Minden élőlény genomja önmagában is izgalmas, hiszen bizonyos szempontból kódolja az illető faj egész történetét – bár kétségtelen, hogy ennek a történetnek a dekódolásához és megértéséhez sok más genomot is ismernünk kell. Az egysejtű eukarióták genetikai anyaga arról is mesél, hogy milyen lehetett az ősi eukarióták genomja, még a többsejtűség kialakulása előtt.

Most épp a Tetrahymena thermophila nevű csillós egysejtű genomja került sorra, és ez is tartogatott néhány meglepetést.

A T. thermophila abban különleges (a többsejtű eukariótákhoz hasonlítva mindenképpen), hogy egyszerre két sejtmagja is van: az egyik az ún. micronucleus, amiben a DNS feltekert állapotban van (öt kromoszomát hoz létre) – ez játszik majd szerepet a szaporodás során. A másik pedig a macronucleus, amiben a DNS sokkal lazább konformációban van, ugyanis itt zajlanak a sejt szempontjából létfontosságú RNS transzkripciós folyamatok. A macronucleus közel 200 (!) kromoszómát tartalmaz, amelyek a micronucleus öt kromoszómájából jönnek létre, úgy, hogy azok feldarabolódnak és a darabok pedig lemásolják magukat.

A különleges szerkezetű genomhoz kódolásbeli csemegék is tartoznak, hiszen a Tetrahymena a jelek szerint a három STOP kodonjából (más fajokban a gén kódoló részének végét jelző DNS tripletből) kettő glutamint kódol, a harmadik pedig időnként szelenociszteint (ezáltal ez az első olyan ismert faj, ahol mind a 64 triplet kombináció képes aminosavat kódolni). Emellett a micronucleus-macronucleus átmenet a jelek szerint nem kedvez a repetitív DNS elterjedésének, hiszen a genom mindössze 2%-a áll ilyesmiből (szemben az emberi genom több mint felével).

A legérdekesebb azonban kétségtelen a kódolt gének száma: ezt 27.000-re teszik, azaz alig kevesebbre, mint amit a humán genomra jósolnak (kb 33.000). Ez pedig további súlyt ad annak a nézetnek, amely a csalánozók és tengeri férgek genomjának szekvenálásakor már felmerült, miszerint az eukarióták egysejtű őse már egy meglehetősen sok gént kódoló genommal rendelkezett és az evolúció során leginkább ezen gének szabályozása vált egyre összetettebbé.

(A hírre Nyenyec kartács hívta fel a figyelmemet, köszönet érte.) 

Eisen JA, Coyne RS, Wu M, Wu D, Thiagarajan M, et al. (2006) Macronuclear Genome Sequence of the Ciliate Tetrahymena thermophila, a Model Eukaryote. PLoS Biol 4(9): e286.

A hír rövid, következményeit azonban nehéz megsaccolni: leváltották George Coyne Atyát, a vatikáni obszervatórium vezetőjét. Coyne atya az intelligens tervezés (ID) kérelelhetetlen kritikusának számít, s tavaly igen keményen nekiment Christoph Schönborn bécsi érseknek, amikor utóbbi az ID fellegvárnak számító Discovery Institute lobbizására igencsak "tervezés"-barát hangot ütött meg, s II. János Pál 1996-os nyilatkozatát az evolúció elfogadásáról "lényegtelennek" minősítette.

Lehet, hogy mindössze arról van szó, hogy a Vatikánban úgy érezték, hogy időszerű a fiatalítás az obszervatórium élén, de a Schönbornnal való összekapás miatt néhányan máris azt sugallják, hogy Coyne egyszerűen azért került lapátra, mert a hierarchiában felettelevőnek mondott ellent.

Hogy ebben van-e valami valóság-mag, vagy sem, illetve jelez-e valamilyen változást a Vatikán álláspontjában, arról talán jobb képünk lesz pár héten belül, a XVI. Benedek által szervezett evolúció-szeminárium után. Egy januári L'Osservatore Romano cikk fényében nem tűnik valószínűnek, hogy gyökeresenen megváltozna a vatikáni álláspont, de persze ki tudja.

