Oklada je iznikla iz rasprave između
Ruperta Sheldrakea i
Lewisa Wolperta na Festivalu znanosti u Cambridgeu 20. ožujka 2009, a javno je objavljena u časopisu
New Scientist. Ulog je sanduk vina.
Predviđanje glasi:
"Do 1. svibnja 2029. moći ćemo predvidjeti iz zadanog genoma oplođenoga jajašca životinje ili biljke, u barem jednom slučaju, sve detalje organizma koji se razvija iz njega, uključujući bilo kakve abnormalnosti."
Ne bude li ishod očit, presudit će Royal Society.
Lewis Wolpert
Upustio sam se u ovu okladu Rupertom Sheldrakeom jer me zanimaju detalji toga kako se zametak razvija, te kako će napredovati naše razumijevanje toga procesa. U mojoj zadnjoj knjizi,
How We Live and Why We Die, pretpostavljam da će jednog dana biti moguće iz genoma predvidjeti to kako će se embrij razvijati, i vjerujem kako je moguće da se to dogodi u sljedećih 20 godina.
Zapravo sam malo pretjerao jer je 40 godina vjerojatni vremenski okvir za takav proboj. Stanice i embriji su jako komplicirani: s obzirom na njihovu veličinu, embrionalne stanice su najsloženije strukture u svemiru.
Životinja se razvije iz jedne stanice, oplođenoga jajašca, koja se dijeli da bi proizvela stanice koje će formirati embrio. Kako se jaje razvija u embrio i novorođenče životinje, to kontroliraju geni u kromosomima. Geni su pasivni: oni ne čine ništa, samo pružaju kod proteina. Proteini su ti koji određuju kako se stanice ponašaju. Dok DNA u svakoj stanici sadrži kod za sve proteine u svim stanicama, posebni proteini proizvedeni u posebnim stanicama određuju kako se upravo te stanice ponašaju.
Svaka stanica embrija sadrži mnogo kopija nekoliko tisuća različitih proteina. Ti proteini imaju mnoštvo funkcija: djeluju kao enzimi raspadanja i izgradnje drugih molekula, pružaju strukturu stanicama, međudjeluju jedni s drugima, i još mnogo toga. Složenost interakcija između milijuna molekula je nevjerojatna.
Budući da proteini određuju kako se stanice ponašaju, njihova je aktivnost određujuća za razvoj embrija. Temelj tom procesu ipak su geni, budući da kontroliraju koji će proteini biti napravljeni - uključujući i neke proteine koji aktiviraju specifične gene. Bitno je da postoji kontrola nad time koje se stanice nastavljaju dijeliti, kao i mehanizama koji određuju uzorak embrija, tako da se različite stanice razviju u različite strukture, poput mozga ili udova.
Vrlo je poticajno da razumijemo te procese, da bi smo tako mogli proračunati razvoj embrija samo iz njegova genoma. Ta bi sposobnost mogla utrti put regenerativnoj medicini, što bi dopustilo znanstvenicima da programiraju matične stanice kako bi nastale strukture koje bi mogle zamijeniti oštećene dijelove tijela.
Da bih dobio okladu morat ćemo moći predvidjeti ponašanje gotovo svih stanica u embriju. U malom crvu, recimo nematodi Caenorhabditis elegans, postoji 959 stanice, što ga čini idealnim modelom za rješavanje ovog problema. To je veliki izazov, ali napredak na području biologije stanice, biologije sustava i računarstva će nas odvesti tamo. Jedan takav crv sa samo 959 stanica idealan je model za rješavanje ovog problema.
Rupert Sheldrake
Vjera Lewisa Wolperta u prediktivnu snagu genoma je promašena. Geni omogućuju organizmima da načine proteine, ali ne sadrže programe ili nacrte, niti objašnjavaju razvoj embrija.
Problemi počinju s proteinima. Geni kodiraju linearne sekvence aminokiselina u proteinima, koji se zatim presavijaju u složene trodimenzionalne forme. Wolpertova oklada pretpostavlja da se presavijanje proteina može izračunati iz prvih principa, ako je zadan slijed aminokiselina određen genima. Do sada se to pokazalo nemogućim. Kao i kod svih izračuna odozdo prema gore, nastaje kombinatorna eksplozija. Na primjer, lanac amino-kiselina enzima ribonukleaze, malog proteina, mogao bi po slučajnom presavijanju usvojiti više od 10^40 različitih oblika, za što bi potrajalo nekoliko milijardi godina da se istraži. U stvari, to se presavije u svoj uobičajen oblik za 2 minute.
Čak i ako bismo mogli riješiti presavijanje proteina, sljedeća bi faza bila predviđanje struktura stanica na temelju interakcije milijuna proteina i drugih molekula. To bi oslobodilo daleko goru kombinatornu eksplozije, s više mogućih rješenja nego što je broj svih atoma u svemiru.
Slučajne molekularne permutacije jednostavno ne mogu objasniti kako organizam radi. Umjesto toga, stanice, tkiva i organa razvijaju se na modularan način, oblikovan morfogenetskim poljima, najprije prepoznatima od strane razvojnih biologa 1920-ih. Wolpert i sam naglašava važnost tih polja. Među biolozima je on najpoznatiji po "položajnim informacijama", po kojima stanice "znaju" gdje su unutar polja organa koji se razvija, kao što je ud. No, on vjeruje da se morfogenetska polja mogu svesti na standardnu kemiju i fiziku. Ne slažem se. Vjerujem da ova polja imaju organizacijske sposobnosti, ili sistemska svojstva, koja uključuju nove znanstvene principe.
Projekt ljudskog genoma je sam spustio nade koje je potaknuo. Najprije, naš genom sadrži samo između 20.000 i 25.000 gena, što je daleko manje od očekivanih 100.000. Nasuprot tome, ježinci imaju oko 26.000, a biljka riže 38.000. Štoviše, naš se genom razlikuje vrlo malo genoma čimpanza, čije je sekvenciranje završeno 2005. Kao što je komentirao Svante Pääbo, direktor Genome Projecta za čimpanze: "Mi ne iz ovog ne možemo vidjeti zašto smo toliko različiti od čimpanza."
Drugo, u praksi je ispalo da je prediktivna vrijednost ljudskog genoma niska. Svatko zna za tendenciju da visoki roditelji imaju visoku djecu, a nedavna su istraživanja genoma 30.000 ljudi identificirala oko 50 gena povezanih s visinom. Ipak, zajedno su ti geni objasnili tek oko 5 posto naslijeđivanja visine. To nije jedini primjer "nedostajuće nasljednosti". Steve Jones, profesor genetike na University College u Londonu kaže da je "oholost zamijenjena zabrinutošću", i on sugerira da je postojeći pristup "bacanje dobra novca na nešto loše".
Wolpert nije usamljen u vjeri u prediktivnu vrijednost genoma. Vlade, poduzetnici i zdravstvene dobrotvorne udruge na nju su uložile i još uvijek ulažu oklade od milijardi dolara. Na kocki je više od sanduka finog porta.
izvor