Genetikai szivacsok a medveállatkák

Az állatvilág legellenállóbb tagjainak genomja hatodrészben idegen, többségében baktériumoktól átvett génekből áll, amelyek hozzájárulnak az élőlények szívósságához.

Genetikai szivacsok a medveállatkák

1. oldal

Az élővilág legellenállóbb állatai nem a vastagbőrű elefántok, a hidegtűrő pingvinek, vagy a legendásan nehezen kiirtható csótányok, hanem a piciny, nagyon furcsa kinézetű medveállatkák, a Tardigrada törzs tagjai. Az ízeltlábúakkal rokon élőlények a bolygó minden részén megtalálhatók a legmagasabb hegycsúcsoktól a legmélyebb óceánokig, és a legforróbb melegforrásoktól az Antarktisz jegéig. A városi környezet és a „vad” természet sem jelent számukra akadályt, a legszélsőségesebb körülmények közt is képesek fennmaradni.

Amikor a medveállatkák nagyon extrém környezetbe kerülnek, sajátos állapotba lépnek át, amelyben gyakorlatilag elpusztíthatatlanok. Mozdulatlanná válnak, lábaikat magukhoz ölelik, és hengeres testük összetöpörödik, mivel ilyenkor szervezetükből gyakorlatilag minden víz távozik. Anyagcseréjük szinte teljesen leáll, nem vesznek magukhoz táplálékot vagy vizet, azaz sok szempontból halottnak tekinthetők. Ebben a kriptobiotikus állapotban akár 100 évet is kibírnak, és némi vízhez jutva perceken, legkésőbb órákon belül felélednek.

A szinte halottként begubózott medveállatkákat roppant nehéz megölni. Az abszolút nulla fokhoz közeli hőmérsékletet is elviselik, és bár a túlságosan nagy meleget nem bírják, 151 °C-ig nem esik bántódásuk. Kriptobiózisban a nagy nyomás, a más élőlények számára halálos mennyiségű sugárzás, és a leggyilkosabb mérgek sem ártanak nekik. Mindmáig a medveállatkák az egyedüli olyan élőlények, amelyek miután mindenféle védelem nélkül kitették őket az űr vákuumának és hidegének, életképes utódokat hoztak a világra.

A szakértők évszázadok óta tisztában vannak azzal, hogy a milliméteres nagyságú medveállatkák képesek szinte teljesen kiszárítani magukat. Egy új kutatás eredményei azonban azt sugallják, hogy ez a képesség különös módon járulhatott hozzá az állatok hihetetlen ellenálló képességének kialakulásához, ez teszi ugyanis lehetővé számukra, hogy baktériumoktól és más organizmusoktól géneket vegyenek át. A medveállatkák génállományában ugyanis olyan sok idegen gén van, hogy az példátlannak számít az állatvilágban.

A megfigyelés Thomas Boothby, az Észak-Karolinai Egyetem kutatója és kollégái érdeme, akik elsőként szekvenáltákegy medveállatka genomját. Az állattörzs több mint ezer faja közül a szakértők a Hypsibius dujardini nevű, laborban is könnyen tenyészthető fajt választották ki tanulmányozásra. A genomszekvenálást követően Boothby először azt gondolta, hogy társaival valamit nagyon elrontottak a munka során, a végeredményül kapott adatsor ugyanis tele volt olyan génekkel, amelyek baktériumokhoz és más organizmusokhoz tartoznak, de az állatokra egyáltalán nem jellemző jelenlétük.

„Mindannyian azt hittük, hogy valamilyen módon szennyeződtek a minták” ‒ mondja a kutató. Rövidesen azonban kiderült, hogy a különös gének valóban a medveállatkák genomjának részét képezik. Ez a fajta szedett-vedett génállomány nem lenne meglepő, ha egy baktériumról lenne szó, hiszen a mikrobák nagyon gyakran cserélgetik egymás közt génjeiket. A horizontális génátadás azonban a magasabb rendű élőlények körében sokkal ritkábbnak számít.

