Ajánlj témát!

Miről szeretnél olvasni nálunk? Ha nem árulod el, csak találgatunk. Írjatok arról, hogy...

Kik vagyunk mi?

Az Akciós Potenciál egy agykutatással illetve más biológiai témákkal foglalkozó fiatalokból álló baráti, munkatársi közösség. Azért indítottuk a blogot, hogy az általunk űzött tudományágak új eredményeit közérthető módon, érdekesen mutassuk be az érdeklődöknek. Nem törekszünk tudományos igényű részletességre, de nem is elégszünk meg annyival, hogy "brit tudósok kimutatták..."

Utolsó kommentek

Szerzők

RSS feed

Rovatok

Címkék

creative commons

Creative Commons License
Terjeszd, használd, hivatkozd

Egyéb

Baktériumgénekkel felszerelt rovarok és férgek

Nem, ez nem egy újabb alacsony költségvetésű sci-fi film alapötlete, istent játszó őrült tudósokkal. Ezt az "őrületet" az anyatermészet mindenféle emberi beavatkozás nélkül, a saját szakállára vitte véghez és nem először! A Science 2007 szeptemberi számában, egy a kutatók által már jól ismert szimbionta/parazita baktériumról derült ki, hogy génjeinek jó részét "biztonságba helyezte" több különböző rovar- és fonálféreg fajban.

A mai soksejtű élőlények mind sejtmaggal és különböző sejtszervekkel rendelkező (eukarióta) egysejtűekből jöttek létre. De maga az eukarióta sejt is valami baktérium-szerű lényből keletkezett. Hogyan alakultak ki e sejtszervek? Egyes esetekben - mint a minden eukariótában megtalálható mitokondriumok esetében -, nagyon valószínű, hogy eredetileg önálló baktériumok voltak. Ezek a szimbiózisnak olyan szintjére jutottak, hogy a bennük található fehérjék egy részét is a gazdasejtek kódolják a sejtmag DNS-ben. Ez azt jelenti, hogy a mitokondriumokban található fehérjék egy része a mitokondrium saját DNS-ben másik része a sejtmagi DNS-ben van kódolva. Az ős-mitokondriumok "háziasítása" több mint 1 milliárd évvel ezelőtt, vagyis elég régen történhetett. Mondhatnánk "régi lemez", de úgy tűnik ezt a lemezt az evolúció újra "felrakta" a közelmúltban. Ugyanis valami nagyon hasonló dolog kezdődött el nemrég a rovar- és féregvilágban is.

A baktérium
A Rickettsiaceae családba tartozó Wolbachia pipientis nevű baktérium egy széles körben elterjedt endoszimbionta/endoparazita. Az összes rovarfajta 20%-ban valamint több fonálféreg fajban is megtalálható. A Rickettsiaceae család már önmagában is érdekes az embernek, elég az RMSF-re (Rocky Mountain Spotted Fever) kullancsok által az USA területén terjesztett Rickettsia-fertőzésre gondolni. Ez a betegség kezelés hiányában az esetek 30%-ban okozott régebben halált, ma ez az arány az antibiotikumos kezelésekkel 4%-ra csökkent.
A Wolbachia különlegessége abban rejlik, hogy a megfertőzött fajok sejtjeinek belsejében él - az ábrán (köszönet a PLoS-nak) egy rovarsejt belsejében látható. Ettől persze még csak egy "sima" endoszimbionta / endoparazita lenne, nem pedig különleges. Az igazi furcsaság az, hogy előszeretettel fertőzi meg az ováriumokat és magukat a germinális vonal sejtjeit, vagyis a petesejteket. Ezen túlmenően a megfertőzött petesejtere, majd embrióra hatva - képes több különös jelenséget létrehozni, így például partenogenezist, vagyis szűznemzést kiváltani, megölni a hím utódokat vagy átalakítani őket kvázi-nőstényekké, egy szóval eltologatja a nemek arányát a nőstények javára. Ugyanakkor megvédi a már fertőzött nőstényt a további, más fajta Wolbachia törzsek támadásától. Mindez nyilvánvalóan a Wolbachia elterjedését segíti elő. Egyes esetekben  nagyon szoros a gazda-szimbionta kapcsolat - hiányában egyes fonálféreg fajok nőstényei még sterillé is válnak amennyiben antibiotikummal "meggyógyítják" őket. Ami rossz a fonálféregnek, az jó az embernek...

