tg-cbmass-20121025

Craig Venterről sok mindent lehet mondani, de azzal nem vádolható, hogy nem gondolkozik nagyban. Bár koránt sem egy szerénységéről híres, könnyű jellem, azt senki nem tagadhatja, hogy elévülhetetlen érdemei vannak a új szekvenálási és DNS szintetizálási technikák kifejlesztésében (bár előbbiekkel első körben saját genomját igyekezett megfejteni).

És most eddigi pénzét és tudását (nem minden anyagi számítástól mentesen) egy érdekes és fontos területen kamatoztatta: Sorcerer II nevű hajójával előbb a Sargasso-tengeren, majd az Atlanti-óceán, Mexikói-öböl, Csendes-óceán útvonal 37 pontján igyekezett a mikrobiális közösségek genetikai összetételét meghatározni. Az eredmény igencsak impresszív: a Global Ocean Sampling Expedition (GOS) adathalmaza kilencvenszer nagyobb lett, mint az eddigi tengeri genom-adatbázisok. Ez a számok nyers nyelvén 6.3 milliárd bázispárt jelent, amelyek akár 1,700 új fehérjecsaládot tárhatnak fel előttünk. Ez még akkor is ígéretes, ha némi szkepticizmussal kezeljük a pusztán bioinformatikai jóslatokon alapuló becsléseket (a humán genom esetében kezdetben több mint 26,000 gént jósoltak, ahogy az eljárások finomodtak ez fokozatosan csökkent, ma pedig már "csak" 18,300 körül járunk): ennyi fehérje között jó eséllyel lehet olyanra lelni, amelyeknek komoly ipari alkalmazása lehet.

A szekvenciák zöme nem túl meglepő módon baktériumokból származik, ugyanakkor a GOS egyik érdekes hozadéka, hogy a jelek szerint sokkal több vírus is él a tengerekben, mint azt eddig gondoltuk (ennek pontos jelentősége még nem ismert).

Az adatok zöme a CAMERA honlapon keresztül érhető el, a projecttel kapcsolatos cikkeket pedig a PLoS Biology gyűjti.

Az IPCC jelentés februári, első része azokat a bizonyítékokat foglalta össze, amelyek alapján ma minden eddiginél biztosabbak lehetünk abban, hogy a globális felmelegedés valós és az emberiségnek része van benne. A napokban közzétett második rész a jövőbe próbál tekinteni és felmérni, hogy milyen hatása is lesz bolygónk lakóira a klímaváltozásnak.

A felsejlő kép nem valami vidám, az emelkedő hőmérsékletet (helytől függően) aszályok és árvizek, csökkenő terméshozam, járványok kísérik, s a jelek szerint ezek pont a ma legelmaradottabb országokat súlytják majd leginkább. Hogy a ma élő fajok 20-30 százaléka veszélyeztett lesz, emellett másodrangú problémának tűnik (de nem az!).

Kontinensekre lebontva mindez a következőképpen fest:

Afrika - A legszegényebb kontinens egyben a legveszélyeztetebb is. 2020-ra körülbelül 75 - 220 millió ember számára jelent majd gondot a napi vízszükséglet kielégítése. A mezőgazdaság a legtöbb helyen egyre lehetetlenebb helyzetbe kerül a csökkenő termőföld és rövidebb termésidőszak miatt (az esőtől nagyon függő területeken ezért a hozam akár 50%-al is csökkenhet). A század vége felé a tengerparti területeket egyre érzékenyebben súlytja majd a tengerszint lassú emelkedése (halászat ill. turizmus kerül veszélybe), az ez ellen való védekezés a GDP 5-10%-nak megfelelő összegbe kerülhet. Mindkét jelenség következményeként nő az alultáplált emberek száma, akik sokkal könnyebben megbetegednek.

