Kis színesek genetika témában

[LGA]

Sziasztok!

Elég rég volt az előző post és bár méltatlan pótlék lehetek csak spuc nyomdokán - már csak végzettség hiányában is , úgy véltem írok én is pár dolgot ami érdekes lehet (bár nem feltétlenül praktikus). Nyilván az esetleges ordas marhaságokat kérem, hogy értő kezek korrigálják.

Mi az evolúció

Az első rövid gondolatsor az evolúcióról szólna általánosságban. Sajnos ezt a szép témát néha erősen hanyagolva és felszínesen oktatják. Rengeteg tévképzet él az emberekben a témáról - így például még a Wikipédia magyar lapján is, rögtön a második mondat egy szerintem téves berögzülést erősít tovább. Na, de mielőtt elkalandoznék először tisztázzuk miről is beszélünk.

"A biológiában evolúció alatt folyamatos változások olyan sorozatát értjük, melynek során bizonyos populációk öröklődő jellegei nemzedékről nemzedékre változnak." (http://hu.wikipedia.org/wiki/Evol%C3%BAci%C3%B3) Ez a megfogalmazás frappáns és találó. Sajnos az evolúciót gyakran és sokan összekeverik a természetes szelekcióval és viszont. Az evolúció több dolognak az eredménye, általában négy fő faktort szoktak emlegetni: mutáció, génáramlás, genetikus sodrás és a természetes szelekció. Nyilván az utóbbi az előbbiek nélkül nem is működne.

Ez a definíció azért nagyon fontos, mert sok emberben az a kényszerképzet él, hogy a természet "törekszik" valamire - legjobban ellátni a feladatot, legcélszerűbb formákat kifejleszteni stb. Sajnos a természetnek nincsenek céljai, bár nyilván az egyes élőlények (sőt, akár maguk a gének is! de erről majd máskor) törekednek a túlésére és szaporodásra. Tehát a természetben létrejövő formák, tulajdonságok, struktúrák nem feltétlenül a leghasznosabb, legjobb dolgok, sőt néha még csak nem is hasznosak.

A jó öreg Lamarck

Hogy legyen valami tényleg érdekes is, anélkül hogy nagyon kontárkodnék pár szó az epigenetikus folyamatokról. Lamarck a korai evolúciós elméletek egyik megfogalmazója volt, fél évszázaddal pl. Charles Darwin elmélete előtt. Leegyszerűsítve úgy vélte, hogy a zsiráf azért hosszú nyakú, mert minden állat nyújtogatta a nyakát, törekedett rá, hogy a nyaka hosszabb legyen és ezt az életében megszerzett tulajdonságát az utódai is megörökölték.

Ezen az elméleten még 10 évvel ezelőtt is jókat derültünk - mára azonban kiderült, hogy nem teljesen alaptalan. DNS-ünk az életünk folyamán többféle behatás miatt változgat. Ez nyilván még belefér az alapelképzelésbe a tisztán DNS alapú evolúcióba. Az epigenetika azonban pont azzal foglalkozik - lévén többféle módon kimutathatóan ilyen mechanizmusok -, hogy melyek és miként hatnak azok a mechanizmusok, átörökíthető változások a gének funkciójában, melyek nem fejeződnek ki a DNS-szekvenciában. Ilyen epigenetikus jelenség például a DNS-metiláció, a kromatin állomány változás és RNS interferenciából adódó másolási változások.

Röviden a DNS-metilációról

A DNS-metilációt úgy kell elképzelni, hogy a DNS-hez meghatározott módon metilcsoportok kapcsolódnak. Ezek mintázata viszonylag pontosan átöröklődik - persze viszonyítási alapnak nem árt tudni a nagyságrendeket, ez kb. 5*10^-2 (azaz 1:20), míg a DNS másolás pontossága kb. 5*10^-11 (azaz kb. 1:20.000.000.000).

