tg-cbmass-20121025

Talán már kicsit elcsépeltenek számít az "epikus" jelző, mással azonban mégsem tudnám igazán jellemezni a Sir David Attenborough által készített, és immár három évtizeden átnyúló "Life", azaz "Élet" sorozatot. A sorozat nem is elég pontos meghatározás ez esetben, hiszen itt sorozatok sorozatáról van szó, ami az "Élet a Földön"-nel (Life on Earth) kezdődött 1979-ben és idén a kétéltűek és hüllők életét bemutató "Hidegvérű élet" (Life in Cold Blood) bemutatásával ér véget.

Kevés olyan ember él ma a Földön, aki akár megközelítőleg is annyit tett volna az élővilág és a természetismeret széleskörű népszerűsítéséért mint Sir David, és stílszerűen ez talán ott érhető leginkább nyomon, hogy a pár évvel ezelőtti "Madarak élete" sorozatot forgató csapat egyik pozíciójának betöltésére nem kevesebb mint háromezerszeres (!!) túljelentkezés volt.

Szintén stílszerű, bár sajnos egy teljes más síkon, hogy a legveszélyeztetettebb (kétéltű) csoportról szóló filmsorozat már bemutatásakor azzal a sajnálatos ténnyel reklámozhatja magát, hogy a forgatás óta a film egyik szereplője már a kihalt fajok listáját gazdagítja...

(Néhány kapcsódó videó a YouTube-on.)

Darwin óta a biológia egyik központi kérdése, hogy apró, fokozatos változások során hogyan jönnek létre a nagy küllembeli különbségek. És ugyan az ún. "hopeful-monster" elmélet (amely szerint a nagy és drámai változások hirtelen jelentek meg, kvázi egyetlen mutáció révén) időről időre felüti a fejét (most épp a Jerry Coyne ostorozza az elmélet híveit a The Loom-on), mára a többségi konszenzus a gradualitás mellett van.

Az ilyen drámai változások vizsgálatában az talán a legnehezebb, hogy a két fajt nem keresztezhetjük egyszerűen, hogy aztán klasszikus genetikai térképezés során megkereshessük a változás genetikai okait. Marad tehát az ún. "candidate approach" , vagyis olyan géneket veszünk szemügyre, amelyekről tudjuk, hogy a két faj egyikében szerepet játszik a szóbanforgó testtáj fejlődésében. S hogy hagyjuk az elvont általánosításokat , lássunk egy konkrét példát: a denevérszárny kialakulását.

Ha összehasonlítjuk a denevérek és az egerek mellső végtagját, a bőrredők mellett a legfeltűnőbb különbség, hogy a denevérek "keze" sokkal hosszabb. Mivel egerek (és emberek) esetében a csontok fejlődésében egy Bone Morphgenetic Factor (BMP) fedőnevű molekulacsalád kiemelt szerepet játszik, a "candidate approach" keretében természetesen erősen ezekre a fehérjékre koncentráltak. Az eredmény egyrészt igazolta a módszer hatékonyságát, hiszen a denevérek mellső végtagjaiban valóban jelentősen megnőtt a BMP-khez kapcsolható jelátviteli útvonalak aktivitása, másrészt arra nem adott konkrét választ arra kérdésre, hogy pontosan mi okozta ezt a növekedést. A BMP-kódoló génekben következett be valami mutáció, vagy az őket is szabályozó transzkripciós faktorok valamelyikében.

Ezt eldöntendő, egy amerikai csoport a BMP-szabályozó képességéről ismert Prx1 transzkripciós faktort kezdte vizsgálni. A Prx1 jó helyen és időben fejeződik ki a végtagokban: pont a növekedési fázis során, a növekedésért felelős, központi régió közelében. Ráadásul, ha hiányzik, az egerek keze-lába jelentősen rövidebb lesz.

Először a Prx1 denevér megfelelőjét különítették el, megvizsgálva a genomi szerkezetét és a kifejeződési mintázatát. Utóbbi igencsak ígéretesnek mutatkozott, mert nemcsak hogy jelen volt a fejlődő szárnyban, de lényegesen szélesebb tartományt fedett le, mint egerekben. Következő lépésben izoláltak egy-egy olyan szabályozó szekvenciát (enhancert), amelyik egerekben illetve denevérekben a gén kifejeződésének pontos helyét regulálják, és az egér enhancert kicserélték a denevér-specifikus enhancerre.

