tg-cbmass-20121025

... mondhatjuk, s biológiai blog révén, kiemelt helyen gondolva a genetikai anyag változására, a mutációkra. De mi is a mozgatórugója ennek a változásnak? A tankönyvek (durván) két főbb okot említenek itt: DNS replikáció során fellépő mutációk - pl. időnként másolás közben a DNS-t sokszorosító polimeráz enzim "téved" -, ill. a DNS-t kémiai változását okozó tényezők, amelyek ilyen-olyan okból kifolyólag nem kerülnek kijavításra a sejtben. Utóbbit kiváltó okok közé tartozik az UV fény és a sejtek anyagcseréje során keletkező, más anyagokkal igen könnyen reagáló oxigén származékok (ún. ROS).
A négy DNS-t alkotó nukleotid (A, C, T, G) közül a legkönnyebben a guanin (G) változtatható meg, ún. 8-oxo-guaninra, amely nem a citozinnal (C) alkot majd komplementer kötést, hanem az adeninnel (A). Ha a sejt hibajavító mechanizmusai ezt nem veszik észre (vagy rosszul javítják ki) így egy maradndó változás keletkezik a genetikai anyagban. Egy japán csoport most azt vizsgálta, hogy lehet-e összefüggést találni a 8-oxo-G létrjeötte és a genomban jelen levő változatosság (polimorfizmusok) között.
A jelek pedig azt mutatják, hogy van ilyen összefüggés. Először is arra derült fény, hogy a 8-oxo-G mutációk eloszlása nem teljesen véletlenszerű. Elsősorban a kromoszómák azon részein vannak jelen, ahol a kromoszóma eltérő fizikai tulajdonságú régiói találkoznak (s éppen ezért már a hagyományos festési eljárásokkal is elkülöníthetőek voltak). Ezek az eltérések abból adódnak, hogy pl. adott kromoszómális területeken különbségek vannak a DNS csomagolásának szorosságában. Ezekről a területekről már korábban felmerült, hogy gyakori előfordulási helyei a genom változatosságának fő okaiként számon tartott egyszerű egy nukleotidnyi polimorfizmusoknak, SNP-knek, így logikusnak tűnt, hogy ezt az összefüggést jobban szemügyre vegyék a szóbanforgó tanulmány szerzői is. Nem meglepő módon, az összefüggés valósnak bizonyult (bár hangsúlyozni kell, hogy ez még nem jelent okozati korrelációt is: a jelen adatok csak azt mutatják, hogy a guanin mutációi általában ott vannak, ahol az SNP-k; a kauzalitás 100%-os bizonyításához - bár nagyon valószínűnek tűnik - további kísérletek szükségesek). Ami egy kicsit váratlanabb megfigyelés, hogy a 8-oxo-G-ben gazdag területek egyszersmind a kromoszómák közötti rekombinációk leggyakoribb helyszíneinek bizonyultak. Ez azért lehet így, mert a javító mechanizmusok során, a feladatot végző enzimek a kettős DNS szál időleges törését okozhatják, ami pedig gyakran a rekombináció kiváltó oka lehet.
Summa summarum, nagyon úgy tűnik, hogy az UV fény és hasonló mutagén tényezők oroszlánszerepet vállalnak (az SNP-k létrehozása, illetve a rekombinációk indukálása révén) a környező világban megfigyelhető genetikai változatosságért,.

---

Ohno, M, Miura, T, Furuichi, M, Tominaga, Y, Tsuchimoto, D, Sakumi, K and Nakabeppu, Y (2006) A genome-wide distribution of 8-oxoguanine correlates with the preferred regions for recombination and single nucleotide polymorphism in the human genome. Genome Res 16: 567-575.

Gondolom mindenki emlékszik a Jurassic Park kezdő soraira, amikor a borostyánkőbe ragadt szúnyogból izolálják azt a vércseppet amiből aztán szinte spontán néhány tucat dinó faj teljes genomi DNS-ét rekonstruálják. El lehet vitatkozni azon, hogy a valóság jobb rendező-e mint Spielberg, mindenestre a következő kishír alapsztorija kísértetiesen hasonlít néhány lépésben a film forgatókönyvére. S bár "csak" mikróbákról van szó, azok szolid százmillió évvel idősebbek mint a dinoszauruszok.
Russell Vreeland ugyanis azt találta ki, hogy 200 millió éves, új-mexikói sókristályokba zárt vízcseppekből próbál meg baktériumokat izolálni, s úgy tűnik mindez össze is jött neki. (Itt nyilatkozgat egy BBC Four filmben.) Az izolált törzs, amelynek spórái ott lapítottak időtlen idők óta a kristályban, a rendkívül szellemes "2-9-3" névre hallgat s puszta létén kívül még tartogatott meglepetéseket. Ugyanis meglepően hasonlónak bizonyult egy, 63 éve a Holt-tenger környékén izolált extremofil, sókedvelő baci törzshöz, a Salibacillus marismortui-hoz. Oly annyira, hogy bár a zsírsavak és a DNS szintjén jelentős különbségeket mutat a két izolátum, azért annyit mégsem, hogy teljesen egyértelműen külön fajnak lehessen nevezni őket (a faj fogalom a mikrobiológiában különösen művi definíció egyébként). Ez persze máig tartó késhegyre menő vitát robbantott ki, miszerint lehetséges-e, hogy a) a sok óvintézkedés ellenére, vagy más okokból Vreelandék mintája nem 200 millió éves, hanem fiatalabb szennyeződésből áll; vagy b) a sókristályok kitermelési helyén átfolyó folyó nemrég már "kiszabadított" hasonló ősbacikat és azok jutottak el a Holt-tengerig, vagy c) az extremofil baktériumok természetes mutációs rátája viszonylag állandó körülmények között nagyon alacsony. Vreelandék szerint a szennyeződés esélye egy a millióhoz, de kritikusaikat még nem győzték meg teljesen.
A hírecskére nyenyec kartács hívta fel a figyelmemet, ezer köszönet érte.

