2012. szeptember 24., hétfő

Centrális dogma

Centrális dogma
A lom DNS-nél (junk DNS) csak egyvalamit akartak többször megölni: a genetika és molekuláris biológia centrális dogmáját. Gyilkos szerszámként az adott időben legújabb felfedezéseket igyekeztek felhasználni. Ezek (a teljesség igénye nélkül) a következők voltak: reverz transzkriptáz és/vagy RNS vírusok, alternatív splicing, transzpozonok, epigenetika és legújabban a prionok. A kivégzés a mai napig nem sikerült, ami jelzi az elmélet (pardon, dogma) és szerzője zsenialitását. Történeti érdekesség, hogy a kilövés tervezői a legalapvetőbb feladatukról feledkeztek meg: a célpont azonosításáról. Így aztán szinte mindig téves célpontra, egy hasonmásra lőttek. Voltak, vannak, akik  azt hiszik, találtak és győzelemittas közleményekben mutatják be a hamis trófeát.
A centrális dogmát Francis Crick fogalmazta meg először egy tudományos konferencián 1957-ben, az erről készült közleménye 1958-ban jelent meg. Crick ezen a konferencián a fehérjeszintézissel kapcsolatosan két elképzelést ismertetett. Az egyiket szekvencia hipotézisnek, a másikat pedig centrális dogmának nevezte. A szekvencia hipotézis szerint a DNS specifitása bázisszekvenciájában nyilvánul meg, és ez a szekvencia kódként határozza meg a fehérjék aminosav sorrendjét. Ez tehát a szekvencia-információ lehetséges áramlási irányát adja meg. A centrális dogma a szekvencia-információ részletes, betűről-betűre történő átadásával foglalkozik. Ha ez az információ eljutott a fehérjéig, akkor onnan már nem juthat ki, azaz nem terjedhet fehérjéről fehérjére, vagy fehérjéről nukleinsavra.
A két hipotézis közötti különbséget Crick a következőképp foglalta össze: A szekvencia hipotézis egy pozitív állítás, amely kimondja, hogy a nukleinsav " fehérje irányú információáramlás létezik, míg a centrális dogma egy negatív állítás, amely szerint a fehérje " nukleinsav irányú információáramlás nem lehetséges. Más szóval, a nukleinsav " fehérje információáramlás egyirányú/irreverzibilis.
Szekvencia hipotézis
Némiképp bonyolódott a helyzet, amikor "A gén molekuláris biológiája" című könyvében James Watson az itt látható folyamatábrát nevezte tévesen centrális dogmának. Ebben az információáramlást leegyszerűsítve, kizárólag a DNS " RNS " fehérje útvonalon adja meg, ami így tulajdonképpen a szekvencia hipotézis sematikus formája, majd kifejti:
"A nyilak a genetikai információ szállításának irányát jelölik. A DNS körüli nyíl azt mutatja, hogy a DNS saját lemásolódásához szolgál mintaként; a DNS és RNS közötti nyíl pedig azt fejezi ki, hogy az összes sejtbeli RNS-molekula DNS-templáton készül. Ennek megfelelően az összes fehérje sorrendjét RNS-templát határozza meg. A leglényegesebb az, hogy mindkét nyíl egyirányú, azaz RNS-sorrend sohasem másolódik le fehérjemintáról; az RNS viszont sohasem lehet DNS mintája."
Ez a Watson-féle változat az, amelyre hivatkoznak azok, akik évi rendszerességgel megdöntik a centrális dogmát, noha minimális utánajárással kideríthető lenne az eredeti, helyes verzió. Sajnos ez a helytelen változat került be a legtöbb tankönyvbe, szakkönyvbe és lexikonba is, zavart okozva, vagy félrevezetve diákokat, hallgatókat, tanárokat és kutatókat is. Crick tisztában volt a felmerült félreértésekkel, és amikor az első támadások megjelentek a centrális dogma ellen, a Nature folyóiratban megjelent közleményében ismét kifejtette a centrális dogma lényegét, valamint felsorolta az evvel kapcsolatos leggyakoribb félreértéseket is.
Az 1960-as, 70-es és 80-as években a centrális dogma elméleti keretet adott a fejlődő genetikának és molekuláris biológiának. Mára szerepe megváltozott, inkább az említett tudományágak ikonjává vált. A Crick-féle eredeti verzióját a mai napig sem sikerült megcáfolni. Jó lenne, ha ez az információ eljutna minden tanárhoz, oktatóhoz, és szakóráikon a centrális dogma helyes definícióját oktatnák. Lehet, hogy ez már meg is történt? Kedves olvasó, végezzünk közösen egy felmérést: mindenki írja meg, hogy tanulmányai során melyik verzióval találkozott.

