A genetikai ismeretek fontossága

Az MTA honlapján szenzációs cím hívja fel a figyelmet egy új tudományos eredményre: „Forradalmian új genetikai öröklésmenetről számoltak be magyar és francia kutatók a Nature Geneticsben”. Bevallom, némi hitetlenkedéssel fogadtam a hírt, mert egyrészt a genetika már több mint 100 éves tudományág, amelyben ma már nem mindennapos egy forradalmian új öröklésmenet felfedezése. Másrészt pedig a Nature Genetics a világ vezető tudományos folyóirata genetikában, amit rendszeresen átnézek, és bizony nekem nem tűnt fel a forradalmian új öröklésmenet a magyar és francia szerzők „Mutation-dependent recessive inheritance of NPHS2-associated steroid-resistant nephrotic syndrome” című közleményében.

A híradásból kiderül, hogy a szóban forgó közleményben a szteroid-rezisztens nefrotikus szindróma (SRNS) kialakulásában szerepet játszó NPHS2 gén mutációit tanulmányozták, és „olyan genetikai polimorfizmust írtak le, amelynél a betegség tüneteinek megjelenése a társuló genetikai mutációktól függ. Egyes mutációk társulásakor kifejlődik a kórkép, míg mások esetében lehetséges a csendes, tünetmentes "együttélés"”. A forradalmian új genetikai öröklésmenet lényege tehát, hogy az NPHS2 gén bizonyos allélkombinációi mutáns fenotípust eredményeznek, míg mások nem. Más szóval: bizonyos allélpárok nem komplementálják, míg mások komplementálják egymást. Mivel itt egy gén különböző alléljei között figyelhető meg komplementáció, a jelenséget interallélikus, vagy intragénikus komplementációnak nevezzük. Forradalmian új? De hisz már 50 éve ismerjük…, és a genetika alapkurzus része a világ számtalan egyetemén. Íme, egy rövid összefoglaló az interallélikus komplementációról:

Az elnevezés jelzi, hogy egyazon gént érintő mutánsok komplementációjáról van szó, noha mindkét allél mutáns génterméket eredményez. A jelenséget először a 1960-as években írták le (Kapuler és Bernstein, 1963), és az első magyarázatokat Brenner, Fincham (Fincham and Coddington, 1960) és Crick szolgáltatták (Crick and Orgel, 1964). Az interallélikus komplementációt tipikusan fehérje multimerizációhoz, azaz fehérjekomplexek kialakulásához kötik, azonban előfordul monomer fehérjék esetében is, sőt a kétféle jelenség kombinációja is megfigyelhető. Fontos még azt is megjegyezni, hogy az interallélikus komplementáció mindig csak a mutánsok egy csoportjára és azon belül is csak bizonyos mutánspárokra teljesül. Mechanizmusát tekintve a következő eseteket különböztethetjük meg:

1. Hibrid multimerek alegységei közötti komplementáció: Számos enzim több, azonos polipeptidláncból, alegységekből épül fel. Egy-egy alegység önmagában biológiailag inaktív. A különböző mutációk az alegység eltérő részeit érintik. Transzheterozigótákban komplementációt tapasztalunk, ha két mutáns alegység biológiailag aktív enzimet hoz létre annak ellenére, hogy egyazon cisztronban fekszenek. Ebben az esetben az interallélikus komplementáció magyarázata az alegységek egymást kiegészítő kölcsönhatása, az ún. konformáció korrekció. Röviden ez annyit jelent, hogy az egyik alegység korrekt térszerkezetű része helyes térszerkezetet „kényszerít” a szomszédos alegység torz részére.

Klasszikus példa erre a mechanizmusra a Neurospora crassa glutaminsav dehidrogenázát (GDH) kódoló gén mutáns alléljainak viselkedése (Fincham and Coddington, 1963). Az am1 mutáns jó térszerkezetű, de hibás aktív centrumot hordozó alegységet határoz meg. Az am3 mutáns alegység térszerkezete torz, ami az aktív centrum működését is gátolja. Az am1 és az am3 mutánsok komplementálják egymást am1/am3 transz konfigurációban és kialakulhat a nyolc alegységes hibrid enzim, amely aktivitása eléri a vad típusú aktivitás 10%-át.

2. Különböző funkcionális domének közötti komplementáció: Egy gén különböző mutációi között akkor is tapasztalhatunk komplementációt, ha a mutációk a kódolt fehérje különböző funkcionális doménjeit érintik.

Klasszikus példa erre a mechanizmusra a beta-galaktozidáz enzimmel kapcsolatosan leírt alfa-omega komplementáció (Ullmann, Jacob and Monod, 1967 és Celada, Ullmann and Monod, 1974). A beta-galaktozidáz monomer öt moduláris domént tartalmaz, amelyek egymástól függetlenül képesek térszerkezetük kialakítására (Jacobson et al., 1994). Az aktív enzim egy homotetramer. A lacZ génnek (amely a geta-galaktozidázt kódolja) ismert két deléciós mutáns változata, amelyek közül az egyik az első domént (alfa peptid), a másik az utolsó domént (omega-fragment) ejti ki a fehérjéből. Mindkét mutáns fehérje inaktív, azonban a két mutáns változat Δalfa/Δomega transz helyzetben komplementálja egymást és a sejtekben aktív homotetramer enzim képződik.

