Also Available in:

Bakterije koje razgrađuju najlon: novo 

Enzimi korišteni u razgradnji najlona ne podupiru evoluciju od mikroba do čovjeka 

napisao 
preveo Mladen Čirjak

Objavljeno: 19. 05. 2017. (GMT+10)

Teistički evolucionisti povezani s Biologos,1 nastavljaju tvrditi da su nasumične mutacije stvorile 'nov gen' u bakterija koje razgrađuju najlon. Ova tvrdnja rezultat je krivog shvaćanja koje je 1985. godine popularizirao profesor biologije i ateist William Thwaites, a koji je tvrdio da je ta enzimska aktivnost nastala frame-shift mutacijom – dakle nasumično.2 To je pak bilo temeljeno na nagađanjima japanskog genetičara, Susumu-a Ohno-a. Takav događaj bi zaista bio rezultat slučajnosti. Pratio sam ovu temu, no nakon čitanja posta kojeg je napisala Ann Gauger3 sa Discovery Institute-a, shvatio sam da je vrijeme da se objavi update.

nylon-degrading-enzyme
Slika 1: Ilustrirani prikaz (zeleno) enzima za razgradnju najlona kojeg čini 392 aminokiseline.

Istraživanje objavljeno nakon mog rada iz 2003. godine4 je opravdalo moje tvrdnje kako enzim za degradaciju najlona nije nastao frame-shift mutacijom. Novije recenzije potvrđuju da je gen, nylB, koji kodira glavni enzim za razgradnju najlona o kojem je riječ (nylB, slika 1) nastao od postojećeg gena (nylB’) koji kodira protein koji je imao neku postojeću enzimsku aktivnost za razgradnju najlona. Enzim je bio karboksilesteraza, koji je imalo specifičnu β-laktamaza strukturu koja je prirodno u stanju zahvatiti i degradirati najlon. Kako je najlon umjetno vlakno, smatralo se da ga nikakvi prirodni enzimi nisu u napasti. Međutim, osnovna amidna veza najlona je uobičajena u živih organizama (slika 3), pa ne iznenađuje da neki postojeći enzim razgrađuje najlon do određene mjere.

Popularni mediji u znanosti pokušali su pronaći način da na ovo stave evolucijski spin, no početna objašnjenja, temeljena na nepotpunom znanju i evolucijskim pretpostavkama, bila su potpuno pogrešna. Čak je anti-kreacionistička Wikipedia već 29. lipnja, 2911. godine izjavila: ''Rad iz 2007. godine koji je opisivao niz studija provedenih od strane tima pod vodstvom Seiji Negoro-a, sa Sveučilišta u Hyogo-u, Japan, sugerira da u evoluciji 6-aminoheksanske kiseline hidrolaze, zapravo nije bila riječ o frame-shift mutaciji.''5 No, deset godina kasnije, Dennis Venema, Biologos, i dalje gura krivu priču.

Sažetak rada iz 2007. godine kojeg objavljuju Negoro i kolege izjavljuje, ''Trenutni modeli ilustriraju zašto se nova aktivnost protiv najlon-oligomera razvila u esterazi s [beta]-laktamaza strukturom, dok je zadržala izvorne esterolitičke funkcije.''6 Drugim riječima, radilo se o modifikaciji postojećeg enzima, ne o nečemu potpuno novom (kao što bi proizašlo iz frame-shift mutacije).

Nisam pronašao niti jedno istraživanje koje kaže 'Ohno je pogriješio' u vezi frame-shift ideje, moguće zbog toga što su znanstvenici Japanci, te bi se u njihovoj kulturi takvo što smatralo nepristojnim (a Ohno je bio uvažen znanstvenik). Ali, on je bio u krivu, kao i skeptici stvaranja, kako ateisti tako i teisti, koji nisu pratili istraživanja, te su preferirali jednostavno ponavljati ono što je, bez čvrstih dokaza, tvrdio Thwaites prije više od tri desetljeća.

Bakterijska degradacija umjetne kemijske veze

en.wikipedia.orgPseudomonas-aeruginosa
Slika 2: Kultura bakterije Pseudomonas aeruginosa.

