Reviewer 1: Itai Yanai, Technion, Haifa, Israel
In diesem kurzen Manuskript, Koonin argumentiert, dass der wichtigste Aspekt der zentralen Dogma ist, dass es verbietet reverse-übersetzung. Koonin hat zuvor in dieser Zeitschrift über das Problem der Entwicklung von einer RNA-Welt zu einem Nukleinsäuresystem in Verbindung mit einem Proteinsystem geschrieben und bietet das anthropische Prinzip als eine Lösung an., Hier stellt er fest, dass der Übergang von einem digitalen zu einem analogen Informationssystem erfolgte. Dieser Übergang profitierte von einer Vielzahl von Variationen, die im Laufe der Zeit zu einer besseren Fitness führten, ging jedoch auch mit den Kosten einher, einen bidirektionalen Informationsfluss weitgehend zu verhindern. Dieser historische Kompromiss ist jetzt ein zentraler Aspekt der Biologie auf der Erde, und Koonin argumentiert, dass aus diesem Grund das zentrale Dogma tatsächlich als zentral angesehen werden sollte. Ich finde dieses Stück interessant und überzeugend; offensichtlich nur, weil das das Markenzeichen aller guten Ideen ist, sobald sie vorgeschlagen werden., Insbesondere freue ich mich sehr, dass Koonin ein Konzept, das von einem Molekularbiologen entwickelt wurde, in einen evolutionären Kontext stellt. Es drängt mich zu der Annahme, dass andere zentrale biologische Konzepte von einer solchen Neugestaltung profitieren würden.
Antwort der Autoren: Diese nachdenklichen, konstruktiven Kommentare werden sehr geschätzt.
Rezensent 2: Martin Lercher, Universität Düsseldorf
Das „Zentrale Dogma“ der Molekularbiologie vermutet die Unmöglichkeit, die Aminosäuresequenz eines Proteins wieder in eine Nukleinsäuresequenz umzuwandeln., (Nota bene: Ich habe Angst, „Dogma“ in einem wissenschaftlichen Kontext schreiben zu müssen, aber die falsche Bezeichnung ist geblieben.) In seinem Beitrag argumentiert Eugene Koonin überzeugend, dass der Ausschluss der umgekehrten Translation darauf zurückzuführen ist, dass die „analoge“ 3-D-Struktur von Proteinen nicht auf eine lineare Aminosäuresequenz zurückgeführt werden kann. Somit gehen“ digitale “ (=lineare Sequenz) Informationen bei der Proteinfaltung verloren und können nicht wiederhergestellt werden. Rückblickend erscheint es überraschend, dass dieses Thema bisher nicht mehr Beachtung gefunden hat–das Markenzeichen des ursprünglichen Denkens.,
Autoren, die Antwort: Dies ist eine hervorragende Möglichkeit zum zusammenfassen der Kern des Papiers, und ich wirklich zu schätzen.
ich habe nur zwei Anmerkungen.,allgemeine Sequenz von Übergängen ist konzeptionell identisch zwischen funktionellen RNA-und Aminosäuresequenzen: (1) eine lineare Sequenz in einem festen molekularen Alphabet = Primärstruktur (von Koonin als „digitale Information“ bezeichnet) → (2) Paarung zwischen spezifischen Molekülen = Sekundärstruktur → (3) Faltung in eine 3-D-Struktur = Tertiärstruktur (von Koonin als „analoge Information“ bezeichnet) Während zelluläre Maschinen in der Lage sind, die 3-D-Struktur („analoge Information“) zurück in die entsprechende lineare Sequenz („digitale Information“) für RNA umzuwandeln, gilt dies anscheinend bei Aminosäuren nicht.., Es wäre interessant zu überlegen, warum das so ist-liegt es daran, dass die molekularen Wechselwirkungen zwischen Aminosäuren Größenordnungen stärker sind, oder liegt es daran, dass diese Wechselwirkungen nicht immer paarweise sind? Um vollständig zu verstehen, warum eine umgekehrte Transkription möglich ist, während eine umgekehrte Übersetzung nicht möglich ist, ist es wichtig, die grundlegenden (?) Unterschied zwischen RNA-Tertiärstruktur und protein tertiäre Struktur.
Antwort der Autoren: Dies ist in der Tat ein grundlegend wichtiges Thema, das in dem Artikel teilweise angesprochen wird., Insbesondere wird festgestellt, dass “ wenn die native Konformation eines Proteins gestört ist, das Ergebnis ein fehlgefaltetes Kügelchen ist, keine erweiterte eindimensionale Zeichenfolge.“Dies ist hauptsächlich der Fall, weil die Proteinfaltung in drei Dimensionen hauptsächlich auf entfernten und nicht auf lokalen Interaktionen beruht. In der RNA-Faltung spielen lokale Interaktionen (Haarnadeln) eine viel größere Rolle. Daher faltet sich die RNA nach der umgekehrten Transkription leicht genug in die native Information zurück und vermeidet so die Probleme, die durch die Akkumulation von fehlgefalteten Molekülen verursacht werden, in einem scharfen Gegensatz zur Situation mit Proteinen., Darüber hinaus und vielleicht noch wichtiger basiert die RNA-Faltung hauptsächlich auf denselben komplementären Wechselwirkungen zwischen Basen wie die RNA-Synthese. Dementsprechend ist die“ Crick-Demon“, d.h. die umgekehrte Transkriptase, relativ einfache Vorrichtung. Der „Anfinsen-Dämon“, die hypothetische Maschinerie für die umgekehrte Übersetzung, müsste unvergleichlich komplexer sein. Es scheint also keine thermodynamischen Gründe zu geben, warum der „Anfinsen-Dämon“ nicht existieren konnte, aber die biologischen Gründe scheinen überzeugend zu sein.
