Az vagy, amit eszel, tartja a mondás, és abból a szempontból ez kétségtelenül igaz, hogy a mindennapi menünk az idők folyamán komoly visszahatással lehet ránk, a fogyasztóra is.
Nem elsősorban az esetleges felszedett kilókra, a magas koleszterin és vércukorszintre gondolok most, hanem inkább arra, hogy számos olyan eset várt ismertté az elmúlt évek során, amikor egy-egy emberi populáció genetikai állománya úgy módosult, hogy új táplálékforrás fogyasztására vált alkalmassá, vagy egy régebbi táplálékot tudott jobban megemészteni. Ilyen “klasszikus” példa a felnőttkori tejivást lehetővé tevő laktóz-tolerancia megjelenése a tehenészéssel foglalkozó európai és afrikai közösségekben, vagy a keményítő emésztésért felelős amilázt kódoló AMY1 gén duplikációja pl. a mezőgazdaságra áttért populációkban.
Egy eféle gén-kultúra koevolúció újabb példája került most napvilágra, bár ez abban különbözik az előzőektől, hogy közvetlenül nem érinti az emberi genomot.
Táplálkozásunk során, számos olyan, elsősorban növényi eredetű eledelt fogyasztunk, amely alkotóinak emésztéséhez nem rendelkezünk a megfelelő enzimekkel. Ilyenkor jön jól a beleinkben otthonosan terpeszkedő mikrobióta közösség, az a bacirengeteg, amelyik előemészti az ilyen, egyébként számunkra használhatatlan poliszacharidokat, és olyan formába alakítja át, amivel már a mi szervezetünk is meg tud birkózni.
A Nature-ben megjelent tanulmány most arra lelt bizonyítékot, hogy a japánokban található Bacteroides thetaiotaomicron populáció egy olyan gént is hordoz, amely a szusi-borító nori alapanyagát biztosító vörös-alga emésztésére alkalmas porfirianáz enzimet kódol. Ez már önmagában is érdekes lenne, de az teszi különlegesen azzá, hogy ez az enzim egy másik baciból érkezett horizontális gén-transzferrel. Az eredeti gazda egy bizonyos Zobellia galactanivorans, egy tengeri baci, amely a vörösalgákon él. Táplálkozás közben kerülhetett az emésztőcsatornába, ahol aztán a már korábban említett B. thetaiotaomicron-nal a jelek szerint buzgó géncserébe kezdett (nemcsak a porfirinázt kódoló gén, de az azt övező génszakaszok is átkerültek), aminek feltehetően nem ártott hogy mindkét faj Bacteriodetes osztályba tartozik.
Feltehetően nem ez volt az egyetlen alkalom, hogy a két baktérium faj közt genetikai anyag áramlott, de ennek a konkrét génnek az átvétele komoly előnyt biztosított az emberi szervezetben endogén Bacteriodes-ek számára (hiszen a japán konyha jellegénél fogva gyakran találkoztak alga-alapú tápálékkal), és a szimbiózis miatt áttételesen ezt az előnyt biztosítja azóta emberi gazdáinak is.
Hehemann J-H, Correc G, Barbeyron T, Helbert W, Czjzek M, Michel G (2010) Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacteria to Japanese gut microbiota Nature 464: 908-912.
Egy hosszabb japán út előtt simán megérné inokulálni magát az embernek. Vagy transzformálni a már meglévő bacikat.
Az én kérdésem az, hogy mi történik egy olyan emberben, aki nem hordozza ezen mutáns bacikat? A gyomrában feloldódik a nori a savakban aztán megy egyenesen az ürülékbe, vagy fel tud valamennyi tápanyagot szívni belőle, de nem annyit mintha lenne mutáns bacija? Ha az előző a helyzet, a tej miért vált ki hasmenést a laktózlebontás mutációját nem hordozó emberekben (ellentétben a norival, amit pl. én is meg tudok enni a szusival)?
Az első kérdésre a válasz igen. A tej esetében, a laktáz enzim hiányában, az a vastagbélbe jut, ahol rácuppannak az ott élő baktériumok. Ez aztán gáztermeléssel jár, meg néhány kellemetlenebb mellékhatással (mert azért a szimbionta bacik is tudnak kevéssé kellemes meglepetéseket okozni).