Ázsia - A Himalája gelccsereinek olvadása helyi áradásokat okoz, a fedetlenül maradó sziklaoldalakon pedig gyakoriak lesznek a kőlavinák. Az édesvízkészletek a melegedés illetve növekedő népesség miatt egyre szűkösebbek lesznek, ennek hatása 2050-re akár egy milliárd embert is érinthet. A tengerpartok (különösen a sűrűn lakott delta-régiók) fokozottan áradásveszélynek lesznek kitéve (a heves monszunok miatt), amelyből kifolyólag valszleg megnő a vérhas és kolera megbetegedések száma. K- és DK-Ázsiában 20%-os mezőgazdasági hozamnövekedés, míg Közép- és D-Ázsiában 30%-os csökkenés várható - összesítésben több országban nagy az esélye az éhinség kialakulásának.

Ausztrália és Új-Zéland - 2030-ra Ausztrália súlyos és krónikus vízhiánnyal néz szembe, ezért az erdészet és mezőgazdaság durván visszaszorul. A biodiverzitás jelentősen csökken a Nagy Korallzátony és a queenslandi trópusi esőerdők területén. Új Zéland keleti része hasonló cipóben jár, de számukra legalább öröm az ürömben, hogy kezdetben a többi területen növekvő terméshozam várható.

Európa - Visszahúzódó gleccserek, csökkenő hósapkák. Az évszázad közepére a téli sportok szerelmeseinek jó eséllyel más kontinensre kell látogatniuk. A nyári hőhullámaok egyre kegyetlenebbek lesznek, még több emberéletet követelve. Délen a növekvő hőmérséklet egyre nagyobb aszályokat okoz majd, ezzel párhuzamosan pedig csökken a vízerőművek és a mezőgazdaság teljesítménye, egyre több erdőtűz és egyre kevesebb turista várható. Közép- és Kelet Európa szintén száraz és dög meleg nyaraknak néz elébe. Észak-Európa kezdetben a melegedés pozitív hatásainak örülhet: a hosszabb nyarak kedveznek a mezőgazdaságnak, de hosszú távon a talajerózió és téli áradások miatt nekik sincs okuk túlzottan optimistának lenniük.

Észak-Amerika - A következő évtizedek akár a mezőgazdaság kismértékű fellendülését hozhatják magukkal, de a nagy vízigényű és alacsony hőmérséklet-toleranciájú takarmányfajok egyre kevésbé lesznek használhatóak. A hegyekben csökken a felhalmozódott hómennyiség, így a nyugati államokban egyre kisebb édesvízkészleten kell egyre több embernek osztoznia. A városokban egyre durvább és hoszabb hőhullámokra van kilátás.

Latin-Amerika - A növekvő hőmérséklet és csökkenő talajvíz következtében kelet Amazóniában a trópusi esőerdőt felváltja a szavanna - ez minden jel szerint iszonyú biodiverzitás pusztulással jár majd. A szárazabb területek elszikesednek, amiből kifolyólag a legfontosabb takarmánynövények és velük együtt a háziállatok termékenysége lecsökken (ez egyetlen kivételnek a szója tűnik). A tenger emrelkedése a Közép-Amerikai korallszirteknek tehet be könnyen és a Csendes-óceáni halállományok elvándrolásával járhat. A gleccserek fogyása veszélybe sodorja a nagyobb édesvízkészleteket és az egyre vadabb viharok sem növelik a jó közérzetet.

Sarkok - A gleccserek és jégtáblák vastagsága és területe csökken, s ezzel párhuzamosan az itt élő fajok egyre nagyobb veszélybe kerülnek. Nő a partok közelében az erózió. (Kis pozitívum, hogy az itt élők fűtésszámlái csökkennek és eddig nem hajózható tengeri utak is megnyílhatnak.)

Kis, óceáni szigetek - Kvázi nekik a legszarabb. A területük fogyni fog, édesvízkészleteik csökkennek, nagyobb viharokra várhatnak. Ha ön itt él, kedves olvasó, kezdjen el a költözködés gondolatával megbarátkozni.

