Létfontosságú hulladék az evolúcióhoz

Egy belga biotechnológiai intézet kutatóinak új eredményei is azt támasztják alá, hogy a régebben haszontalannak hitt, fehérjét nem kódoló "hulladék" DNS létfontosságú szerepet játszik genomunk evolúciójában. Kimutatták, hogy a "hulladék" DNS instabil darabjai részt vesznek a génaktivitás finomhangolásában, és lehetővé teszik az élő szervezetek számára, hogy gyorsan alkalmazkodjanak a környezetük változásaihoz. A kutatók eredményei a Science folyóiratban láttak napvilágot.

Fehérjéket kódoló génjeink a teljes emberi genetikai állománynak (genomnak) nagyjából 2 százalékát teszik ki. "A genom többi része alapvetően egy nagy fekete doboz" - mondja Kevin Verstrepen, a mostani kutatások vezetője a leuveni VIB biotechnológiai intézetből. Világszerte számos kutató vizsgálja, miért maradt fenn ez a látszólag haszontalan DNS-tömeg, és mi lehet a funkciója.

A "hulladék" DNS egyik jól ismert típusát alkotják az úgynevezett tandem ismétlődések. Ezek ismétlődő, rövid DNS-szakaszok, ahol az egyik azonos darab vége a másik darab elejéhez kapcsolódik. Első pillantásra valószínűtlennek tűnik, hogy ennek a "dadogós" DNS-nek bármilyen biológiai funkciója legyen, mondja Marcelo Vinces, a Harvard Egyetem kutatója, a cikk vezető szerzője. Másrészt viszont nehéz elképzelni, hogy a természet ilyen haszontalan rendszert tartana fenn.

A nemzetközi kutatócsoport rájött, hogy a tandem ismétlődések szakaszai befolyásolják a szomszédos gének aktivitását. Az ismétlődések határozzák meg ugyanis, hogy mennyire szorosan csavarodik fel a DNS a nukleoszómáknak nevezett különleges alakzatokba, és ez a becsomagolási szerkezet szabja meg azt, hogy milyen mértékben lehet aktiválni ("kibontani") a géneket.

Érdekes módon ezek a tandem ismétlődések rendkívül instabilak: az ismétlődések száma gyakran változik, amikor a DNS lemásolódik (replikálódik). Ezek a változások befolyásolják a helyi DNS-becsomagolódást, ami viszont megváltoztatja a génaktivitást. Ily módon az instabil "hulladék" DNS lehetővé teszi a génaktivitás gyors megváltozását, ez pedig lehetővé teszi a szervezeteknek, hogy a gének aktivitását a változó környezet követelményeinek megfelelően hangolják. Ez létfontosságú eleme a túlélésnek a szakadatlan evolúciós versenyben.

Elméletük kipróbálásához a kutatók összetett kísérletet végeztek, amelyben élesztősejteket használtak a biológiai evolúció utánzásához. Eredményeik azt mutatják, hogy amikor jelen van egy ismétlődés valamely gén közelében, akkor ki lehet válogatni olyan élesztőmutánsokat, amelyekben az adott gén aktivitása rendkívül megnövekedett. Ha azonban eltávolították az ismétlődő régiót, akkor nem játszódott le ez a gyors "evolúció". A kutatók szerint a természetben csak az ismétlődő régiókkal rendelkező sejtek lennének képesek gyorsan alkalmazkodni a változásokhoz, ily módon legyőznék az ismétlődés nélküli vetélytársaikat az "evolúciós játékban".

Forrás: Science/AAAS