Naiv kérdés/felvetés tudom, de sosem tudtam igazán magam előtt vizualizálni, hogy a természetes szelekció hogyan is érhető tetten az emberi populációkban (főként a mai időkben), tekintve hogy nálunk kissé mások az idevonatkozó játékszabályok, és ugye nem feltétlenül csak azok az egyedek szaporodnak sikeresen, akiknek a legmagasabb a fitneszük. Magyarán a témát illetően felmerül bennem a kérdés, hogy pl. a felnőttkori laktóz-toleranciának a megjelenésétől számított elterjedését a korai állattenyésztő közösségekben hogyan lehetne elképzelni? Gondolok most arra, hogy hiába élveztek elviekben szelekciós előnyt azok az egyedek, akik felnőttkorban is meg bírták emészteni a tejet, de ténylegesen mondjuk (félig meddig humoros példával élve) egy a tejtől kevésbé büdösöket eregető nő/férfi mitől vált _annyival_ vonzóbbá a másik fél számára (vagy fordítva, a tejivástól hasmenést kapók mitől váltak _annyival_ kevésbé vonzóbbakká), hogy ezáltal lehetővé váljon az új jelleg átörökítése a következő generációba és így annak fokozatos elterjedése az adott populációban?
Engem az gondolkodtatott el, hogy hogy tud elterjedni ez a baktérium az emberi populációban. Hogy jut át az eredeti gazda szervezetéből más emberekbe?
És általánosságban, hogy alakul ki a bélflóra a csecsemő gyomrában? (anyutól szerzi be valahogy?)
Elsore nem ertettem. Nekunk is jol jonne egy ilyen segito, ha vereshurkat, vagy spenotot eszunk. Porfirin azokban is van… 😉
Kozben raneztem a cikkre, “porphyranases, agarases” a kerdeses enzimek. Magyarosan talan porfiranaz (porfirinaz helyett)?
@kukulkan: A különbség az, hogy amikor kevés más tápanyag van, nagyon lényeges lesz, hogy te mennyire tudod a tejet hasznosítani. Pl. ha ne éled meg a szaporodás esélyét, akkor értelemszeráen nullázódik a fitnesszed.
@feri: Igen a szülőktől kapjuk, de persze a széklettel is távoznak a belekből, és a szájon át is bekerülhetnek oda.
@tamaskodo: köszi, javítottam.
Nekem az lenne a kérdésem, hogy az emberi gazdáknak mennyire és miért jelent előnyt, hiszen ezek a bacik tudtommal a vastagbélben élnek, ahol a szénhidrátok felszívása jelentéktelen.
Esetleg a vastagbél legkorábbi szakaszán (vakbélben) még történik felszívás vagy nem is annyira lebontott szénhidrátokat hasznosítja a japánok szervezete ebben az esetben?
http://en.wikipedia.org/wiki/Gut_flora#Carbohydrate_fermentation_and_absorption
@kukulkan
“…nem feltétlenül csak azok az egyedek szaporodnak sikeresen, akiknek a legmagasabb a fitneszük.”
Szerintem azokra az egyedekre mondjuk, hogy magas a fitneszük, amelyek sikeresen szaporodnak. Ezzel csak azt akarom mondani, hogy nagyon sok minden jelenthet evolúciós előnyt, akár a kisebb agy vagy az apró, működésképtelen szem is. Gondolom, te arra utaltál, hogy ma az emberek között a csípőficammal születettek és a rövidlátók is annyi gyereket vállalhatnak, amennyit csak akarnak. Szerintem ez csak annyit jelent, hogy ezek a tulajdonságok az ember mostani környezetében nem jelentenk hátrányt tehát nem csökkentik a “fitneszt”.
Egyébként mi lehet az előnye annak, hogy egy baktérium képes a horizontális gén-transzferre? Gondolom, nem képes eldönteni, hogy az adott gén hasznos-e számára vagy sem. Nem olyan ez mintha a mutáció valószínűsűgét növelné?
Re: Bazsi@10
A horizontális géntranszfernek szerintem pont az a szerepe, hogy megnöveli a változatosságot. A bacik ugyanis nem tudnak két szülőtől géneket összeszedni, csak egytől (mivel osztódással szaporodnak).
De nem vagyok biológus, úgyhogy majd dolphin kijavít, ha tévedek 🙂
@dolphin
Köszi szépen, így már tiszta. Eddig is kerestem a wikin csak a vastagbélnél nem részletezték a felszívódást meg ez még a biosz könyvemben sem volt leírva, de legalább még egy dolog tisztázva lett az érettségi előtt! 🙂
@dolphin: Igen, eredetileg erre gondoltam én is, ugyanakkor az elegendő mennyiségű tej kvázi elegendő mennyiségű húst (tehén, kecske, stb. – attól függően milyen állatokat tartottak – formájában) is feltételez, márpedig ez esetben felmerül a kérdés, hogy miért szorultak volna rá őseink annyira egy ínséges időszakban, hogy tejet igyanak, ha egyszer húst is ehettek? Ezzel persze – félreértés ne essék – egyáltalán nem azt akarom mondani, hogy nem valamiféle szelekciós esemény történt (távol álljon tőlem), én csupán magát a forgatókönyvet nem tudom igazán elképzelni, minthogy ugye egy akármilyen emberi populáció esetében csak nem egészen ugyanúgy zajlanak az események – már a jelentős életmenet különbségek miatt sem -, mint mondjuk mikor olyan baktériumegyedek evolválódnak, amelyek nem csak x, hanem y szubsztrátot is le bírják bontani, és ezzel jelentős szelekciós előnyt élveznek a többi egyeddel szemben.