2012. szeptember 19., szerda

A százéletű „junk DNS” jól van, és MARAD!!!

Az elmúlt héten, az ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) nemzetközi genomvizsgáló konzorcium, a tudományra eddig nem jellemző elképesztő médiacirkusz keretében tárta nyilvánosságra legújabb eredményeit. A konzorcium egy igazi megatudományos vállalkozás, amelyben több mint 400 kutató fogott össze, hogy feltérképezze azokat a jellegzetességeket, jelszekvenciákat, amelyek segítségével értelmes(ebb) olvasmánnyá válhat az emberi genomszekvencia. Ezek a jelszekvenciák utalhatnak fontos funkciókra, azonban önmagukban nem bizonyítják ezeknek a funkcióknak a meglétét. A bizonyításhoz további kísérletes munkára van szükség.
Sajnos a médiacirkusznak köszönhetően a valóban hasznos eredmények háttérbe szorultak. Helyettük harsány közleményekben olvashatunk (például itt és itt) állítólag paradigma-rengető felfedezésekről. Ezek közös eleme a következő: a humán genom analíziséből kiderült, hogy a fehérjekódoló régiók aránya a DNS teljes mennyiségéhez viszonyítva mindössze egy százalék. Naiv kutatók ebből arra következtettek, hogy a génállománynak csaknem 99 százaléka csupán „szemét” (junk) DNS, és munkájukban kizárólag arra az 1%-ra koncentráltak. Szerencsére jött ENCODE, ahol a hulladéknak hitt 99 százalékot vizsgálták, és lám-lám, bebizonyították, hogy az emberi DNS legalább 80 százaléka funkcionális. Tehát megdőlt a naiv kutatók „junk DNS” elképzelése, mert a „szemét nem szemét”, így hát „a szemét DNS” kifejezés szemétbe dobható.
Ha a szóvivők, vagy spin doktorok csak erre képesek, akkor szerintem nincs szükség rájuk a tudományban. Most mindent elrontottak, mert a tudományra jellemző objektivitást feladva, téves és félrevezető információt közöltek a múltról és a jelenről is. A helyzet tisztázásához először a „junk DNS” jelentését kell egyértelművé tenni. Ezt a szerencsétlen elnevezést Comings és Ohno vezette be 1972-ben. Számukra, és a témával foglalkozó kutatók számára a „junk” nem szemetet jelentett (akkor a garbage, vagy trash kifejezést használták volna), hanem felesleges, limlom, ócska, vagy roncs DNS-t. Evvel a kifejezéssel azt a DNS-t illették, amely igen nagy mennyiségben található növényi és állati genomokban, de tulajdonsága és viselkedése alapján nem rendelhető egyértelműen biológiai funkció hozzá. A „szemét DNS” kifejezés egy torzított, köznyelvi változata a „junk DNS”-nek, és tovább nehezíti az eredeti elképzelés megértését. Mivel a megértés szempontjából fontos a különbségtétel, ennek szemléltetésére álljanak itt a Nobel-díjas Sydney Brenner szavai: „"Everyone knows that you throw away trash. But junk we keep in the attic until there may be some need for it".
Most menjünk vissza a „junk DNS” fogalom megszületéséhez. Már jóval a humán genom projekt előtt (az 1960-as években) ismert volt, hogy a különböző fajok genommérete hatalmas eltéréseket mutat, és ez nem arányos az élőlények bonyolultságával. Például egy tücsök genommérete több mint ötszöröse, az egysejtű amőba genommérete pedig nagyjából 200-szorosa az ember genomjának. Mivel a fajokra jellemző genomméret (C-érték) változatosságát kezdetben semmivel sem lehetett magyarázni, ezért ezt C-érték paradoxonnak nevezték. A következő lényeges megfigyelés az volt, hogy közel rokon fajoknak is nagyon eltérő a genommérete, akár 5-10-szeres különbséget is kimutattak. Ilyen esetekben nem lehetett ésszerű magyarázatot adni arra, hogy az egyik fajnak miért lenne szüksége 5-10-szer több funkcionális DNS-re, mint a másiknak. Tehát a közel rokon fajok között tapasztalható nagyfokú genomméret eltéréseknek kellett, hogy legyen nem funkcióval összefüggő magyarázata. Elképzelések születtek olyan neutrális folyamatok létezéséről, amelyek lehetővé teszik a genom kiterjedését, és az extra, közvetlen funkció nélküli DNS megtűrését és fenntartását a sejtekben. Ekkor jött Comings és Ohno, akik bedobták a „junk DNS” kifejezést az extra DNS jelölésére.
