todavía necesitamos evidencia adicional. Vea abajo.

Ahora para la otra mitad del problema o confusión aquí. En ENCODE, los científicos afirmaron que la mayoría de nuestro ADN era funcional, lo que significa que tenía algún signo de actividad bioquímica. Transcripción, metilación, un sitio para la unión al ADN, etc., cualquiera de estos se calificaría como funcional en algún sentido. Pero incluso los trabajadores de ENCODE admiten que no saben cuánto de esa «función» será significativa.

En el sentido de ENCODE, la mayor parte de la secuencia genómica es funcional, por lo que la secuencia funcional es común (20-80 por ciento era el rango original ofrecido). Solo recuerde lo que significa la función aquí: la función bioquímica, no la secuencia de codificación de proteínas funcionales.

Entonces, ¿cuál es?
Si el genoma es funcional en el sentido de ENCODE, eso concuerda con una parte del DI. Algunos de nosotros argumentamos que el genoma no sería basura. Esperamos algún tipo de función para la mayoría de ellos.

Pero ser funcional en el sentido bioquímico (à la ENCODE) no significa que sea fácil dar lugar a nuevos genes y proteínas. Cuando decimos que la secuencia funcional es rara en el espacio de secuencia, nos referimos a un tipo diferente de función y secuencia que en ENCODE. Nos referimos a una secuencia que puede tener la capacidad de llevar a cabo una reacción enzimática. Nuestra afirmación es que las proteínas elaboradas a partir de una secuencia aleatoria, rara vez tendrán algún tipo de actividad enzimática.

Es por eso que se desean pruebas experimentales. ¿Puede la secuencia aleatoria de ADN producir proteínas funcionales con actividad enzimática o no? Si los experimentos dicen que no, eso implica que algo más está sucediendo, porque vemos muchos genes de novo.

Sin embargo, tales experimentos pueden ser imposibles, debido a la incapacidad de probar la secuencia suficiente para manejar una posible pequeña señal. Probar un negativo siempre es difícil. Ninguno de los protocolos que conozco puede detectar suficientes secuencias para probar la hipótesis de Douglas Axe.

Sin embargo, si es fácil obtener una enzima funcional a partir de ADN aleatorio, si debería haber un resultado positivo, eso definitivamente argumentaría que los genes de novo pueden ser el producto de procesos naturales, y no necesariamente un diseño.

Como dije anteriormente, hay laboratorios que examinan esta cuestión de la dificultad de obtener una función enzimática de una secuencia aleatoria. Espero sus resultados.

Hay más de lo que se podría decir aquí, pero lo guardaré para otro momento.

Artículo originalmente escrito en inglés por Ann Gauger Ph.D.

Crédito de la foto: Jonathunder [CC BY-SA 3.0 o GFDL], a través de Wikimedia Commons.