evolutie.blog.com

Gene sharing is een nieuw begrip dat Joram Piatigorsky (2007) geintroduceerd heeft in zijn recente boek Gene Sharing and Evolution: The Diversity of Protein Functions. Gene sharing is een soort carpooling: het gemeenschappelijke gebruik van hetzelfde object. Hij geeft zelf een leuk voorbeeld van een stoel waar je op kunt zitten, of op kunt staan om een lamp aan het plafond te bevestigen, of tegen een deur met dranger zetten om de deur open te houden. Allemaal met dezelfde stoel. Het concept van gene-sharing van Piatigorsky betekent dat één eiwit meerdere chemische functie's kan uitoefenen. Het standaard model voor de evolutie van nieuwe functies is dat een duplicatie van een gen de mogelijkheid geeft dat één van beide vrij kan muteren zonder fitness verlies. Dit kan omdat er één intact exemplaar aanwezig is. Maar uit onderzoek is gebleken dat het hebben van twee copieën géén van beiden vrijmaakt. Daarom is het nog maar de vraag of genduplicatie noodzakelijk is voor de evolutie van nieuwe eiwit functionaliteiten. Gene-sharing zegt dat een eiwit meerdere chemische functies kan uitoefenen zonder gen-duplicatie. Het idee dat single-copy genen coderen voor 2 of meer biochemische functies is niet nieuw en impliceert dat gen duplicatie niet nodig is voor eiwit innovatie.

Orgel heeft ook geclaimed dat eiwit multifunctionaliteit voorafgaat aan genduplicatie in plaats van dat het er een gevolg van is. Het duidelijkste voorbeeld van gene sharing is kip delta2-crystallin and argininosuccinate lyase. Het in water oplosbare structurele eiwit van de lichtdoorlatende ooglens is in hoge concentratie aanwezig en wordt tevens tot expressie gebracht in lagere concentraties in ander weefsels van hetzelfde dier, maar dan met een enzymatische functie. Dus zowel een structurele als een enzymatische functie. Volgens Piatigorsky volgen alle eiwitfamilies die als lens crystallins functioneren het 'gene-sharing principe'.

We moeten dus op een nieuwe manier gaan denken over genen, eiwitten en hun functie. Niet uitsluitend de basevolgorde en de aminozuurvolgorde is van belang. ook is van belang in welke micro-omgeving binnen de cel, in welk weefsel en in welke mate een gen tot expressie komt. Niet langer mogen we een gen identificeren met de functie die we het eerst ontdekt hebben, want het kan een tweede functie hebben die misschien net zo belangrijk is.
Gene-sharing doet geen uitspraak over welke functie belangrijker is of welke functie het eerst ontstaan is. Bovendien kan die multifunctionaliteit in evolutionair opzicht statisch of dynamisch zijn (verschijnen, blijven, verdwijnen). Evolutie van biochemische functies kan dus optreden zonder de traditioneel noodzakelijk geachte verandering in de aminozuur volgorde. Piatigorsky gaat een stap verder door te beweren dat gene sharing geldt voor de meeste eiwitten, en dat dit noodzakelijk is voor de ontwikkeling van nieuwe enzymatische functies in evolutie ('argues that most if not all proteins perform a variety of functions in the same and in different species, and that this is a fundamental necessity for evolution'). Ik ben benieuwd of hij dat in zijn boek waar maakt.

functioneel vreemdgaan

Recentelijk is er in het tijdschrift Biochemistry een soortgelijk mechanisme gepubliceerd. Daar werd op er gewezen dat voor nieuwe enzym functies soms meerdere (soms 10) gelijktijdige mutaties nodig zijn. Dit is geen realistisch scenario (vraag maar aan de Intelligent Design creationist Michael Behe!). Een realistische oplossing is dat een functioneel enzym als bijwerking een stimulerend effect heeft met een lage efficientie op een geheel andere biochemische omzetting. Maar wel een nuttig effect heeft. Dit wordt 'functional promiscuity' genoemd. Inderdaad: het met meerdere partners doen! Wanneer de efficientie van de nevenfunctie verhoogd wordt zonder dat de oorspronkelijke functie achteruit gaat, dan heb je een goed mechanisme voor het evolueren van een nieuwe biochemische functie. En het is gradueel met behoud van fitness! Wat wil je nog meer?

Op de site van de uitgever HUP van het boek van Piatigorsky staat een pdf met Contents, Preface, chapter 1: bijzonder handig als je een idee wilt krijgen waar het boek over gaat.

Livnat Afriat, Cintia Roodveldt, Giuseppe Manco, and Dan S. Tawfik (2006) 'The Latent Promiscuity of Newly Identified Microbial Lactonases Is Linked to a Recently Diverged Phosphotriesterase', Biochemistry, 45 (46), 13677 -13686, 2006. BICHAw 10.1021/bi061268r S0006-2960(06)01268-2. Web Release Date: November 1, 2006. (abstract).