ápdéjt (2006/08/29): Közben kiderült, hogy Coyne Atya leváltására létezik racionális magyarázat is: egyes lapértesülések szerint vastagbélrák miatt kemoterápiás kezelésre kell járjon. Ugyanakkor kétséges, hogy az összeesküvés-elmélet hívők gyanakvását elolszlatja-e ez az információ, amikor a Vatikánon belüli ID fanok már nyilvánosan előre isznak a medve bőrére, ui. állítólag XVI. Benedek mégiscsak közelíteni igyekszik majd a Róm. Kat. egyház állapontját az ID hívőkéhez. Hogy ez pontosan mit jelent, az hamarosan elválik.

… avagy, mint az Economist is felteszi a kérdést, lehetséges-e a kör négyszögesítése?

Az őssejtek körüli nem is annyira szakmai, mint politikai vita egyetlen központi kérdésre szűkíthető: feláldozható-e egy embrió (konkrétan a mesterséges megtermékenyítés, azaz IVF során lefagyasztott, "fölösleges" és nem használt embriókról van szó) olyan sejtvonalak létrehozására, amelyek segítségével különböző emberi betegségek tanulmányozhatóak.

A kérdésről politikai színezettől függően különböző kormányok, különböző módon gondolkoznak, de a legbefolyásosabb és legkitartóbb "ellenálló" a Fehér Ház jelenlegi ura. Annak ellenére, hogy az amerikaiak többsége támogatja az őssejtkutatást, sőt a republikánus többségű szenátus is a korábbi drákói törvények (melyek értelmében semennyi szövetségi pénz nem használható új sejtvonalak létrehozására, illetve ilyen vonalakkal folytatott kísérletekre) lazítása mellett foglalt nemrég állást, George W. Bush hajthatatlan maradt.

Most a Nature honlapjára került fel egy cikk, amelyben egy korábban egereken kidolgozott eljárást továbbfejlesztve azt bizonyították be a kutatók, hogy a lefagyasztott néhány sejtes embriók egyetlen sejtjéből, azaz a teljes embrió elpusztítása nélkül is létrehozható pluripotens őssejtvonal. (Hasonló technikával, azaz IVF embriókból kinyert sejtekkel végzik ma is a szóbanforgó embriók genetikai kontrollját.) Bár az új eljárás akár ki is húzhatná a kritikusok méregfogát, valószínűleg nem teszi, mert sokuk számára eleve elfogadhatatlan a gondolat, hogy emberi embriókat akármilyen formában kísérletes munkára használjanak fel. Szerintük az egyetlen megoldás a felnőtt őssejteket rábírni, hogy mindenféle sejtvonalat létrehozzanak – csak azt hagyják figyelmen kívül, hogy a transzdifferenciálódásnak nevezett folyamat során nem zárható ki, hogy a felnőtt őssejtek is ún. totipotens állapotba kerülnek. Ilyenkor pedig közel egyenértékűek lennének egy megtermékenyített petesejttel, azaz valójában a szóbanforgó felnőtt egy fiatal klónját kellene beáldozni a sejtvonalért…

Klimanskaya, I, Chung, Y, Becker, S, Lu, S-J, Lanza, R (2006) Human embryonic stem cell lines derived from single blastomeres. Nature advance online publication doi:10.1038/nature05142

Nem mehetek el amellett szónélkül, ha a világ második legokosabb élőlényét gyalázzák ;-), már csak azért sem, mert a szóbanforgó cikk számomra eléggé légből kapottnak tűnik.

A gerincesek intelligenciáját általában az agy/test súlyaránya (illetve az agykéreg felületét növelő barázdák) alapján szokták ábrázolni, főleg azért mert úgy tűnik, hogy létezik egy laza egyenes összefüggés ezek között. Egy másik módszer (emlősök esetén) az encefalizációs koeficiens (EQ) számítása, amely az átlagos emlős mérethez viszonyítja a vizsgált állat agyát. Na most, ezeken a skálákon, a bálnák, bár abszolút értékben hatalmas agyuk van, egyáltalán nincsenek előkellő helyen, mert a testükhez mérten agyuk kifejezetten kicsi (bár érdemes megjegyezni, hogy nagyon nagy- ill. nagyon kisméretű állatok esetén az összefüggés elég megbízhatatlanná válik), viszont a delfinek valóban kedvezően hasonulnak az emberekhez (lásd itt is). Igazából az ismert adatok fényében ez nem túl meglepő, hiszen azért a delfinek képesek megtanulni kommunikálni az emberekkel, bonyolult szociális hálót fejlesztenek ki, vidáman tájékozódnak echolokációval a legsötétebb vizekben is, sok jel szerint felismerik önmagukat a tükörben – mindez számomra meglehetősen "kifinomult viselkedésnek" tűnik, nem tudom mi kellene még ahhoz, hogy Manger professzor mércéjét is megüssék…