Lehet, hogy idáig nem hangzik egyébként túl érdekesnek, de egy jó (úgy értem régóta és rendesen kutatott) példa az agouti locus, az (többek között) egerek szőrszínéért felelős génmikroterületek metilációja. Kiderült, hogy az egerek szőrszíne erősen függ az agouti locus metilációjától, azaz egy DNS-en kívüli (bár kapcsolódó) és időben (potenciálisan) változó dolgotól. (forrás pl: http://www.nature.com/ng/journal/v23/n3/full/ng1199_314.html)

Mivel a garnélak nincsenek úgy agyonkutatva, mint az általános kígyóeleség (aka egér ) ezért elképzelhetőnek tartom, hogy egyes pigmentációs változatokért náluk is a metiláció vagy más epigenetikus mechanizmusok felelsősek. Illetve még egy felvetésem lenne - amit sajnos csóró eszközeinkkel nem tudunk ellenőrizni: legalábbis megfontolásra érdemesnek tartom, hogy a túlszaporodás megakadályozásában is részt vesz a metiláció. Emlősökön érdekes kutatások folynak ezen a téren a vinclozolinnal kapcsolatban (http://en.wikipedia.org/wiki/Vinclozolin).

LG

[spuc]

Köszönjük az új téma indítását, illetve jó, és elgondolkodtató írást! Kicsit leült az időben ez a biológiás topic. Ez részben az én hibám is.

Valóban, az epigenetikus szabályozásnak szerepe lehet a fenotípusok (egyedek megjelenése) kialakításában. Legjobb tudomásom szerint azonban a metilációs mintázat öröklődésében van egy szünet: a petesejt megtermékenyítése után, a kialakuló zigótában, vagy nagyon fiatal embrióban az örökítőanyag metilációs mintázata teljesen lebomlik és újraépül, legalábbis egérben. A metilációs mintázat sejtről-sejtre öröklődhet, vagy változhat. Ezt a jelenséget úgy kell elképzelni, hogy a DNS-szál metiláltsága meghatározza azt, hogy egy gén milyen mértékben fejeződjön ki, íródjon át RNS-sé. Ha úgy tetszik ez egy általános, egész örökítőanyagra kiterjedő szabályozó mechanizmus. Amire LGA kolléga is, nagyon helyesen felhívta a figyelmet, az az, hogy ez a szabályozó mechanizmus közvetlenül nem az örökítőanyag által kódolt információ, de ami érdekes az az, hogy sejtről sejtre öröklődik is. Sejtosztódáskor továbbadódik az utódsejtnek. Rákos megbetegedések sokszor összefüggésbe hozhatók a metiláltsági mintázat változásával. Nem véletlenül húztam alá a közvetlenül szót, hiszen a metiláltsági mintázat kialakulásában is fehérjék vesznek részt, melyek génjei az örökítőanyagban kódoltak.
Talán úgy lehetne összefoglalni a dolgot, hogy a jellegek öröklődésében elsődlegesen az örökítőanyag, a DNS vesz részt, ezt valamelyest módosíthatja egy DNS-től félig-meddig független, öröklődő szabályozómechanizmus, az epigenetikai szabályozás, aminek a legjobban ismert, és valószínűleg legfontosabb eleme a metilációs szabályozás.
Ez a szabályozási mechanizmus fajonként eltérően működik. Emlősökben pl. valószínüleg fontos szerepet játszik a szervfejlődésben, vírus eredetű gének, ugráló genetikai elemek elleni védekezésben. Muslicában pedig csak a nagyon korai embriókban működik. Azt hogy a rákokban mennyire van jelentősége a jellegek kialakulásában, azt valószínűleg még sokáig nem fogjuk megtudni.
Mégegyszer köszi a témafelvetést, jó volt ennek a témának kicsit utánanézni, elgondolkodni rajta.
spuc

[LGA]

Pont ezért hoztam fel a metilációt, mert például egereknél konkrétan (tehát nem csak teoretikusan) felel a megjelenésért _és_ öröklődik. Tehát egy egér (sőt ember) metilációs mintája elég jól nyomon követhető a családfán, azaz akár igaz lehet a garnélákra is. És bár a DNS metiltranszferáz folyamat mélységeiben talán nem érdekes itt, ami fontos belőle, hogy (az emlősöknél) a gének nagyon jelentős része metilált -> tehát az öröklődésnek van egyfajta irányított volta. Mintha a "természet" tudna szelektálni a gének között. Illetve ami miatt egyátalán összehasonlítható két egyed metilációja az az, hogy két fajta mechanizmusa (és 3.5 fajta enzim ) van - egy a megtermékenyítés-embrionális fázisban (de novo), egy pedig később ("karbantartási").