Az így létrehozott egerek (BatE/BatE) mellső végtagja hosszabnak bizonyult a normális (+/+) egérkarnál (hogy a már említett Prx1 mutánsokról (-/-) ne is szóljunk), és ez a változás azzal volt összefüggésben, hogy fejlődésük során a csontok több osztódó sejtet tartalmaztak - épp mint a denevér-mellsővégtag esetében. Vagyis, a jelek szerint Prx1 denevér specifikus enhancere tartalmazza az egyik (de naná, hogy messze nem az egyetlen) olyan apró változást, ami felelőssé tehető a szárny és a mellső mancs közötti alaktani különbségért.

Az egyetlen meglepetés akkor érte a kutatókat, amikor kitörölték az egérs-specifikus Prx1 enhancert, de nem ültettek semmit a helyére. Intuitív módon azt várná az ember, hogy a Prx1^-/- mutánshoz hasonlóan, ez a genetikai változás is rövidebb végtagokat eredményez, de nem ez történt: ezek az egerek (Enh/Enh) pont ugyanakkora végtaggal rendelkeztek, mint nemmutáns társaik. A jelenség pontos oka nem ismert, de a legvalószínűbb magyarázatnak az tűnik, hogy a kutatók által izolált enhancer legalábbis az egerekben "redundáns", vagyis más enhancerek is ellátnak hasonló funkciót, így azok kárpótolni tudták a kieső szabályozó szekvenciát a mutánsokban. Hogy ez igaz vagy sem, az majd akkor válik el, ha megtalálják a további Prx1 enhancereket. 

A franciák olasz betegségnek ("mal napolitaine"), az olaszok "francia betegségnek" ("mal francese") hívták, ahogy a spanyolok, a németek és az angolok is. A portugálok és hollandok a spanyolokat hibáztatták érte, a lengyelek a németeket, az oroszok a lengyeleket, a törökök pedig a keresztényeket cakkompakk. S bár nálunk egyszerűen "vérbaj" néven fut, a fenti névkavalkád részben jól tükrözi, hogy a szifilisz milyen utat járt be az öreg kontinensen. Egy dolog azonban máig sem tisztázott: pontosan honnan is ered a kór.

A betegséget egy Treponema pallidum pallidum nevű bakteriális kórokozónak köszönhtejük, amelynek jellegzetes spirális alakja a spirochaeta baktériumok közé helyezi. Ez a különleges, dugóhózószerű alak (egy forgó mozgás keretén belül) egyben biztosítja a baci helyváltoztatását is. A szervezetbe jutva a kórokozó a vér- és nyirokszervekben tenyészik, illetve krónikus betegség esetén sok esetben végül az idegrendszert is megtámadja.

Az szifilisz első hitelt érdemlő leírása nemsokkal Kolumbusz Újvilágból való visszatérte után készült Nápolyban és ez volt az egyik ok, amiért sokan Amerikában sejtették a szifilisz eredetét. Ezt látszott alátámasztani az is, hogy az indiánok körében viszonylag gyakori a 0-s vércsoport, ami relatív védelmet nyújt a betegség ellen. Ugyan ez még mindig csak közvetett módon igazolja az amerikai eredetet, mégsem állt jobb bizonyíték a rendelkezésünkre, ui. a közvetlenebb molekuláris rendszerezási nekifutások eddig rendre csődöt mondtak. Utóbbinak az oka abban keresendő, hogy mind a szifilisz, mind a T. pallidum más alfajai által okozott frambőzia (yaws), pinta és bejel ellen igencsak sikeres írtóhadjáratot folytatott a WHO az ötvenes és hatvanas évek során a WHO, így ma már ritkán fordulnak elő - ergo nehéz megfelelő minőségű mintát találni.