Az evolúció nagy lépéseinek egyike (legalábbis az evolúciós fa egyes ágain) a többsejtűség kialakulása volt. Előnyei nem igen vitathatóak – hiszen a több sejt nagyobb munkamegosztást tesz lehetővé, amely révén összetettebb feladatok oldhatóak meg -, ugyanakkor még ma is keveset tudunk arról, hogy pontosan milyen mechanizmusok tették lehetővé megjelenését.

A többsejtű szervezetek megjelenésének egyik legfontosabb velejárója, hogy már a fejlődés kezdeti szakaszában elkülönülnek a testi, avagy szomatikus sejtek a szaporodásban később résztvevő ivarsejtektől. Kicsit sarkítva akár úgy is fogalmazhatunk, hogy a szomatikus sejtek önzetlen beáldozzák szaporodási képességüket, a (sejt)közösség, azaz az élőlény szaporodási sikerének maximalizálása érdekében.

Most páran nekiláttak megvizsgálni, hogy miként történik ez a szomatikus-ivari szerepfelosztás egészen egyszerű többsejtes szervezetek esetében. A választás a klasszikus tankönyvi példára a zöld alga sejtekből álló labdára emlékeztető Volvox carteri-re esett, amely több egysejtű zöldalgával együtt a Volvocales csoporthoz tartozik.

A V. carteri mintegy 2000 sejtjéből mindössze 16 ivarsejt, ezek a fejlődés során a hatodik sejtosztódás során jönnek létre, amely asszimetrikus utódsejteket eredményez. A kisebb szomatikus őssejtek aztán még vagy 10-11x újból osztódnak, és végül csillókkal ellátott sejtekké differenciálódnak, amelyek elősegíti, hogy a Volvox mindig a számára optimális megvilágítású helyen lebegjen a vízben.

Mint korábban kiderült, a szomatikus sejtdiffrenciálódás szükséges és elégséges feltétele a regA nevű gén átíródása. Ez a gén aztán meggátolja a kloroplaszt (a napfényt kémiai energiává alakító sejtszervecske) kialakításához szükséges más gének transzkripcióját, s kloroplasztok hiányában a sejtek nem tudnak növekedni, növekedés nélkül pedig nem tudnak osztódni sem – szöges ellentétben az ivarsejtekkel.

Honnan ered hát ez a szabályozás? Ennek megválaszolására egy egysejtű Volvocalesben, a Clamydomonas reinhartdii-ban is megkeresték a regA megfelelőjét. (Ez nem volt teljesen triviális, mert bár a gén kulcsmotívumai jelen voltak, a két szervezetben a gén elég különbözővé alakult az évmilliók során.) S érdekes módon ez a regA homológ is csak akkor fejeződött ki, amikor az egysejtű alga sötétben volt, vagyis napfény és a belőle származó energia hiányában kénytelen volt saját osztódó mechanizmusát kikapcsolni!

Összefoglalva, úgy tűnik, hogy nem történt más, mint egy már meglevő mechanizmus, amely környezeti hatásokra kikapcsolta az osztódást (azaz időben szétválasztotta a sejt két állapotát), új funkciót nyert (szépen mondva kooptálódott) s a szomatikus- és ivari sejtvonalak (térbeli) szétválasztásában kezdett szerepet játszani.

Hogy a Volvox által használt mechanizmus mennyire volt általános a többsejtűség megjelenésében, természetesen még nemigen tudható, de mindenesetre egy ügyes trükköt láthatunk. Ráadásul újból csak megerősíti azt amit már sokszor, sok helyen elmondtak: új tulajdonságok megjelenésében kulcsszerepe volt a már létező, de addig másra használt mechanizmusok "újradrótozásának" (szabályozásuk megváltoztatásának).

Nedelcu, AM, Michod, RE (2006) The Evolutionary Origin of an Altruistic Gene. Mol Bio and Evo 23(8): 1460-1464.