Bár a rákkutatásban előkelő helyen van a DNS metiláció kutatása, sajnos a kutatók mást értenek rákkutatáson, mint mi... Nem mellesleg növényekben is kutatják, hogy kicsit színesítsem a dolgot, tulajdonképpen Linné kezdte el kutatni a gyújtoványfű virág szimmetrika változatai okán.

Sajnos nem vagyok kolléga, csak egy lelkes kontár, akinek jojózik a szeme amikor olvassa a rengeteg rövidítést egy-egy cikkben, amikor beleboltik.

[LGA]

Na, folytatnám Spuc bosszantását - remélem sikerült pihennie kicsit a nyáron.

Szemét DNS

Az emberi "géntérkép" elkészítéséért folyó versenynek több érdekes folyománya is lett. Az egyik legérdekesebb dolog, amin különösen hosszasan lehet beszélgetni az intelligens tervezettség támogatóival, a DNS-ben lévő, [jelenleg] ismeretlen funkciójú részek. Érdekes módon pontosan abba a hibába esnek, mint sok hagyományos evolúciót valló kutató: nevezetesen, hogy komoly erőfeszítéseket képesek tenni annak érdekében, hogy bebizonyítsák ezeknek a maradéktalan hasznát, célját. Természetesen azt gondolom, hogy mondjuk 20 év múlva teljesen más véleményünk lesz például az emberi genomról, az ember DNS-ében található "szemét" szakaszok mennyiségéről és helyéről. Erre mi sem jobb példa, mint például az úgy nevezett ultrakonzervatív szekvenciák léte - ezek olyan, elvileg szemét szakaszon található szekvenciák, amelyek szinte tökéletes (tehát a "funkcionális" terület várható 80-90%-os egyezésétől eltérően) egyezést mutatnak, mondjuk egy embert és egy patkányt összehasonlítva.

Sőt, nem szeretném ha úgy hinnénk, hogy nem találunk további klassz dolgokat a jó öreg DNS-ünkben. Kiváló példa erre a posztgenetika (hajrá Magyarok! meg hajrá informatikusok a genetikában!). A legjobb párhuzam szerintem, egy régóta fejlesztgetett szoftver, amelyben vannak olyan részek, amelyek [már] nem vesznek részt a működésben vagy éppenséggel részt vesznek, de látványosabb külső megnyilvánulás nélkül.

További példa az ezen szakaszokról átíródó, de fehérjét nem kódoló RNS-ek vagy mikroRNS-ek. Vagy ezen témakör mentén, az az apró turpisság, hogy a nagy hajszában, hogy minél előbb "végeredmény" legyen felmutatható, kimaradtak a 100 aminosavnál rövidebb fehérjéket kódoló részek - mondván ezek nem rendelkeznek biológiai funkcióval. A "muslincaszámlálók" érdemeit öregbíti egy olyan gén felfedezése, amely négy pár tucat hosszúságú fehérjét tartalmaz, s mutációja szőrtelen embriót eredményez (polished rice).

Reentrancia

Ez az egyik nagy kedvencem, de sajnos kicsit megkoptak már az emlékeim. Már nem emlékszem a pontos ok-okozati viszonyra, de a mesterséges élet szimulációk is bebizonyították (vagy azok hívták fel a figyelmet?), hogy hosszabb távon hajlamosak reentráns részek keletkezni a DNS-ben. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy egy adott bázispár több génben is szerepet játszik. Értelemszerűen nem olyan formában, hogy az általa kódolt fehérje több funkciót lát el, hanem több féle fehérje kódolásában vesz rész. Ezek zömmel átfedő szakaszok, van azonban egy érdekes mechanizmus is, ami teljesen más okból okoz reentranciát: mégpedig az esetlegesen közelben lévő magas vegyértékű ionok, amelyek mintegy áthallásokat okoznak távoli fizikai bázispárok között.