---

Vreeland RH, Rosenzweig WD, Powers DW. (2000) Isolation of a 250 million-year-old halotolerant bacterium from a primary salt crystal. Nature 407: 897-900.
Maughan H, Birky CW Jr, Nicholson WL, Rosenzweig WD, Vreeland RH. (2002) The paradox of the "ancient" bacterium which contains "modern" protein-coding genes. Mol Biol Evol. 19(9): 1637-1639.
Vreeland RH, Rosenzweig WD, Lowenstein T, Satterfield C, Ventosa A. (2006) Fatty acid and DNA analyses of Permian bacteria isolated from ancient salt crystals reveal differences with their modern relatives. Extremophiles 10(1): 71-78.

Nem biológia ugyan, de attól még jólesik látni, amint szakmailag képzett emberek a sarkukra állnak amikor arcpirító áltudományos szövegekkel próbálnak egyesek kufárkodni. (Itt van rögtön egy fórum is erről.) Bár Gróf Spanyol Zoltán vízenergiás állításai véleményémem szerint a pszeudotudományos tévelygés minősített esetét képezik, érdekes megfigyelni az "érvelését": hasonlóan a kreacionizmust hirdetőkhöz, a vitát az azt megillető tudományos síkról igyekszik egy érzelmi síkra terelni, csak itt a vallásos érzelmekre való apellálás helyett, erős nemzeti-nacionalista húrok kerülnek megpendítésre. Sajnos nem kétlem, hogy nagyon sok egyszerű és jóindulatú ember dőlt be ennek az "érvrendszernek" és támogatta anyagilag is a találmányt, pedig ennyi erővel a helyi tenyérjóst is gazdagíthatta volna... :-(

Az élővilág változatosságának legfőbb oka az embrionális fejlődés során bekövetkező kisebb-nagyobb változásokban rejlik. Általában minnél közelebbi rokon két faj, ezek a változások annál később válnak nyilvánvalóvá az egyedfejlődés során. Leggyakrabban nincs is szó új gének megjelenéséről, egyszerűen meglevő gének szabályozása változik meg egy kicsit. Mint a mellékelt ábrán látható pl. az embrionális fejlődés egészen késői szakaszáig a denevér fejlődése (bal oldalon) kísértetiesen hasonlít az egér fejlődésére (jobb oldalon). Már jól elkülönülnek az egyes testtájak, de még nyoma sincs a későbbi szárnynak és hegyes füleknek. Ezek később válnak láthatóvá, de a hozzájuk vezető molekuláris változások az ábrán látható idő tájékán következnek be.

A denevérek alakja nem új keletű, már az 50 millió éves fosszíliák (fent) a ma élő utódiakhoz (lent) hasonló szárnystruktúrával rendelkeztek. Ez pedig azt jelenti, hogy a hüvelykujjuk kivételével ujjperceik meghosszabodtak, s a köztük feszülő bőrredő révén úgynevezett "kéz-szárnyat" alkotnak. (Ezzel szemben a madarak szárnya ún. "kar-szárny" - amely a teljes kar módosulása révén alakult ki -, a Pterosaurusok szárnya pedig "ujj-szárny" volt - itt egyetlen ujj részeinek a meghosszabbodása képezte a szárny alapját.) Csak erre az alakra nézve, világossá válik, hogy a szárnykeletkezés kezdeti lépéseit valahol a mellső végatg fejlődése során kell keresni.