Az említett betegségek egyébként tüneteikben szinte megkülönböztethetetlenek a szifilisztől, lényeges eltérést csak terjedési módjukban van: míg a szifilisz nemi kapcsolat útján terjed és a fertőzés környékén gyakran ronda fekély alakul ki, a három rokon betegség továbbításához sima bőrkontaktus is elég (a szifilis későbbi fázisaira jellemző bőr alatti gümők itt is kialakunak). Pontosabban egy, igen fontos kivétel létezik a fenti szabály alól: pár éve egy Guyana őserdeiben élő benszülött törzs gyerekeiben figyelték meg a frambőzia egy új formáját. Ez szintén egyszerű érintéssel terjed, de a fertőzés helyén fekély alakult ki! Már ez önmagában is megalapozta a gyanút, hogy a frambőzia és a szifilisz közti átmenetről lehet szó, és ezt látszanak igazolni a napokban közzé tett (részleges) molekuláris vizsgálatok is.

Utóbbiak fényében rekonstruálni lehet, a szifilis kialakulását: az ős egyértelműen a ma Afrikában és DK-Ázsiában endemikus frambőzia lehetett. Valószínűleg ez a betegség több ezer évenkeresztül "élt együtt" az emberekkel, és így juthatott el velük együtt az amerikai kontinensekre is. Ott adaptálódott a lokális körülményekhez, ami sok helyen trópusi klímát jelentett , majd végül innen sikerült keresetlen potyautasként felkerülnie az Amerikát felfedező európai hajókra. Mikor azok visszatértek hazájukba, a kórokozó hirtelen kényelmetlen helyzetbe került: a meleg, párás viszonyokat hirtelen, hűvös és gyakran száraz éghajlat váltotta fel. Csak egy kiút kínálkozott a fennmaradáshoz: meglelni azokat a zugokat, amelyek leginkább hasonlítottak az trópusi körülményekhez - és ezek történetesen az ivarjáratok lettek.

A történetnek egyetlen kis hibája van: a molekuláris adataokhoz használt guyanai minta viszonylag rossz minőségű volt, így csak rövidebb szakaszokat tudtak a kórokozó genomjéból megszekvenálni az Emory egyetem kutatói. Pechjükre ráadásul az említett bennszülött törzset azóta a jelek szerint sikeresen kikúrálták a WHO emberei néhány adag penicillin segítségével, így félő, hogy több mintavételezésre nem is lesz esély. 

Az őssejt kutatás által belengetett talán legnagyobb ígéretek egyike, hogy egy szép nap a szerv-donor bizniszt, minden vele járó technikai nehézséggel, várólistávat ill. gyakran korrupciógyanús ügyelettel együtt a múlt időbe helyezve, gyors és egyénreszabott szerveket biztosíthat minden rászorulónak.

Az elv természetesen rendkívül egyszerűen hangzik: csak egy megfelelő alakú vázat kell biztosítani, és a megfelelő tápoldatokban nevelgetett őssejtek majd szépen belakják azt, funkcionális szerveket hozva létre. Ha jobban megnézzük, ez rögtön három konkrét dolgot vet fel persze: honnan szerezzünk megfelelő őssejteket, mi legyen a tápoldatban és főként, hogy hozzuk létre azt a "megfelelő alakú vázat".

Az első két problémára még csak-csak megoldást kínálnak a "klasszikus" labor-felszereléssel (Petri csésze, lombik, stb.) történő kutatások, de az utóbbi jó pár esetben kemény diónak bizonyult. Egyszerűbb szerveknél, már léteznek sikeres megoldások, például húgyhólyagot már most is egész hatékonyan képesek létrehozni, de egy tüdő vagy szív bonyolultságú szervnél még nem nagyon tudunk megfelelő méretű, anyagú és bonyolultságú szerv-vázat kialakítani.

Egy-egy ilyen szerv ugyanis arányos nagyságú kamrák és adott vastagságú falak kavalkádjából épül fel, és egy ilyen összetett 3D váz készítése ma még meghaladja a képességeinket. Alternatív megoldás lehet a természet éltal már elkészített vázakat használni. Valami ilyesmire példa a múlt héten megjelent Nature Medicine cikk, amelynek szerzői egy 3 hónapos patkányból kivették a szívét, egy detergens segítségével kimosták belőle a sejteket, majd a megmaradt kollagén vázat (lásd jobboldalt fent) újszülött egér szívéből származó sejtekkel belakatták. Az eredmény néhány hét után egy szövettanilag egészen normális szív lett, amely megfelelő elektromos stimulus hatására meg is tudott dobbanni.

