¿Cuánto del ADN humano no tiene ningún propósito?

Cero. (con el debido respeto a la respuesta de Ian York)

Por ejemplo, incluso dentro del pequeño subconjunto de ADN codificante, hay redundancias y duplicaciones, y el aspecto diploide del ADN humano también introduce un poco de duplicación. ¿Redundante significa “sin propósito”? ¿O el propósito es actuar como respaldo o como sitio de prueba para el cambio evolutivo?

¿En qué medida los pseudogenes sirven “sin propósito”? No son importantes hasta que lo sean, por ejemplo, HHaA, ¿tiene utilidad una espalda peluda? ¿Por qué se ha desactivado la L-gulonolactona oxidasa, para “no servir para nada”, en los primates? ¿Su existencia continua como pseudogen abre la posibilidad de que algún día podamos recuperarlo cuando las condiciones evolutivas sean favorables? ¿Se mantiene a la espera del día en que irradiemos el mundo, o intentemos un viaje interestelar, para devolvernos la capacidad de producir nuestros propios antioxidantes?

Además, la presencia de ARN no codificante no proviene de ninguna parte: existen mecanismos de transcripción que lo codifican a partir del ADN. Estos incluyen la transferencia de moléculas de ARN esenciales para la reproducción. Entonces, debido a que un gen podría no codificar proteínas, eso no significa que no tenga “ningún propósito”. Cuando intentamos encontrar genes, por ejemplo, a través de la predicción de genes, buscamos secuencias que conocemos. Por ejemplo, iniciar y detener codones. Promotores Conocemos la función de lo que sabemos, y el resto es desconocido. ¿”Sin función conocida” significa “sin propósito”?

¿Una secuencia sintética nueva que codifica una proteína nunca observada en la naturaleza no tiene “ningún propósito”? Hasta que, por ejemplo, SRGAP2C se creó por primera vez en humanos, nunca “existió”, pero uno no esperaría que no tuviera “ningún propósito” hasta su existencia de novo. Todo el espacio del ADN es un recorrido aleatorio a través de las permutaciones básicamente infinitas de posibles configuraciones, sujetas a mutación y evolución. Lo que no tiene un propósito tiene un propósito, en que serán los antepasados ​​de los genes que no existen hoy en día, la forma en que los pseudogenes son hijos de esos genes.

Por último, están los microsatélites y los telómeros, que varían ampliamente con un efecto desconocido. La longitud de los telómeros está inversamente relacionada con el envejecimiento, pero como correlación, no sabemos si eso es causante del envejecimiento. ¿El envejecimiento tiene un propósito? ¿Ayuda a evitar que el cáncer u otras mutaciones entren en el acervo genético? ¿Qué pasa con los elementos Alu? ¿Son los efectos no deseados “sin propósito”? ¿Son las consecuencias no deseadas de una adaptación neta beneficiosa “sin propósito”?

E incluso si no tiene un propósito somático, es útil para identificar descendencia e identidad. De hecho, con la posibilidad de editar el genoma, le permitiría a uno cambiar su identidad sin efecto somático. Entonces, ningún propósito para los procesos somáticos no significa “sin propósito”. Ambas secuencias largas de un solo codón (por ejemplo, poliadenilación) y las porciones “ricas en información” del Exoma representan algún uso, aunque en la inspección inicial parecerían tener una entropía de Shannon diferente. A mi modo de pensar, la información y el propósito no son los mismos conjuntos de cosas. Para cada mano, hay un guante, e incluso para aquellos que no tienen mano.

La basura tiene un significado específico: significa que una autoridad declara “no centre su atención aquí a menos que quiera perder su tiempo”. Esa es una construcción social, típicamente utilizada por personas que existen en abundancia sin sentido y viven en continuo temor al cambio. La basura no tiene ningún significado hasta que estés nadando en ella. Llamamos a una persona “basura humana” que no desempeña ningún papel en nuestra visión miope, nuestra moral hobbesiana.

Las sugerencias de que el ADN basura podría ser el “90%” del genoma es una distracción o una oportunidad. Como tal oportunidad, el 100% del ADN tiene un propósito.

Como Sydney Brenner dijo una vez, hay una diferencia entre basura y basura; la basura es algo que tiras, la basura es algo que guardas porque podría ser útil algún día. (de ENCODE dice qué?)

Definir “propósito” es complicado en biología. Uno podría argumentar fácil y justificadamente que NINGUNO de ADN humano tiene un “propósito” porque los procesos evolutivos que lo produjeron no tienen ningún otro propósito, aparte de lo que los humanos eligen asignar de manera retroactiva y arbitraria.

Uno podría argumentar igualmente que la asignación retroactiva de propósito es perfectamente legítima para que los humanos definan un propósito, y es fácilmente posible producir una asignación retroactiva que haga que TODO el ADN humano tenga un propósito.