Zweitens fand ich die Terminologie von „digitalen“ und „analogen“ Informationen etwas verwirrend., Die lineare Aminosäuresequenz (die“ digitale “ Information) ist immer noch in der Tertiärstruktur vorhanden, und ein Maxwell-ähnlicher Dämon könnte entlang dieser Sequenz gehen, um sie zu melden (was im Wesentlichen die umgekehrte Transkriptase im Fall von RNA tut). Grundsätzlich gehen bei den Übergängen zwischen den verschiedenen Strukturschichten keine Informationen (außer der Codon-Verwendung) verloren. Dies steht im Gegensatz zu z.B.,, die Kodierung von Musik: Das digitale Signal geht bei der Umwandlung in ein analoges Signal unwiderruflich verloren, und wiederholte Konvertierungen zwischen analog und Digital führen zu zunehmenden Abweichungen in beiden Signalen. Somit kann die digitale / analoge Gegenüberstellung eher eine Analogie als eine genaue Beschreibung sein, und darauf hinzuweisen, würde die Lesbarkeit erhöhen.
Autor Antwort: ich habe zu vereinbaren, die digitale vs analoge Widerstand ist hier eher eine Analogie als eine präzise Beschreibung. In der Tat könnte ein „Anfinsen-Dämon“ im Prinzip existieren, der durch die Thermodynamik nicht verboten ist., Wie oben erwähnt, gibt es jedoch wichtige biologische Gründe, warum es sich nie entwickelt hat: i) Die Handlungen eines solchen Dämons würden die Zelle verwüsten und fehlgefaltete Proteine zurücklassen, es sei denn, eine ganze Herde Dämonen wäre dem Umformen gewidmet, ii) der Dämon müsste extrem komplex sein, mindestens so komplex wie das Übersetzungssystem. Ich glaube, dass, da in Biology Direct, die Bewertungen und Antworten ein integraler Bestandteil des Artikels, diese Kommentare dienen zu klären und die Lesbarkeit zu erhöhen.,
Ich sehe nicht, wie thermodynamische Gesetze Ausschlussprinzipien sind–sie sind Approximationen für das Verhalten großer Populationen.
Antwort der Autoren: Hier muss ich respektvoll widersprechen. Zweifellos sind die Gesetze der Thermodynamik Approximationen für das Verhalten großer Populationen, aber das schließt sie nicht aus, Ausschlussprinzipien zu sein. In der Tat verbieten sie ausdrücklich die Existenz von Perpetuum Mobile-Maschinen der ersten Art (das erste Gesetz) und der zweiten Art (das zweite Gesetz).,
Rezensent 3: Frank Eisenhaber (mit Birgit Eisenhaber), Singapore Institute of Bioinformatics
Diese Rezension ist das Ergebnis gemeinsamer Bemühungen von Birgit Eisenhaber und Frank Eisenhaber. Die vorgeschlagene MS über das zentrale Dogma der Molekularbiologie bietet eine willkommene Überlegung der dogmatischen Darstellung der Angelegenheit in Lehrbüchern. Es war eine Freude, den Text zu lesen,und es löste ein Ping-Pong von Argumenten zwischen uns., Erstens ist es eine gute Idee, das zentrale Dogma mit grundlegenden physikalischen Gesetzen der Ausgrenzung und Erhaltung in eine Reihe zu stellen und nach der Rechtfertigung auf physischer und nicht so sehr auf biologischer Ebene zu suchen. Die zweite Idee, das Problem im Kontext der digital-analogen Transformation zu sehen, ist ein weiterer intellektueller Durchbruch mit der impliziten Notwendigkeit, vollständig denaturierte Proteinketten abzulesen., Wir möchten den zusätzlichen Gedanken hervorheben, dass der Rückweg von Proteinen zu Nukleinsäuren auch durch das Problem der Nicht-Eindeutigkeit, der Desambiguierung vieler möglicher Rückkehrwege, blockiert wird. Erstens wird eine AA durch mehrere Codons dargestellt. Sie unterscheiden sich möglicherweise nicht in ihren Übersetzungswerten, beeinflussen jedoch die Ausdruckstreue sowohl bei der Transkription als auch bei der Übersetzung. Sollten die Zellen lernen, die relative Expression zu messen oder ein Gen zu amplifizieren, das alle beobachteten Veränderungen widerspiegelt (einschließlich der Einbeziehung in geeignete Expressionsrahmen)?, Ferner kann es mehrere Isoformen und auch Mutationen an derselben Stelle im selben Protein in derselben Zelle geben. Wie kann man diese Mehrdeutigkeit wieder auflösen, indem man die häufigere Mutante findet? Drittens erfährt das Protein in seiner Lebenszeit viele PTMs, einschließlich derjenigen, die die Sequenz selbst ändern. Zuletzt geht die Verbindung zum ursprünglichen Gen auf der Ebene der proteolytischen Reifung und der sich ändernden AA-Chemie verloren.
Autor Antwort: Das Konstruktive und interessante Kritik wird sehr geschätzt.