Persze hamarosan magyarázatot kaptunk a fenti jelenségre, és megoldódott a C-érték paradoxon is, az önsokszorozódásra képes mobilis genetikai elemek, a transzpozonok felfedezésével. Kiderült, hogy a növényi és állati genomok hatalmas mennyiségű mobilis genetikai elemet tartalmaznak. A mobilis elemek képesek bejutni a genomba, sokszorozódni és terjedni, majd pedig mutációk felszedésével elvesztik aktivitásukat, és hátrahagyják működésképtelen roncsaikat. A transzpozon roncsok mintapéldányai a lom DNS-nek, vagy roncs DNS-nek. Ezek teszik ki az emberi genom mintegy 50%-át. Ehhez jön még az inaktív víruseredetű szekvenciák tömege, és meghibásodott, és működésképtelen gének (pszeudogének) ezrei. Ez persze nem csak az emberi genomra érvényes. Minden esetben, amikor megvizsgálták az eltérő genomméretű organizmusokat, akkor a jelentős méretbeli eltérések magyarázata az eltérő roncsrakomány volt. Ezek erősen, vagy közepesen repetitív szekvenciák, amelyeknek tipikusan nincs biológiai funkciójuk. Persze, a lom, vagy roncs egyedi darabjai felhasználhatók meglévő, vagy új biológiai funkciók ellátására, mint ahogy a roncstelepen is található sok használható alkatrész. Ez az élőlények esetében sem meglepő, hisz ismert, hogy az evolúció „hozott anyagból” dolgozik, azaz azt használja fel, ami éppen rendelkezésre áll. Tucatszám tudunk olyan példákat, ahol ilyen újrafelhasználás megtörtént, azonban ezek a kivételt képezik és nem a szabályt.
Korábban, ha leírták a lom DNS egy-egy darabjának biológiai funkcióját, a média menetrendszerűen ugrott, és megjelent a szenzáció: lám-lám, a „junk” mégsem „junk”. Sajnos a jelenlegi médiacirkuszt nem lehet kizárólag az újságírók számlájára írni, mivel most kutatók is hozzájárultak az újabb mítoszteremtéshez. A Nature folyóirat ENCODE eredményeket magyarázó cikkében többek között ez olvasható: "One of the more remarkable findings described in the consortium's 'entrée' paper is that 80% of the genome contains elements linked to biochemical functions, dispatching the widely held view that the human genome is mostly 'junk DNA'." Ez bizony téves kijelentés, és félrevezető is, mert azt sugallja, hogy a „junk DNS”-nek eddig nem tulajdonítottak biokémiai funkciót. Valójában rendelkezik a legtöbb olyan biokémiai tulajdonsággal, mint amivel a genom többi része rendelkezik és amelyeket az ENCODE projektben vizsgáltak: átíródhatnak, módosulhatnak, kölcsönhatásba léphetnek DNS-kötő fehérjékkel, stb. Bármelyik biokémiai funkció léte azonban nem jelenti automatikusan azt, hogy egy adott DNS szekvenciának biológiai funkciója is lenne. Soha, senki sem állította, hogy a „junk DNS”-nek nincs biokémiai funkciója, csupán azt, hogy jelentős részének (a kooptált darabok kivételével) nincs közvetlen biológiai funkciója: nincs direkt hatása az organizmus fenotípusára, vagy rátermettségére.
Véleményem szerint a „junk DNS” elképzelés továbbra is, még az ENCODE eredmények ismeretében is, biztos lábakon áll. Az ENCODE funkció-meghatározása olyan tág, hogy magába foglalja a genom nem kódoló részét, a szabályozó szekvenciákat és … a „junk DNS”-t is. Ilyen befogadó funkció-meghatározás mellett a "80% funkcionális" érték alacsonynak tűnik, mivel legalább egy biokémiai funkció – a replikáció – alapján ez 100%. A „junk DNS” marad!