Podríamos estar mejor prescindiendo del término confuso “propósito”, y simplemente “función” en su lugar.

Pero eso TODAVÍA es algo nebuloso y aún nos da margen de maniobra que nos permite asignar alguna “función” a hasta el 100% del ADN humano.

Considere el siguiente ejemplo:

El ADN tiene una estructura cuaternaria por encima del nivel de la famosa doble hélice. La cadena de ADN no solo flota en el citoplasma como un fideo enredado al azar (al menos no en eucariotas), sino que también se enrolla y se pliega, de manera específica, y se une a las proteínas histonas. Esto permite un tipo de regulación del ADN que depende de la estructura tridimensional. Dos tramos de ADN, digamos, con 1 millón de pares de bases separados, se pueden organizar de tal manera que cada uno se encuentra en un par de bucles que terminan en una proximidad física cercana, en la estructura plegada final del cromosoma, lo que permite un solo complejo de proteínas reguladoras para unirse a ambas, lo que permite que la expresión de uno de estos tramos sea controlada por la secuencia del otro.

Si uno cortara, digamos, medio millón, de los pares de bases entre estos dos tramos, entonces esto cambiaría la estructura de bucle del ADN, y los dos tramos ya no estarán tan cerca, y el La regulación de la expresión de esos dos tramos se verá alterada, posiblemente con un significado fenotípico.

¿Podría uno decir que el millón de pares de bases entre esos dos tramos de ADN tiene la función de separar físicamente esos dos tramos en la cantidad justa para permitir la regulación adecuada?

Observe cómo la secuencia de ese millón de pares de bases en realidad no importa en absoluto. Podría reemplazar ese millón de pares de bases con cualquier secuencia aleatoria y no habría un cambio detectable en el fenotipo. Solo tiene que estar cerca de un millón de pares de bases de largo.

Hay muchos otros ejemplos similares en los que uno podría asignar una “función” a un tramo de ADN mediante el cual la “función” se logra simplemente por el ADN que está físicamente presente.

Pero cuando los biólogos hablan de que el ADN “basura” no tiene ninguna función, ese no es el tipo de función a la que se refieren.

A lo que realmente se refieren es a una función específica de secuencia . En otras palabras, una función que depende de la secuencia de pares de bases, de modo que la función cambiará si se cambia la secuencia de pares de bases.

Al menos la mitad del ADN humano consiste en múltiples repeticiones de una secuencia particular, repetidas una y otra vez. Estos son los restos mutados de genes parásitos, cuya única función es copiarse a sí mismos en diferentes partes del genoma, pero han sufrido mutaciones que ahora han destruido esa función, por lo que ya ni siquiera lo hacen. Una pequeña proporción de estas secuencias repetidas ha mutado más tarde de tal manera que se ha convertido en una secuencia reguladora, o en ocasiones en un gen completamente nuevo, pero el resto básicamente ahora se sienta en el genoma, ocupando espacio y sin hacer nada.

Además de estos, también hay múltiples ejemplos de copias muertas de genes duplicados, genes que experimentaron una mutación de duplicación en el pasado, seguido de una o más de las copias que fueron completamente desactivadas por mutaciones posteriores. Algunos de estos, también, fueron luego cooptados para fines reguladores, pero la mayoría simplemente se sientan allí y no hacen nada.

Por lo tanto, eso debería establecer un límite inferior para la cantidad de ADN humano que sabemos con casi certeza que no tiene ninguna función específica de secuencia. Casi la mitad.

¡Pero espera!

Las secuencias de genes parásitos muertos que se repiten sin cesar resultan ser muy variables entre los individuos. Resulta que todos tienen una longitud ligeramente diferente a estas secuencias repetidas. Y, de hecho, esta es la secuencia precisa que se utiliza en las huellas digitales de ADN para identificar a un individuo por su ADN.

Y así, estas secuencias resultan tener una función / propósito después de todo. Permiten a los investigadores criminales modernos identificar criminales (y víctimas) y mejorar la precisión de nuestros sistemas legales.

¿Qué pasa con esos genes duplicados muertos?

Bueno, rastrear esas duplicaciones y compararlas entre diferentes linajes es una de las líneas de evidencia que permite a los biólogos evolutivos determinar qué linajes comparten líneas de descendencia común y qué puntos en el tiempo.

¿Ves lo resbaladizo que puede ser tratar de definir “función” y “propósito”?

Buena pregunta. La verdad sincera es que nadie lo sabe y hay muchas discusiones sobre el tema, con casi tanto calor como luz.

Algunas de las otras respuestas van a extremos absurdos para decir que todo tiene un propósito. Asumamos una definición razonable de que “propósito” significa bajo selección evolutiva positiva. La evolución no puede prever el futuro, por lo que cualquier rescate de un pseudogene en una fecha posterior no cuenta como una función para ese pseudogene ahora. Aún más absurda es la idea de que si algo puede ser usado por algo tiene un propósito, solo porque los humanos pueden usar un poco de ADN para encontrar humanos o las bacterias encuentran que ese poco de ADN útil para consumir no lo hace útil, a menos que usted quiere que “propósito” tenga una definición que sea una tautología (“existe, por lo tanto tiene un propósito”).