3. Eltérő protein izoformák közötti komplementáció: Egyetlen lókuszról több géntermék is képződhet alternatív promóter-használat és alternatív splicing eredményeként. Az elsődleges RNS-ek eltérő érési folyamatai, de különösen az interallélikus transz-splicing lehetővé tesz komplementációt olyan mutációk között, amelyek eltérő promótereket és alternatív exonokat érintenek, azaz a különböző izoformákban található domének funkcióját gátolják. Ez a 2. mechanizmus változatának tekinthető, avval a különbséggel, hogy itt az eltérő domének különböző izoformákban találhatók. Egy tipikus példa erre a jelenségre a lola gén esete, amely legalább 20 protein izoformát kódol. Ezek mindegyike ugyanazt az N-terminális konstans régiót és különböző C-terminális variábilis régiót tartalmaz. Transz-splicing interallélikus komplementációt tesz lehetővé olyan mutációk között, amelyek egyike a konstans régiót, a másik pedig a variábilis régiót érinti (Horiuchi et al., 2003).

4. Párosodás-függő (transzvekciós) komplementáció: Transzvekció az a genetikai jelenség, amelyben egy gén megnyilvánulása függ a transz helyzetű alléljai kölcsönhatásától. A kölcsönhatás interallélikus komplementációt eredményezhet a homológ kromoszómák szomatikus (és meiotikus) párosodásával, ami elmarad, ha a kromoszómák párosodása gátolt. A jelenséget Ed Lewis (1954) írta le először a Drosophila UBx mutánsok genetikai analízise során. A párosodás-függő komplementációt a cisz-szabályozó elemek (pl. enhancer) ama képessége teszi lehetővé, hogy képesek hatni transz-helyzetű, azaz a homológ kromoszómán található célpromóterükre is (Geyer et al., 1990). Lényeges megjegyezni, hogy ebben az esetben a komplementáció nem fehérjeszinten valósul meg.

Bizony, jó lett volna, ha utalnak erre a szerzők, vagy a kézirat bírálói, esetleg a Nature Genetics szerkesztői emlékeztetik őket erre. A közlemény végén a szerzők kihangsúlyozzák vizsgálatuk jelentőségét: mind a klinikumban, mind pedig megfelelő genetikai tanácsadáshoz alapos genetikai ismeretekre van szükség. Ebben egyetértünk.

Azonosították az eddigi legnagyobb vírust - 30 000 évig őrizte fertőzőképességét

Pithovirus sibericum

A vírusokat sokáig parányi (0.2 mikronnál kisebb)  képződményeknek tartották és genetikailag is egyszerűnek tűntek, hisz mindössze néhány gént tartalmaztak. Ez a kép jelentősen megváltozott az utóbbi tíz évben, mert sikerült azonosítani olyan megavírusokat, amelyek gigantikus fizikai és genomméretükkel tűntek ki, és szinte mindenben eltértek attól, amit a vírusok jellegzetes attribútumainak tartottunk. A pandoravírusok mérete például eléri az egy mikrométert, amely baktériumi méretnek számít, és mintegy 2500 gént tartalmaznak. Ezek a vírusok tehát már se nem aprók, se nem egyszerűek. Érdekes, hogy éppen hatalmas méretük miatt voltak képesek ilyen hosszú ideig elrejtőzni: a kutatók olyan mintákban kerestek vírusokat, amelyekből finom szűrőket használva, eltávolították az ismert mikroorganizmusokat (baktériumokat, gombákat és más egysejtű élőlényeket), no és persze mindent, ami a baktériumok mérettartományát elérte, vagy meghaladta.
Egy mostanában megjelent közleményben francia és orosz kutatók a szibériai Chukotkából származó, 30.000 éves, fagyott talajból készítettek mintákat, és ezekhez kevertek amőbákat, majd pedig az amőbák lizátumában vizsgálták a fertőző ágenseket. Így sikerült azonosítani egy új DNS vírust, amely a Pithovirus sibericum nevet kapta. Az új vírus hengeres alakú, hossza 1,5 mikron, szélessége pedig 0,5 mikron, tehát fénymikroszkóppal vizsgálható, genomja pedig mintegy 600 gént tartalmaz. Furcsaságuk, hogy génjei és fehérjéinek jelentős része nem mutat hasonlóságot eddig ismert szekvenciákkal, tehát az eddigi vizsgálatok alapján egyetlen ismert víruscsaládhoz sem tartoznak.