A jelentés szerint a Golf-áramlat a 21. században nem áll meg, csak lelassul, de Grönland jégtakarójának egy jelentős része elolvadhat.

Szóval a helyzet nem rózsás és az iromány sem egy könnyed esti mese, de mivel így képünk lehet arról, hogy mi várható, legalább tervezhetünk előre és felkészülhetünk a jövőre, hogy miképpen csökkentsük a folyamat negatív hatásait. Ennek részleteiről szól majd a jelentés május elején aktuális, harmadik része.

Mint azt minden természetjáró tapasztalhatta, a magashegyi környezet alacsony oxigéntartalma elég megterhelő a szervezet számára. Mivel a vér nem tud elegendő oxigént szállítani az izmokhoz, különösen az edzetlen túrázó a legkisebb megterheléstől is lihegni kezd, a legenyhébb szellőtől is elfárad. A probléma kiküszöbölésének egyik útja a rendszeres légzésszám megnövelése (ezt alkalmazzák a tibetiek), egy másik a vér vörösvértest (és ezen át hemoglobin) koncentrációjának felsrófolása (pl. perui indiánok), egy harmadik pedig a hemoglobin oxigénkötő képességének megvéltoztatása.

Utóbbit egy olyan amerikai egérfajban - a szarvasegérben (Peromyscus maniculatus) - figyelték meg, amely populációi a tengerszinttől egészen 4,300 méteres magasságig egyaránt előfordulnak, s így ideális alanyát képezik az összehasonlító populációgenetikai tanulmányoknak.

A szarvasegér két ügyes trükköt "alkalmaz". Egyrészt, más emlősöktől eltérően, a két, egymáshoz közel fekvő α-globin génje (5' és 3') nem teljesen egyforma, hanem ezek egyike ( a 3') egy olyan mutációt hordoz, amely révén megnövekedik az oxigénkötő affinitása. Ennek köszönhetően, az egerek alapból is kétfajta α-globin fehérjével rendelkeznek: egy kisebb affinitásúval, amelyik az oxigéndúsabb, tengerszinthez közelebbi környezetben ideális (mert könnyebben tudja leadni a szövetek oldalán az O₂-t), ill. a már említett nagyobb affinitásúval, amely a tegerszinttől távolodva válik egyre fontosabbá. Ez az adaptáció, amelyik mindegyik szarvasegér populációban jelen van, már önmagában is fontos, de egyedül nem tudná megmagyarázni a különböző magasságban élő egerek vérének oxigénmegkötő képessége között észlelhető különbséget.

Ehhez szükség van a második "trükkre", amely első pillantásra inkább csak az előző variálásának tűnhet, ugyanis újból olyan mutációkról van szó, amelyek az ominózus oxigénmegkötő képességet befolyásolják. Ezek azonban a másik (5') α-globin gént érinti, azt amelyiknek a mezei egerekben alacsonyabb az oxigenkötő képessége. Ennek a génnek ugyanis több változata (allélja) létezik, attól függően, hogy melyikben hány olyan mutáció fordul elő, amelyik növeli az oxigénmegkötő affinitásukat (és, ne feledjük, ezzel párhuzamosan csökkentik a leadóképességet a szöveteknél). A hegyen élő egerek között igen gyakori, hogy mind az öt, ismert mutáció együtt jelenik meg, míg a tengerszinten élőkben gyakran együtt hiányoznak - a köztes magasságokban pedig átmeneti kombinációk jelennek meg.

Mivel az egerek a Sziklás hegység oldalában folyamatosan jelen vannak a Nagy Síkságtól egészen több ezer méterig, elvileg a különböző allélok, az 5' α-globin  gén különböző változatai szabadon áramolhatnának a populációk között, hiszen annak semmi akadálya nincs, hogy egy-egy egér élete során pár száz métert kóboroljon valamelyik irányba (és ott szaporodjon). Az allélok jellegzetes rögzülése azonban azt bizonyítja, hogy a természetes szelekció adott magasságban egy adott allélt preferál, s aki mással rendelkezik az hátrányba kerül. 