Na koji je način gen roditelj postigao pojačanu enzimsku aktivnost na oligomerima najlona? Istraživanje je pokazalo da je to uključivalo supstituciju samo dvije aminokiseline (rezultirajući 153 puta većom aktivnosti). Nadalje, taj porast je postupan, tako da jedna mutacija može uslijediti nakon druge; nije potrebno da se dogode istovremeno. Yakashima i drugi, rezimiraju.7 Bilo bi nevjerojatna rijetkost da se dogode dvije simultane promjene, čak u kod mikroba, kao što je Michael Behe pokazao u svojoj knjizi, The Edge of Evolution. Behe predstavlja snažne dokaze da su dvije istodobne mutacije granica onoga što se može dogoditi kod prirodnih procesa, što postavlja ozbiljno ograničenje onome što 'evolucija' može postići. U novije vrijeme, Sanford je to modelirao u populacijama ljudi, pokazujući da je 'vrijeme čekanja' na nove osobine izrazito velik problem za evoluciju.8 Za razliku od ljudi, međutim, mikrobi imaju velike populacije, rapidnu reprodukciju, i relativno malene genome, pa migu tolerirati visoke stope mutacija,9 posebice kada se to dešava na plazmidima, a ne na glavnom kromosomu. Količina potencijalne promjene je i dalje snažno ograničena vremenom, slučajnošću i složenošću.

Uočite da su veze najlona koje napada enzim nylB slične amidnim vezama koje se nalaze u prirodnim proteinima (slika 3). Stoga, ne iznenađuje da malena modifikacija postojećeg enzima koji je već u stanju kidati amidne veze može 'podesiti' isti do mjere kada on postaje sposoban kidati slične veze u najlonu. Karboksilesteraza uvodi molekulu vode kako bi se prekinule amidne ili esterske veze. U živih organizama nalazimo mnoge različite karboksilesteraze, a one su vrlo važne u metaboliziranju širokog spektra lijekova (npr beta-blokatora, statina, kokaina i aspirina kod ljudi) i insekticida (npr. organofosfata, piretruma i karbamata).10 Najlon je 'poliamid' te spada u opću klasu molekula koja može biti napadnuta karboksilesterazom.

U mom izvornom odgovoru (original response) iz 2003. godine, prihvatio sam zdravo za gotovo staru tvrdnju znanstvenika da su enzimi za degradaciju najlona nešto de novo (potpuno novo). Oni su svoju tvrdnju temeljili na tome što nisu pronašli gen roditelj koji je bio dovoljno sličan da bi bio izvor. Međutim, to nije bilo točno. Kao što je naznačeno ranije u tekstu, radovi koji su uslijedili pokazuju da su oni proizašli iz postojećih enzima, te da je postojeća kategorija enzimske aktivnosti zadržana, samo što je vezivanje na nov supstrat omogućen s par malih promjena. Dakle, u mom izvornom odgovoru načinio sam prevelik ustupak evolucionističkom pogledu. Trebao sam znati bolje, te primijeniti prikladnu izreku da 'izostanak dokaza nije nužno dokaz odsutnosti'. Grandiozne tvrdnje evolucionista nikada ne treba prihvaćati zdravo za gotovo, čak niti onda kada se doimaju potpuno iskrenima. Sve moramo provjeriti.

Implikacije za stvaranje

Istraživanje još jednom naglašava veoma ograničenu sposobnost mutacija i prirodne selekcije da stvore kompleksne osobine koje karakteriziraju sva živa stvorenja; poput metaboličkih patway-a koji uključuju više enzima ili nano-strojeva poput helikaze, kinezine, ATP sintazu, bakterijski flagelum (helicases, kinesins, ATP synthase, the bacterial flagellum) ili zaista novih enzima. Priče o mutacijskim promjenama koje malo modificiraju postojeći enzim u ovim bakterijama koje razgrađuju najlon ne objašnjavaju porijeklo takvih stvari kao potpuno novih enzima.

Organizmi su očito dizajnirani kako bi bili sposobni prilagoditi se (designed to be able to adapt), no priroda adaptacija koje opažamo ne podupiru tvrdnju 'velike slike' da je sva biološka kompleksnost na Zemlji nastala mutacijama i prirodnom selekcijom.