Hay buenas razones para pensar que parte del ADN no contribuye a la supervivencia de la especie, aunque demostrarlo es muy difícil. Primero, organismos muy similares pueden tener tamaños de genoma muy diferentes. El pez globo Fugu tiene un genoma de aproximadamente una décima parte del tamaño de otros peces, pero no es más simple en fisiología de ninguna manera simple. En segundo lugar, si observamos en humanos, hay regiones que faltan en otros individuos: variantes de número de copias (CNV). Hay un gran esfuerzo para vincular las CNV con la variación fenotípica y algunas probablemente son muy importantes, y otras muy probablemente no. Algunas CNV son deleciones y otras pueden ser nuevos lúpulos de transposones o inserciones de pseudogenes. Además, hay grandes secciones de heterocromatina, ADN que no tiene genes y probablemente no tiene ningún propósito, aunque demuestra que es muy difícil en cualquier lugar y probablemente imposible de hacer en humanos. Finalmente, hay cromosomas Y en algunos insectos que parecen ser completamente prescindibles.

Tratar de definir funcional también está enturbiado por regiones que muestran una gran variación que es poco probable que muestre un efecto funcional. Por ejemplo, los cromosomas Y necesitan centrómeros y, por lo tanto, el ADN centromérico está bajo selección. Pero la longitud de los centrómeros Y muestra una gran variación: cientos de kilobases.

Del mismo modo, puede haber muchos casos en los que el genoma humano ha llegado a acomodar parásitos de ADN que no cumplen una función directa, pero ahora la adaptación a la presencia de esos elementos significa que el elemento no puede perderse fácilmente. Por ejemplo, supongamos que un pseudogen transcrito está absorbiendo algún factor regulador clave, como un micro ARN. Una adaptación simple a ese elemento es regular al alza el micro ARN para que haya suficiente disponible. Sin embargo, elimine ese sumidero de pseudogen y el micro ARN será demasiado abundante, lo que podría causar una regulación errónea del gen funcional.

Quizás la mejor conclusión es que hay regiones para las cuales nuestra mejor hipótesis es que no tienen función, pero que siempre debemos considerar que es una conclusión muy preliminar que podría ser fácilmente revocada por nueva evidencia.

En los humanos es casi el 98% del ADN total, mientras que en las bacterias el 2% del material genético es basura.

La porción de ADN que se conoce como ADN basura se creó a través de la transposición . La transposición es el movimiento de secciones de ADN a diferentes posiciones en el ADN.

Si esta actividad de transposición ocurre en una célula que produce óvulos o espermatozoides, el ADN resultante también se transfiere a la descendencia.
Esto simplemente significa que con el paso del tiempo y las sucesivas transposiciones en la descendencia, la cantidad de ADN basura continuará aumentando.

Descubrir más-

Ya hay varias buenas respuestas, así que solo quiero señalar un punto que nadie ha mencionado hasta ahora.

Existe una clase de genes, llamados elementos transponibles, que pueden considerarse como un tipo de parásito. A veces se les llama retrotransposones o genes saltadores. Estos son genes cuya función principal es crear copias de sí mismos en su ADN. Se cree que en su mayoría son inútiles para los organismos que los tienen, pero hay excepciones a esa regla (Elemento transponible – Wikipedia).

Aproximadamente el 45% del genoma humano consiste en estas secuencias repetitivas móviles ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc …). No estaría lejos de la verdad decir que esto establece un límite inferior para la fracción de ADN humano que no tiene un propósito útil.

Para agregar el resto de las respuestas aquí, simplemente no lo sabemos. La biología es una ciencia difusa. Es una ciencia muy difícil de realizar porque involucra muchas disciplinas (química, física y (en algunos casos) psicología). El hecho de que no podamos observar físicamente la biología molecular en tiempo real en alta resolución dificulta que los cerebros humanos lo entiendan completamente.

Salvo un gran avance en los juegos de herramientas de biología, probablemente tomará siglos comprender cómo funcionan todas las partes móviles. Hay demasiados factores a tener en cuenta para comprender completamente la biología molecular.

Ninguna. Piense en la forma en que el ADN funciona como una unidad de desvío de señalización simultánea en lugar de un cuerpo con muchas secciones con funciones únicas y específicas con respecto a cada terminal. No es como un individuo con un depósito de grasa más alto de lo normal o alguien con un dedo seis en su mano izquierda. Cada microbit de su ADN funciona como una unidad de señalización siempre alterna para inducir innumerables expresiones de ARNm y procesos de codificación de proteínas que nos separan de los simios y los plátanos.