Onchocerciasis
Ez az Onchocerca nevű kis fonálférgecske - amely nekem első látásra nagyon hasonlít Nobel díjas társához - egy nagyon kellemetlen betegség az un. onchocerciasis vagy más néven folyó-vakság (river blindness) okozója. Ma a Szaharától délre eső területeken évi mintegy 200-300ezer ember megvakulását okozza, bár ennél sokkal több ember szenved a betegség egyébb kellemetlen és néha veszélyes tüneteitől (lásd csúnya kép jobbra...).
Így jelenleg ez a második leggyakoribb oka a fertőzés által bekövetkezett megvakulásoknak. A probléma, hogy a jelenlegi gyógyszerek a fonálféreg kicsinyeit pusztítják el, az azokat folyamatosan termelő felnőtt férgekkel nem tudnak mit kezdeni. Így a féreg-ellenes kezelések csak ideiglenes gyógyulást eredeményeznek. Az áttörés a betegség kezelésében már nincs messze, hála annak, hogy rájöttek, a fonálféreg szimbiontája, a Wolbachia baktériumok nélkül a féreg elveszti szaporodóképességét, így a baktériumok "egyszerű antibiotikumos" kiölésével és a szokásos féregellenes szerek együttes adagolásával nagyon hosszú időre tünetmentessé tehetők a betegek (lásd Hoerauf valamint Taylor és munkatársai írását a témában).

Genom a genomban
Az embert közvetlenül és azonnal érintő kérdéseken túl azonban globálisabb jelentőséggel bír a poszt legelején beharangozott tudományos felfedezés. Kiderült ugyanis, hogy az egyik gyümölcslégy-fajta, a Drosophila ananassae genomjában ott van gyakorlatilag az egész Wolbachia-genom! Az egymástól távol eső 45 Wolbachia-gén közül 44-et találtak ugyanis meg a légy sejtmagi genomjában. A képen itt lent, a légy politén kromoszómarészlete látszik (a piros festődés propidium jodidnak köszönhető, amely egy DNS-t festő fluoreszcens festék). A politén kromoszómák a muslinca nyámirigyének sejtjeiben található speciális óriáskromoszómák, amelyek néhány ezer egymás melletti párhuzamos kromatidából állnak. A nagy sárga nyíl mutat arra a részre, ahol a kutatók felfedezték a Wolbachia egy génjét (sárgászöld terület). A D. ananassae különböző területekről (itt nagyon különbözőre kell gondolni, úgyismint Hawai, India, Malajzia, Indonézia) begyűjtött példányaiban a baci-gének mindegyikben ott voltak és 99,9%-os egyezést mutattak, ezen felül a D. melanogasterben is megtalálható Wolbachia-génekkel 97,7%-os volt az egyezés.

Mi következik ebből? Hogy a világon elterjedt D. ananassae törzsek egy olyan közös őstől származnak amely már rendelkezett a Wolbachia-génekkel. A bejuttatott gének ráadásul nem tekinthetők egyszerűen potyautasnak, mert ugyanebben a cikkben (Science 317:1753, 2007) kimutatták azok viszonylag alacsony szintű expresszióját, aktivitását is. A D. ananassae-n kívül még sok más fajt vizsgáltak meg, amelyek közül még 14-ben volt kimutatható Wolbachia-fertőzés és ezek közül 7 faj genomjában találtak Wolbachia géneket. Ezek között vannak gyümölcslegyek, fonálférgek, darazsak és szúnyogok is.
Ime néhány kép azokról a fajokról, amelyekről kimutatták, hogy Wolbachia géneket hordoznak:
Culex sp. Nasonia sp. Brugia sp.