Amikor világot látott szűk másfél éve a kutya genom már írtam, hogy a kutyatenyésztés tekinthető akár az emberiség egyik legrégebbi és egyben leglátványosabb genetikai kísérletének is. Az elmúlt néhány ezer év alatt létrehozott fajták formagazdasága egészen lenyűgöző, és elsőrangú példája annak, hogy mi mindenre képes a(z ez esetben mesterséges) szelekció.

Egyes kutyafajták olyannyira különböznek egymástól, hogy ha például a csivavát és a dán dogot csak csontjaikról ismernénk, igen jó eséllyel két különböző, bár rokon fajnak tartanánk. A két eb között a méretkülönbség óriási, s ezzel el is érkeztünk a mai poszt kérdéséhez: mi lehet ennek az eltérésnek a genetikai oka?

A válaszhoz lehetne alkalmazni a tüskéspikók esetében is alkalmazott technikát, (keresztezzük a szóbanforgó tulajdonság két szélsőségét, majd az unokáikban elkezdjük a méretet és az egyes kromoszómális markereket együtt vizsgálni, hogy beazonosítsuk a tulajdonságért felelős DNS szakaszt), de egy palotapincsi és bernáthegyi keresztezése azért akadályokba ütközik (főleg a pincsi oldalán). Ilyen esetben érdemesebb szerényebb célokat kitűzni kezdetben, hiszen, mint azt látni fogjuk, az így szerzett tudás is remekül hasznosítható lesz.

A kutatók ez esetben kezdetben a portugál vízikutyára öszpontosítottak, azon a nem elhanyagolható okból kifolyólag, hogy ez a fajta igen nagy méretbeli változatosságot mutat. A kis- és nagyméretű vízikutyák genetikai markereit összevetve, a 15. kromoszóma egy rövidke szakasza tűnt ki: az itt elhelyezkedő markerek egy jól meghatározható csoportja minden egyes kisebb ebben jelen volt, de gyakran hiányzott a nagyobb méretűekből. A szóbanforgó szakasz egy növekedési faktort, az insulin-like growth factor 1-t (IGF1) kódol, s ez a gén egyben igen logikus jelölt is a méretbeli különbségek okozására: az IGF1 nemműködő verzióját hordozó egerek (és emberek) lényegesen kisebbek mint normális társaik. A vízikutyák esetében azonban a "kis" allél is működőképes IGF1 fehérjét hoz létre, csak lényegesen kevesebbet, mint a "nagy", magyarán egy tipikus szabályozó-régió mutációval állunk szemben.

Persze kérdés, hogy mennyiben alkalmazható az egyetlen fajtából szerzett tudás a többiekre. Lehet, hogy a lecsökkent IGF1 szint más, aprónövésű fajtákban is fontos, de az is lehet, hogy azok egyéb okok miatt maradnak kicsik. A kérdést eldöntendő 143 kutyafajtát genotipizált végig a kutatócsoport és az eredmények szerint, a portugál vízikutyában talált "kis" IGF1 allél jelenléte ill. hiánya igen-igen jól korrelál a testmérettel. Jól, de nem tökéletesen (pl. a rottweilerek nagy többségében ez az allél van és mégsem kicsik), éppen ezért helytelen lenne az IGF1-t kinevezni A "méret-génnek". Mint minden komplex, sok árnyalattal jellemezhető tulajdonság, a testméret is sok géntől függ (azaz poligénes). Az azonban bizonyosnak tűnik, hogy ez közül az egyik kiemelkedően fontos, az IGF1.

Az élet egy harc, s itt most egészen prózai dologra gondolok: a nap minden órájában szervezetünk (és általában minden állati szervezet) kis betolakodók támadásának van kitéve, legtöbbször anélkül hogy tudnánk róla. Ezek az élősdik rendszertanilag rendkívül különböző csoportokból származnak, egy dologban azonban hasonlítanak egymásra: mind úgy "vélik", hogy belsőnk ideális körülményeket biztosít életciklusuk valamelyik szakaszához.