A végtagbimbók fejlődése és növekedése során fokozatosan alakulnak ki a kart alkotó csontok. Először sejtek vándorlása és gyülekezése révén egy porc alapú "váz" jön létre, amelyet később fokozatosan helyettesít a csontszövet. Ez az a pont ahol az egér és a denevér végtagjainak kialakulását figyelve egy fontos különbséget lehet észrevenni: utóbbiak esetében a kialakuló ujjak porcos váza nem áll meg a növekedésben.
A kérdés tehát adott: milyen gének termékei a lehetnek felelősek ezért? A válasz pedig nem is annyira nehéz. Van ugyanis egy fehérje család, amely már a nevébő adódóan is jó jelölt ezek az ún. Bmp-k azaz Bone Morphogenetic Proteinek. A név (persze) nem véletlen számos olyan esetről tudunk, amikor különböző Bmp-k révén jellegzetes változások következtek be a csontozat kialakulásában. Néhányról korábban már én is említést tettem (lásd egyes halak és pintyek arcberendezésének alakulását), de végtagok esetén a tudományos irodalom további tippekkel is szolgál. Ha egerek végtagbimbóit Bmp2 gazdag médiumban nevelgetjük: az ujjak hosszabra nőnek, ellenben, ha egy Bmp anatgonistát, Noggint keverünk a tápoldatba, az tompa, rövid ujjakhoz jutunk. Ezen a gondolati úton végighaladva nem nehéz kitalálni, mi is az első teendő, ha a denevér ujjak megnyúlásának okát keressük: megvizsgálni, mi történik a kézben kifejeződő bmp2 génnel.
A fentiek ismeretében az eredmény nem teljesen meglepő: a denevérek fejlődő mellső végtagjának ujjaiban mind a bmp2 expresszió, mind a Bmp-k által szabályozott Smad jelátviteli út aktivitása sokszorosa annak, amit a hátsóvégtagjukban, vagy egerek mellső végtagjában figyelhetünk meg. Azaz a szárnykialakulás egy fontos (bár nem kizárólagos) tényezője a szóbanforgó gén aktivitásának felerősödése lehetett egy olyan helyen, ahol amúgy is kifejeződött az egyedfejlődés során.

A denevérek mellső végtagja fejlődő ujjperceinek sejtjeiben (kék) lényegesen magassabb a Bmp fehérjék (piros) szintje, min a hátsó végatag ujjperceiben, vagy az egerek mellső végtagjában (e-g). Mindez a bmp2 gén magasabb aktivitásával függ össze (h) és ennek következményeként a Smad jelátviteli út is sokkal több sejtben kerül aktiválásra (piros) a denevér kéz ujjaiban mint lábukban vagy az egerekben (i-k).
Azok pedig akik azt szeretnék tudni, hogy a későbbiekben mi történik a denevér embrióval, a Pharyngulán elégíthetik ki kiváncsiságukat. ;-)

---

Sears KE, Behringer RR, Rasweiler JJ, Niswander LA (2006) Development of bat flight: Morphologic and molecular evolution of bat wing digits. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 103(17): 6581-6586.

A PLoS Biology lapjain olvasható egy interjú Jon D. Millerrel, aki régóta tanulmányozza az amerikai társadalom tudományhoz való viszonyát. A cikk jó része ennek megfelelően a tudományos gondolkozás elfogadottságának amerikai helyzetéről szól, de van egy érdekes rész, ami egy kicsit kikacsint a világra:

"Since 1979, he says, the proportion of scientifically literate adults has doubled—to a paltry 17%. The rest are not savvy enough to understand the science section of The New York Times or other science media pitched at a similar level. As disgracefully low as the rate of adult scientific literacy in the United States may be, Miller found even lower rates in Canada, Europe, and Japan—a result he attributes primarily to lower university enrollments."

Azaz környezetünkben jó, ha minden hatodik ember képes megérteni egy színvonalas napilap tudományos rovatát. És ez baj. És itt jön közbe a kutatók és tudományos újságírók felelőssége. Előbbieknek ideje megtanulniuk kommunikálni, míg utóbbiaknak tényleg összeszedni alapvető tudományos ismereteket (pl. a Tiktaalik kapcsán az MTI, hvg.hu, stb. csapnivaló dolgokat írt). De talán a legnagyobb felelősség a tanárok vállán van: lelkesek kellene legyenek, s ne unalmas, kötelező szöveghalmazként prezentálják tárgyukat hanem vigyenek bele egy ki életet és lelkesedést (sajnos itt egy kicsit pesszimista vagyok, saját tapasztalatom szerint, az általam sokra becsült kivételektől eltekintve, a tanárképzés terén az elmúlt években nagyban érvényesült az "aki tudja, csinálja, aki nem tudja, tanítja" szelekciós elv). A mindenkori politikumnak pedig arra kell vigyáznia, hogy még véletlenül se engedjen az olyan törekvéseknek, amelyek egy félreértelmezett ideológiai harc részeként próbálnak fellépni a tudományos gondolkozás ellen, olyan törésvonalakat vízionálva utóbbi és a vallás között, amelyek a valóságban nem léteznek.

---

Gross, L (2006) Scientific Illiteracy and the Partisan Takeover of Biology. PLoS Biology doi: 10.1371/journal.pbio.0040167.