@Bazsi: Igen ám, ez azonban felveti a kérdést, hogy jelenleg akkor hogyan zajlik az ember természetes szelekciója? Kik azok, akik ma szelekciós előnyt élveznek? Milyen jellegek számítanak adaptív értékűnek? Egyáltalán beszélhetünk ma ilyen jellegekről? És ha igen, akkor ezeknek vajon megadatik-e a “lehetőség” hogy generációról generációra egyre több egyed rendelkezzen velük ha egyszer a szaporodási szokásaink olyanok, amilyenek?
“az elegendő mennyiségű tej kvázi elegendő mennyiségű húst (tehén, kecske, stb. – attól függően milyen állatokat tartottak – formájában) is feltételez, márpedig ez esetben felmerül a kérdés, hogy miért szorultak volna rá őseink annyira egy ínséges időszakban, hogy tejet igyanak, ha egyszer húst is ehettek?”
A tehenet minden nap megfejheted, de ha levágod, akkor elég korlátos ideig tart ki a hús, amit nyersz belőle. Ha jön az ínséges idő, sokkal később kényszerül levágni az állatot az a család, aki a tejet is képes fogyasztani.
Másrészt a tejből felvett kalcium segíti a csontok fejlődését és erősségét, így akár testileg is fejlettebb, és harcban, balesetben a töréseknek, zúzódásoknak ellenállóbb lehet a tejfogyasztó.
“Igen ám, ez azonban felveti a kérdést, hogy jelenleg akkor hogyan zajlik az ember természetes szelekciója?”
http://www.indavideo.hu/video/Hulyek_Paradicsoma_Idiiocracy/
😉
Kukulkan:
Egy tehén nagyon kevés szénából is ad naponta tejet, ha levágták, a húst legföljebb egy-két napig tudták eltartani, ha fejték kitartott egész télen át. Ha utánaolvasol, a Holodomor idején 1932 -ben azok a családok élték túl az éhínséget, akiknek tehenük volt, bármilyen vacak is, mert egy tehén gyakorlatilag bármilyen növényi anyagot képes iható tejjé alakítani. Ez óriási előny éhínség idején. Főleg akkor, ha meg is tudod inni azt a tejet.
Akkor azt is meg lehetne oldani, hogy a laktóz lebontásáért felelős enzimet kódoló gént juttatjuk be egy baciba ami a gyomorban éldegél? Így lehetne pótolni a laktózérzékenyek enzimhiányát.
feri:
A gyomorban nem túl sok baci él meg, mivel erősen savas.
Én inkább azon gondolkodtam, hogy cellulózbontó bacival kellene fertőzni a népet, azonnal emészthetővé válna a széna, a szalma, vagy bármilyen növényi anyag.
“Akkor azt is meg lehetne oldani, hogy a laktóz lebontásáért felelős enzimet kódoló gént juttatjuk be egy baciba ami a gyomorban éldegél? Így lehetne pótolni a laktózérzékenyek enzimhiányát.”
Sajnos nem igy mmukodik. A laktoz lebontasert felelos gen (lacZ gen, beta galaktozidaz enzim) ott van a leggykoribb belben elo bakteriumban (E. coli). Ez nem csak nem potolja az enzimhianyt, de meg sulyosbitja is a helyzetet.
@Avatar78, @SexComb: Oké, ez így valóban logikus.
biztos van lacz a bélben lévő e coliban? a laborban használatos törzsekben tuti nincs, különben elég szarul működne a kék-fehér szelekció.
http://en.wikipedia.org/wiki/Lac_operon
karcsixxx:”biztos van lacz a bélben lévő e coliban? a laborban használatos törzsekben tuti nincs, különben elég szarul működne a kék-fehér szelekció.”
Biztos. A kek-feher szelekciohoz lac- mutans bakteriomot szokas hasznalni. A laborban vannak ilyen torzsek IS, den nem minden labor-coli lac minusz.
Szakmai trukk: a kek-feher szelekcio mukodhet vad tipusu lac+ bakteriummal is, ha megoldod, hogy a kromoszomalis lac operont ne indukald, de a plazmidon levo mukodjon (Xgal-t hasznalsz, IPTG nelkul). Akkor a feher helyett nagyon halvanykek lesz a negativ, es sotetebb kek a pozitiv.
karcsixxx:
Nézd meg a törzsed részletes genotípusát, ott lesz benne pontosan a deléció, ami működésképtelenné teszi a lac operont.