Mit csinálnak a baktériumgének az állatokban, miért jó ez nekik (vagy miért nem rossz) - csak találgatások vannak egyelőre. A horizontális géntranszfer, vagyis a gének nem leszármazás következtében létrejövő továbbadása, már bizonyított volt baktérium-baktérium, baktérium-(eukarióta) egysejtű között, de ez az első eset, hogy magasabbrendű lény - és rögtön több különböző faj! - és baktérium közötti gén-átadást bizonyítottak. Mindezek alapján a szerzők jogosan vetik fel, hogy a különböző állatok és növények genomjának feltérképezésekor "előkerülő" bakteriális géneket nem kéne automatikusan kitörölni az adatbázisokból, ahogy azt eddig tették. Lehet, hogy nem szennyeződésként került a viszgált faj DNS-mintájába a bakteriális DNS, hanem eleve ott volt!

Források:
Hotopp, Science 317:1753 (2007)
Hoerauf, B.M.J. 326:207 (2003)
Taylor, Lancet 365:2116 (2005)

2007.10.27. 18:15 | SirMook | 5 komment

Címkék: szimbiózis horizontális géntranszfer wolbachia drosophila

A bejegyzés trackback címe:

https://akciospotencial.blog.hu/api/trackback/id/tr40205226

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

SirMook · http://akciospotencial.blog.hu/ 2007.10.28. 16:59:35

Feleségem figyelmeztetett, hogy ez a bejegyzésem a nem-természettudományos végzettségű emberek számára túl nehéz szöveg lehet - így egy megjegyzés szintjén megpróbálom néhány mondatban összefoglalni miről van szó.

1. kiderült, hogy genetiakilag módosítva van pár jól ismert rovar- és féregfaj és ezt a módosítást (idegen gének bevitelét) egy olyan baktérium csinálta ami előszeretettel bújik más lények sejtjeibe. Mindehhez a bacinak nem volt szüksége emberi segítségre - az anyatermészet ugyanis csinál néha ilyet magától is és nem szokott le az utóbbi kb 1 millió évben sem erről.

2. A sejtjeink fő energiatermelő sejtszervei, amiket mitokondriumnak nevezünk valamiféle baktériumtól származhatnak, amely vagy parazitaként kezdte vagy szimbiontaként vagy csak nem bírt megemésztődni amikor az ős-sejtmagvas sejt bekebelezte. A lényeg hogy bekerült a sejtbe és most a sejt többi része mindenféle energia-forrással, fehérjékkel, aminosavakkal stb látja el, amiért a mitokondrium "energia-valutával", ATP-vel fizet (amit a sejt iszonyú rengeteg kémiai folyamatban tud felhasználni).
Arra nézve, hogy régebben önálló élőlény volt, több közvetett bizonyíték is van, pl. saját DNS-e és saját DNS-olvasó/másoló apparátusa van. VISZONT: jópár fehérjét ami odabent kell neki, nem ő kódol a saját DNS-ben, mert ezek kódja a sejt "központi" génállományában található.

aron 2007.10.29. 13:14:06

Nagyon érdekes cikk, köszönöm! :)

De hogy tudja megölni az antibiotikum a sejten belüli baktériumot?

Valamint, hogyan megy végbe a horizontális géntranszfer? Vagy a baci-DNS igazából nem kerül bele a rovar sejtmagjába, csupán eleve ott lesz a sejtben (mivel már a petesejtben is ott volt), mint a mitokondrium?

Egyáltalán, a mitokondrium "leírása" benne sincs az emberi DNS-ben? (Tehát az emberi mitokondriális DNS megegyezik a legtöbb állatéval?)

SirMook · http://akciospotencial.blog.hu/ 2007.10.29. 18:04:50

Aron, nagyon örülök és annak külön, hogy kérdések merültek fel benned.