Az összehúzódás közel sem volt annyira erős, mint egy valódi felnőtt patkány szívében tapasztalnánk, de a 2%-os hatás is végetlenszer több, mint a 0%, ráadásul ez még csak a kezdet. A kísérletet végző csapat reményei szerint 10 év múlva már átültetésre alkalmas emberi szívet is képesek lesznek így létrehozni. Persze kérdéses milyen vázzal, hiszen ha szó szerint a fent említett eljárást használnák, továbbra is szükség lenne egy donor szívére. Ezúttal azonban segítségünkre lehet, hogy a disznószív meglehetősen hasonló méretű és alakú mint a mi "ketyegőnk" (ezért is használják gyakran xenotranszplantációban), így minden valószínűség szerint, az emberi donorok kiküszöbölhetővé válnak.

Sőt, mivel az agyon kívül a fenti eljárás gyakorlatilag tetszőleges szervre alkalmazható (elvileg), az evidens orvosi alkalmazásokon túl talán az első lépést jelentheti Aubrey de Grey álma, az "elhanyagolható öregedés" (engineered negligible senescence) - kvázi örök élet - felé. Hogy ez egy jó és kívánt cél lehet/kellene legyen, az már más lapra tartozik...      

A szexuális szaporodás elengedhetetlen feltétele, hogy két, ellenkező nemű gamétát hordozó egyed valamiféleképpen összehozza ezeket az ivarsejteket. Ehhez nem árt valamiféleképpen szinkronizálni a gaméták kibocsájtását, különösen, ha egyesülésüket nem segítjük elő a (mint a mi esetünkben) belső megtermékenyítés biztosította fizikai közelséggel.

Egyes csalánozó fajok, mint a képen látható Cladonema, ezt úgy oldották meg, hogy egyszerre bocsájtják ki ivarsejtjeiket, hajnalban ill. alkonyatkor. Az adott napszakhoz köthető ívás időzítését elvileg kétéleképpen lehet megoldani: vagy egy belső óra segítségével mérjük a hátralevő időt, vagy pedig érzékeljük az adott napszakra jellemző fényviszonyokat és ennek függvényében indul a "tánc".

A Cladonema feltehetőleg az utóbbi megoldást választotta és ezt azért gondoljuk így, mert az ivarszervei környékén különleges, opszin tartalmú sejtek találhatók. Az opszinok fényérzékeny molekulák, amelyek kialakulása minden valószínűség szerint szorosan köthető a többsejtű állatok "fényérzékelő szervének" (azaz szemének) megjelenéséhez. Ennek megfelelően elsődleges előfordulási helyük a különböző szemek fényérzékeny sejtjeiben (fotoreceptoraiban) van. S ez épp annyira igaz a csalánozókra (akiknek meglepően komplex szemük van), mint ránk, emberekre.

Ezért is különleges a Cladonema ivarszerv-specifikus opszinja, amely a szekvenciavizsgálatok szerint a csalánozó szem-specifikus opszinjaiból jött létre az evolúció során. Egyébként ez a medúza igen csak bőven ellátott opszinokból: Walter Gehring csoportja nem kevesebbet, mint tizenyolcat lelt benne, a legtöbb szerepéről . Vizsgálatuk egyetlen (nagy) hiányossága, hogy az opszin tartalmú sejtek ívásban betöltött szerepét ők is leginkább csak sejtik a pozíciójuk alapján, az igazi funkcionális vizsgálatok (még ?) hiányoznak. A minimum az lett volna, hogy az új opszinok spektrális tulajdonságait górcső alá veszik, hogy valóban a hajnali/esti fény aktiválja-e ezeket a fehérjéket, de sajnos erre nem került sor. Szóval reméljük, még lesz folytatás, mert a téma érdekes.