Biologi låter som ett komplicerat ämne för många människor och det stämmer på flera sätt. Men en stor del av kunskapen inom biologi, eller i alla fall molekylärbiologi, bygger på en väldigt simpel princip som kallas “molekylärbiologins centrala dogm” – främst för att det låter coolt.
Denna centrala dogm skissades redan 1957 av Francis Crick [1]. Det är teorin som förklarar hur livet fungerar, allt från från små bakterier, växter och djur, till människor. Det finns skillnader mellan organismer men huvudtanken är densamma för alla. Vi kommer att prata om människor bara för att det är lättare att förhålla sig till.
Våra kroppar består av celler. Dina ben, dina muskler, din hjärna etc är alla bildade av celler. Celler från olika delar av kroppen kan vara ganska olika från varandra (men det kan diskuteras i ett annat inlägg). Ändå har de alla några gemensamma grundläggande komponenter och en av dessa är cellkärnan som innehåller allt DNA.
All information som en organsim behöver för att fungera finns i dessa DNA-molekyler (eller deoxiribonukleinsyra molekyler), man kan tänka på de som en instruktionsbok för cellerna. Det är kodat med ett slags alfabete som har fyra bokstäver som är tillräckligt för att kunna skapa alla livsformer. Men innan cellen kan tolka informationen så måste den ändra format från DNA till RNA (ribonukleinsyra). Transformationen från DNA till RNA kallas transkription. Tänk på det som att “skriva om” en specifik del av manualen som behövs för tillfället och skicka den ut som en order eller en uppgift. Sedan lämnar RNAt kärnan och läses av små molekyler som kallas ribosomer som tillverkar proteiner enligt manualen. Processen för proteinbildning kallas translation och används som att översätta DNA och RNA “språket” till “protein språket”. Protein alfabetet består av 20 “bokstäver” som kallas aminosyror. En aminosyra-kedja som är samlad och veckad bildar ett protein. Det är proteiner som gör det riktiga jobbet i kroppen som exempelvis det jobbet våra muskler kan göra med hjälp av två proteiner: aktin och mysoin.
Molekylärbiologins centrala dogm var revolutionerande och förändrade vårt sätt att första livet [1]. För första gången förstod forskare relationer mellen de vanligaste molekylerna (DNA, RNA och proteiner). Men denna teori var ganska spekulativ på denna tid då transkription och translation är mer komplext en vår förenklade version.
Crick skapade sin teori och nämnde ett undantag – retrovirus (till exempel HIV: humant immunbristvirus). På den tiden kunde han inte bevisa sin teori men det visade sig senare vara sant [1].
Retrovirus använder RNA som sitt grundläggande genetiska material och kan kopiera informationen från RNA till DNA i en process som kallas omvänd transkription [2]. På grund av denna process kan virus omvandlar alltså sitt RNA till DNA och kan då kapa cellers maskineri och föröka sig.
Replikation är en process för att göra två identiska kopior av DNA från en DNA-molekyl. När vi växer ökar antalet celler i kroppen. För att celler ska kunna göra sitt jobb ordentligt måste “manualen” (DNA) överföras till varje ny cell. Replikation [3], [4] säkerställer att föröka antalet DNA-kopior så att varje ny cell kan få en. Den centrala dogmen säger att DNA är den huvudsakliga replikerande molekylen, även om RNA också kan replikeras (som i retrovirus, men processen kan också spela roll hos människor [5]). Enligt Cricks teori kan proteiner inte replikeras. Celler kan inte göra ett protein baserat på ett annat protein – de behöver alltid RNA. Vi kan för tillfället sammanfatta molekylärbiologins centrala dogm enligt följande (streckade linjer indikerar mindre vanliga processer):
Biologin är full av överraskningar och oväntade fenomen fortsätter att dyka upp. I vissa fall kan deras tolkning tyckas motsäga den centrala dogmen. Till exempel upptäckten av prioner [6]: dessa felaktigt vikta proteiner kan ändra formen på redan existerande, “normala” proteiner. De är ansvariga för många sjukdomar [7], till exempel galna ko-sjukan. Vissa forskare ser det som ett sätt att replikera information på proteinnivån [6].
Ett annat exempel kommer från epigenetiken – ett vetenskapsområde som studerar mekanismer som styr genuttryck utan att förändra DNA-sekvensen (du kan föreställa dig det som att ge eller ta bort åtkomst till vissa delar av vår bruksanvisning). En av dessa mekanismer är proteiner som kan kontrollera DNA-fragmentet som faktiskt uttrycks (dvs. används av cellen). Det kan användas för att hävda att information kan gå bakåt i den ursprungliga centrala dogmen [8]. Ändå har en vetenskaplig konsensus inte nåtts ännu, och den centrala dogmen fortsätter att vara nyckeln till vår förståelse av livet på molekylnivå.
Den centrala dogmen är inte bara viktig för biologi utan också för att förstå namnet på vår blogg! Precis som vissa molekyler i cellen överför information från DNA, så att den kan förstås av ribosomerna, vill vi förklara vetenskapen på ett enkelt sätt, så att det kan förstås av alla. Därför ser vi oss själva som transkriptomet (uppsättningen av alla RNA-molekyler inuti cellen). Den enda skillnaden är att i stället för information från DNA, gör vi vetenskapen i ett mer tillgängligt format!
References:
1. Cobb, M. 60 years ago, Francis Crick changed the logic of biology. PLOS Biology 15 (2017).
2. Fang, J.M.C.a.H. The Discovery of Reverse Transcriptase. Annual Review of Virology 3, 29-51 (2016).
3. Cooper, G.M. in The cell: a molecular approach, Edn. 2nd (Sunderland(MA): Sinauer Associates, 2000).
4. Pray, L.A. Major Molecular Events of DNA Replication. Nature Education 1 (2008).
5. Ahlquist, P. RNA-Dependent RNA Polymerases, Viruses and RNA silencing. Science 296, 1270-1273 (2002).
6. Reid, M.D.Z.a.C. A brief history of prions. Pathogens and Disease 73 (2015).
7. Geschwind, M.D. Prion Diseases. Continuum (Minneapolis, Minn.) 21, 1612-1638 (2015).
8. Koonin, E.V. Does the central dogma still stand? Biology Direct 7 (2012).