1. Jól látod a problémát, bizony a sejten belül lapuló baci megöléséhez a méregnek először be kell jutnia a sejtbe (ott nem csinálni semmi bajt), aztán még át kell haladnia a baktérium membránján, vagy membránjain (!) + amivel még a baci körülveszi magát védekezésképp. A TBC-t okozó baci pl egy kocsonyás anyaggal veszi magát körül amin nehezen mennek át az antibiotikumok (is) és nehéz bekebelezni is - de ez feltehetően nem áll a Wolbachia-ra.
A megoldás általában az, hogy egyszerűen nagyobb koncentrációban alkalmazzák a már ismert antibiotikumot. A Wolbacia esetében ez, ha jól tudom a doxiciklint jelenti, jó nagy dózisban szedve egy hónapig.

2. Hogyan megy végbe a horizontális géntranszfer? A cikk illetve cikkek erről nem szólnak és nem is tanultam ilyesmit az egyetemen, ezért csak találgatni tudok. Elvben vmi ilyesféleképpen képzelem: A.) a baci DNS és néhány fehérje kikerül a baciból (bele sejt citoplazmájába). B.) Ezek valahogy bejutnak a sejtmagba. C.) más mozgó genetikai elemekhez (lásd transzpozonok) hasonlóan a baci-DNS bekapcsolódik a sejtmag DNS-be.

"Vagy a baci-DNS igazából nem kerül bele a rovar sejtmagjába, csupán eleve ott lesz a sejtben (mivel már a petesejtben is ott volt), mint a mitokondrium?"
Ha csak annyit csináltak volna a kutatók, hogy kiölik a Wolbachia-t az allatkabol, aztán megnézik, hogy ott van-e még a Wolbachia DNS-e - ezzel pontosan ezt a hibát követték volna el. Nem lehetett volna kizárni, hogy csak ott maradt a sejtekben a baci génkészlet a baci elölése után. Viszont mivel megnézték és megtalálták a politén kromoszómákban, ebből tudjuk, hogy ennél biztosan többről van szó, a sejtek belsejében "úszkáló döglött bacimaradék"-ból ugyanis magától csakúgy nem fog beépülni (feltehetően) a DNS a gazda genomba.

3. A mitokondriumnak saját genomja van, így "nincs benne" az emberi genomban. Pontosabban szólva: egy élőlény teljes genomja tartalmazza az élőlény sejmagjában és sejtszerveiben (mitokondrium, + kloroplasztisz is a növényeknél) található géneket. A mitokondriumok csak anyai ágon öröklődnek az emlősöknél (sőt ha jól tudom ez az egész állavilágra igaz, de nem minden növényre), vagyis minden mitokondrium azokból a mitokondriumokból keletkezett (osztódás által) ami a petesejtben volt.
Az emberi mitokondrium leginkább az emberi mitokondriummal egyezik meg, de azzal sem teljesen, mert pl mutációk ezt a DNS-t is érintik. :)) A fentiek alapján tehát mindenki az anyjától örökli a mitokondriumát aki szintén az annyjától örökölte, aki szintén az anyjától stb. Így aztán, megmérve mennyi különbség van a mitokondriális DNS-ben két-tíz-száz-sokezer ember között, fel lehet mérni, hogy egyrészt egy embercsoport mennyire régen vált el egy másiktól, másrészt ezen az alapon lehet visszakövetkeztetni arra is, hogy hol/mikor élhetett "mindenki anyja", avagy "Éva". Lásd az angol wikin:
en.wikipedia.org/wiki/Mitochondrial_Eve

Marie Sklodowska 2007.10.30. 11:06:44

"Valamint, hogyan megy végbe a horizontális géntranszfer? "
-Leggyakrabban bakteriofág fertőzéssel (majd homológ rekombinációval), valamilyen extrakromoszómális genetikai elemmel (plazmiddal), transzpozonokkal...

Marie Sklodowska 2007.10.30. 11:07:45

..vagy nem homológ rekombinációval....:))
(illegitim rekombináció)