A legtöbb hívatlan vendég egyszerűen megtelepszik (ha sikerül), majd szaporodik, és terjeszkedik, környező fajtársaink mérsékelt örömére, közvetlenül megfertőzve őket. De néhány parazita egészen extravagáns életvitelt alakított ki, ahol különböző fajokban tölti le életének egy-egy időszakát. Ennek az ún. gazdaváltásnak a leghírhedtebb mestere a maláriás fertőzésekért felelős Plasmodium, de a szúnyogok természetes viselkedésére bazírozó taktika kifejezetten primitívnek tűnik más fajokéhoz képest. Utóbbiak ugyanis képesek egyes köztesgazdáik viselkedését gyökeresen megváltoztatni, biztos pusztulásba kergetve őket, hogy saját fennmaradásukat biztosítsák.

Ennek a taktikának az egyik tankönyvi példája a Dicrocoelium lanceolatum-hoz kapcsolódik. A mételyfaj elsődleges gazdája a birka, de életciklusának egy fázisában a köztesgazdája a hangya. A fertőzött rovarok igazi zombiként viselkednek: a fűszálak tetejére másznak rágóikkal görcsösen kapaszkodnak ahhoz, amíg egy arra járó bárány el nem fogyasztja őket.

Most úgy tűnik, hogy valami hasonlóra képes az elsősorban (de nem csak) macskákban élő Toxoplasma gondii is. Arra már korábban felfigyeltek, hogy a Toxoplasmával fertőzött patkányok és egerek, mintha kevésbé tartanának a macskáktól, de senki nem tudta biztosan, hogy miért van ez. Bár a teljes válasznak most sem vagyunk a birtokában, azért a napokban egy jelentős lépéssel közelebb kerültünk hozzá: a PNAS egyik friss cikke ugyanis azt vizsgálta, hogy a fertőzött egerekben hol lelhető fel a parazita.

Mint kiderült, a fertőzés krónikus szakaszában a Toxoplasma ciszták az agyban találhatók és különösen nagy koncentrációban vannak jelen az érzelmekért felelős agyi magban, az amygdalában. Mivel ez, és a körülötte levő agyi területek fontos szerepet játszanak az érzelmi reakciók kialakításában, a legkézenfekvőbb magyarázatnak az tűnt, hogy a fertőzött rágcsálók félelemérzete megszűnik, képtelenek lesznek megtanulni, hogy mi a veszélyes és ezért nem menekülnek el időben a ragadozójuk elől. A helyet azonban ennél komplikáltabb, ui. a fertőzött egerek a legtöbb tanulási és érzelmi tesztben hasonlóan szerepeltek, mint egészséges társaik, egyetlen dolgot kivéve: a macskaszagtól nem óvakodtak ösztönösen (sőt, mintha kissé vonzódtak volna). Vagyis a Toxoplasma egy egészen specifikus viselkedést képes befolyásolni, de ahhoz, hogy konkrétan megértsük, miképpen teszi ezt, előbb azt is meg kell tanulnunk, hogyan keletkezik ez a habitus az egéragyban. Ez pedig közel sem triviális feladat, de paradox módon pont a fertőzés specifikussága jó útmutató lehet arra vonatkozóan, hogy mely idegsejtek fontosak a szóbanforgó magatartáshoz.

(Megj.: közvetett utalások léteznek arra vonatkozóan is, hogy a Toxoplasma viselkedés-formáló tulajdonsága nem szűkül az egerekre, hanem emberekben is megjelenik: egyes kutatások szerint létezik valamiféle korreláció a fertőzés és a skizofrénia előfordulása között. De, és akkor gyorsan elismétlem a régi mantrát, a korreláció megléte, még nem bizonyít ok-okozati kapcsolatot. A kérdésfeltevés érdekes, a válaszhoz azonban több adatra lesz szükség.)