Demokrácia

Barnalábú makákók (Macaca tonkeana)

A demokrácia lényege, hogy egy közösség tagjai részt vesznek a közügyek eldöntésében. A döntést többségi szavazatokkal vagy közös megegyezéssel hozzák. Ha jól emlékszem, történelemből azt tanultuk valamikor, hogy a demokrácia legkorábbi példái az ókori görög politikai életben jelentek meg. Vajon valóban így van ez?

A közösségalkotó állatok egyedeinek szinkronizálniuk kell tevékenységüket, hogy a közösség fennmaradjon. Hogyan történik például egy csoport helyváltoztatása? Nyilvánvaló, hogy nem mehet mindenki arra, amerre akar, mert akkor a csoport szétesne. Hogyan döntik el, hogy merre induljanak? Egy érdekes közleményre bukkantam, amelyben barnalábú makákók (Macaca tonkeana) helyváltoztatását vizsgálták, és a kutatóknak sikerült választ találni erre a kérdésre.

Megfigyelték, hogy egy csoport mozgásba lendülését jellegzetes kezdeményező viselkedés előzi meg. Ennek lényege, hogy a kezdeményező néhány méterre eltávolodik a csoporttól egy általa választott irányba, miközben pillanatokra megtorpanva hátranéz társaira. Ha ezt az invitálást a többiek elfogadják és követik őt, a döntés megszületik, és a csoport útnak indul.

Ha két, vagy több kezdeményező különböző irányokba akar elindulni, akkor több-kevesebb követőre találnak, de a csoport nem esik szét, mert ilyenkor a legnagyobb létszámú csoport akarata érvényesül. Úgy tűnik, hogy a majmok képesek megszámolni, hogy hányan vannak az egyes csoportokban, majd a kisebbség követi a többséget. Tehát a többség dönt. Hát mi ez, ha nem demokrácia?

Február 12: Darwin Nap

Evolúció

Kellemes Ünnepeket!

Tetovált gyümölcslégy

Goniurellia tridens

Frederick Sanger 1918 - 2013

Mesterséges evolúció: a háziasítás

A selyemlepkét (Bombyx mori) mintegy 5000 évvel ezelőtt kezdték el tenyészteni Kínában a hernyók által készített selyem miatt. A hernyók által szőtt gubó egyetlen vékony selyemfonalból áll, amelynek átlagos hossza 400-1000 m. A lárvák tápláléka szinte kizárólagosan az eperfa levele. A tenyésztett selyemlepkét a vadon élő Bombyx mandarinaból háziasították. Ennek eredményeként a ma élő egyedek gyorsabban növekednek, nagyobb a szaporaságuk, nagyobb gubót fonnak és betegségekkel szembeni ellenállóképességük is jobb, mint vadon élő rokonaiknak, viszont elveszett ragadozóikkal szembeni félelmük és repülőképességük is. Ez utóbbi tulajdonságaik miatt túlélésük teljes mértékben emberfüggő és már nem fordulnak elő a természetben.

Időközben a selyemlepke kiváló laboratóriumi modell organizmussá vált több kutatási területen is, és teljes genomszekvenciáját 2008-ban közölték. Az első rovarferomon a bombykol izolálása és kémiai meghatározása a selyemlepkékből történt. Egy új tanulmány szerint, amit német és japán kutatók végeztek, a háziasított állatok sokkal kevesebb szagérzékelésre szolgáló érzékszőrrel rendelkeznek, ami szaglásuk jelentős romlásával jár együtt. Ez avval magyarázható, hogy több ezeréves tenyésztésük során e képességükre már nem volt szükség, hisz készen, rágószervük elé tálalva kapták táplálékukat.

Az előzőek alapján meglepő, hogy szexferomon termelő és érzékelő képességük nem csökkent az idők folyamán, noha erre sem volt szükségük, hisz a hímek és a nőstények találkozásáról a tenyésztők gondoskodnak. Kiderült, hogy a feromon nem csak a hímek csábítására szolgál, hanem a párzási magatartás kiváltására is, így nélkülözhetetlen maradt a szaporodáshoz.

Egyszerűből bonyolult???

Jeszenszky Ferenc

Jeszenszky Ferenc szerint "a termodinamika azt tanítja, hogy a spontán természeti folyamatok mindig abba az irányba mutatnak, hogy a bonyolultból egyszerű lesz és az egyszerűből pedig nem lehet bonyolult.
Következésképpen az egész evolúciós elképzelés ebből a termodinamikai szempontból nézve képtelenség."

Ha azonban tényleg szétnézünk a természetben, akkor bizony számtalan olyan jelenséget figyelhetünk meg, amelyek során bizony úgy tűnik, hogy egyszerűből bonyolultabb lesz, mégpedig sokkal bonyolultabb. Csak néhány példa ezek közül:

Lehetséges, hogy a természet rendszeresen megszegi a termodinamikai törvényeket?

Netán Jeszenszky Ferenc kreácionista, fizikusi végzettsége ellenére sem volt tisztában a termodinamikával?