Fig3Reaction
Slika 3: Osnovna reakcija koja stvara najlon (kada je ponovljena mnogo puta). Plavi kvadrat pokazuje amidnu vezu, koja je u biologiji česta (npr. u proteinima).

Kawai (2010) je istaknuo da dok je degradacija najlona lako postignuta u cijelom nizu mikroba, degradacija polietilena ili polipropilena nije, vjerojatno iz razloga što, među mnogim poznatim enzimima, gotovo da ne postoji katalitička aktivnost za ove spojeve.11 Postojeća katalitička aktivnost bi mutacijama predstavljala cilj koji bi one 'podesile', no bez cilja ne postoji ništa što se može podesiti. Implikacija je takva da bi takva katalitička aktivnost zahtijevala potpuno nove enzime, a ne samo modifikacije već postojećih, pa je vjerojatno izvan dosega prirodnih procesa.

Neke ideje o 'novim informacijama'

Uočite da modifikacija postojećeg enzima koja širi raspon supstrata predstavlja opći gubitak specifičnosti tog enzima. Kako je specifičnost vezana za sadržaj informacije, može se reći da ove promjene predstavljaju gubitak informacije.

Razmotrite slijedeće nizove znakova:

  1. She has an automobile – (21 znak)
  2. aushanaS he libeo mto (21 znak)
  3. Sue has a red Porsche (21 znak)

1 i 3 su rečenice na engleskom jeziku, no 2 je nasumičan set znakova koji u engleskom jeziku nema značenje. Statistički, sve zahtijevaju jednak broj 'bitova' za njihovo kodiranje. Drugačije rečeno, potrebna je ista količina informacije da bi se opisala ta tri niza slova. To je Shannon-ova 'informacija' o kojoj evolucionisti vole govoriti. No, uviđate da samo gledanje na broj slova i njihov razmještaj ne određuje sadržaj informacije, jer dvije od tih rečenica prenose više značenje, a rečenica 3 je specifičnija od rečenice 1. Kako mjeriti takve stvari? To je problem za evoluciju, jer je život definiran njegovim sadržajem informacije, a informacija ovog tipa (1 i 3) ne nastaje slučajnim događajima.

Uočite da povećana kompleksnost nije isto što i povećana informacija. Niz 2 je kompleksan, ali gotovo da ne sadrži nikakve informacije (osim činjenice da uključuje 21 slučajan znak engleskog jezika) jer ne određuje ništa. Na isti način, hrpa pijeska je mnogo složenija od silikonskog čipa (koji je načinjen od pijeska). Bio bi potreban ogroman broj bitova da se opišu veličina, oblik i pozicija svakog zrnca, ali ona sadrži jako malo specifičnosti, ili smislene informacije, u usporedbi sa silikonskim čipom. Evoluciji je potreban porast specifične kompleksnosti, poput silikonskog čipa, a ne samo porast kompleksnosti, poput slučajne hrpe pijeska. Ovaj članak (This article) objašnjava neke od tih važnih principa.

Međutim, bakterije posjeduju mehanizam za ne samo modificiranje enzima, već i za zadržavanje originalnog enzima istodobno. Karboksilesteraza koju treba modificirati prebiva na plazmidu, izvan glavnog kromosoma bakterije. Dakle, kada se modificira, izvorna karboksilesteraza i dalje funkcionira sa svojom originalnom specifičnosti. U ovom slučaju, nova je funkcija zaista dodana. Iako je pravac promjene usmjeren prema manjoj specifičnosti, općenito postoji dodavanje genetske informacije.

To je jedan razlog zašto ljude upućujemo da ne koriste argument 'mutacije nikada ne stvaraju nove informacije, one samo uništavaju informacije'. Istina je mnogo suptilnija. Nasumične mutacije zaista imaju tendenciju izokretanja specifične kompleksnosti genoma, ali to ne znači da pojava novih osobina nije moguća, osobito kada razmatramo osobine koje nastaju u sustavima dizajniranim da ih stvaraju. Preporučujem ovaj članak Dr. Rob-a Carter-a, o temi rasta informacije kroz mutacije: Can mutations create new information? Ovaj članak ocrtava problem jednostavnih izjava o mutacijama i informacijama. Još uvijek postoji nepremostiv problem za naturalizam, ali nije jednostavno pravilno shvatiti taj argument - bez sumnje iz razloga što je biologija sve samo nije jednostavna!

Na kraju, stojim iza svog prvotnog prijedloga (2003), koji sam tada podupro dokazima, da je ono što se dogodilo kod ovih bakterija rezultat dizajnirane sposobnosti prilagodbe. To je izgleda slično hipermutaciji beta stanica imunološkog sustava što za posljedicu ima stvaranje novih antitijela. Kod ovih bakterija, izgleda da su u stimulaciju kontrolirane genetske rekombinacije gena smještenih na plazmidima, uključeni DNK nizovi poznati kao 'transpozabilni elementi'. Naravno, objasniti porijeklo takvog sustava bio bi velik problem za evoluciju, pa niti jedan evolucionist ne bi niti pomislio da takav sustav može postojati. To je jedan od mnogih načina na koje evolucija šteti znanosti; oni koji su u takvoj mjeri pod njenim utjecajem vjerojatno neće očekivati profinjenost kada proučavaju živa bića.12

Preporučene bilješke

  1. Venema, D.R. and McKnight, S., Adam and the Genome: Reading Scripture after Genetic Science, Brazos Press, January 2017. Natrag na tekst.
  2. Frame-shift mutacija uključuje umetanje ili brisanje baza ('slova') gena, tako da je čitanje 3-baznih kodona (barem jednog za svaku aminokiselinu u kodiranom proteinu) pomaknuto 'prema dolje' od mutacije. Primjerice, umetanje baze rezultira time da je 'okvir čitanja' pomaknut jedno 'slovo', a kodoni će biti čitani drugačije (drugačije grupe od tri), stvarajući drugačiji lanac aminokiseline, ili ako nastane 'stop' kodon, protein će biti skraćen. Natrag na tekst.
  3. Gauger, A., The Nylonase Story: When Imagination and Facts Collide; evolutionnews.org, 4 May 2017. Natrag na tekst.
  4. Batten, D., The adaptation of bacteria to feeding on nylon waste, TJ (now Journal of Creation) 17(3):3–5, 2003; creation.com/nylon. Natrag na tekst.
  5. See also Truman, R., Nylon-eating bacteria—part 2: refuting Ohno’s frame-shift theory, J. Creation 29(2):78–85. Natrag na tekst.
  6. Negoro, S., et al., Nylon-oligomer Degrading Enzyme/Substrate Complex: Catalytic Mechanism of 6-Aminohexanoate-dimer Hydrolase, J. Mol. Biol. 370(1):142–156, 2007, ISSN 0022-2836 | doi:10.1016/j.jmb.2007.04.043. Natrag na tekst.
  7. Kawashima, Y., et al., Molecular design of a nylon-6 byproduct-degrading enzyme from a carboxylesterase with a β-lactamase fold, FEBS Journal 276:2547–2556, 2009 | doi:10.1111/j.1742-4658.2009.06978.x. Natrag na tekst.
  8. Sanford, J., et al., The waiting time problem in a model hominin population, Theoretical Biology and Medical Modelling 12:18, 2015. Natrag na tekst.
  9. See Carter, R., Genetic entropy and simple organisms. Natrag na tekst.
  10. Esterases: Integrative molecular phenotying, metabolomics.se, accessed May 2017. Natrag na tekst.
  11. Kawai, F., The biochemistry and molecular biology of xenobiotic degradation by microorganisms, Biosci. Biotechnol. Biochem. 74(9):1743–1759, 2010. Update (April, 2018): Prethodno nepoznata bakterija pronađena je s enzimima koji razgrađuju polietilen: Plastic-munching enzyme. Natrag na tekst.
  12. See Sarfati, J., Who’s really pushing bad science?, 2000, creation.com. Natrag na tekst.

Helpful Resources

Evolution's Achilles' Heels
by Nine Ph.D. scientists
From
US $10.00
The Greatest Hoax on Earth?
by Dr Jonathan Sarfati
From
US $15.00