Ezt a fajta géntranszfert az állatvilágban sokáig egyenesen lehetetlennek hitték a szakértők, az utóbbi időben azonban fény derült arra, hogy időnként azért előfordul ilyesmi. A kullancsokvalamikor a múltban antibiotikumokat kódoló géneket vettek át a baktériumoktól. A levéltetvek gombagéneknek köszönhetik zöld színüket. A darazsakvírusok génjeit változtatták hatásos biológiai fegyverré. A viaszos pajzstetvek több különböző mikrobától is géneket kölcsönöztek, hogy gazdagabban táplálkozhassanak. A kávé egyik kártevő rovarabakteriális gének segítségével öli meg a növényt. Egyes ecetmuslicákgenetikai állományába teljes bakteriális genomok vannak beágyazódva. A Space Invaders névre keresztelt géncsoport pedig többször is gazdát cserélt a gyíkok, a békák, a rágcsálók és más állatok között.

2. oldal

Összességében azonban elmondható, hogy az állatvilág horizontális génátadásai során általában egy vagy két ugráló gén kerül át egyik faj tagjaiból egy másikba, és az ilyen módon beszerzett gének legfeljebb a genetikai állomány egy százalékát teszik ki egy-egy élőlényben. Boothby és csapata tehát érthető módon megdöbbent, amikor kimutatták, hogy az általuk vizsgált medveállatka genomja 17,5 százalékban idegen géneket tartalmaz. Az említett fehérjekódoló szakaszok több mint 90 százaléka bakteriális eredetű, a többi pedig archeáktól (ősbaktériumok), gombáktól és növényektől származik.

A szakértők különös gonddal fésülték át a vizsgált genomot, így biztosak abban, hogy a genom egyhatoda valóban idegen eredetű. A biztonság kedvéért többször is szekvenálták a genetikai állományt, egy olyan módszert is alkalmazva ennek során, amely nem tördeli fel kisebb darabokra a DNS-t, hanem a teljes szálakat dekódolja. Ennek során minden kétségen felül beigazolódott, hogy az idegen gének ténylegesen kapcsolódnak medveállatkák eredeti génjeihez, így nem származhatnak szennyező mikrobáktól. „Nagyon izgalmas, és nagyon meggyőző a tanulmány” ‒ mondja John Logsdon, az Iowai Egyetem genomevolúcióval foglalkozó kutatója.

A következő felmerülő kérdés az lehet, hogy hogyan kerülhettek át ezek a gének a medveállatkák génállományába. Boothby szerint a válasz az állatok különös biológiájában rejtőzik. Amikor a piciny lények kiszárítják testüket, a folyamat során DNS-ük kisebb darabokra törik szét. Amikor aztán újra felélednek, ezt jelentős vízfelvétel mellett teszik, és ennek során sejtjeik nagy mértékben átjárhatóvá válnak, vagyis mindenféle molekulák, köztük DNS felvételére is képesek a környezetből. Végül ide kapcsolódik a kriptobiózisból való feléledés másik fontos feltétele, vagyis hogy a medveállatkák kimagaslóan jók saját DNS-ük kijavításában, amire szükség is van, hogy össze tudják illeszteni szétszabdalt genomjukat, és kijavítsák az abban keletkezett hibákat.

Boothby tehát úgy véli, hogy amikor a medveállatka kiszárad, DNS-e a környezetében található más mikrobák DNS-ével együtt fragmentálódik. Amikor a kriptobiózis véget ér, ezek az idegen DNS-darabok bejutnak a sejtekbe, majd a javító mechanizmusoknak köszönhetően beépülhetnek az állat genomjába. A víz visszanyerése során tehát a medveállatkák szivacsként szippantják magukba az idegen géneket.

És ezek a gének nem is maradnak munka nélkül. A vizsgálatok szerint a medveállatkák a kölcsönzött DNS-szakaszok közül többet is aktívan használnak. Az eddig azonosított, kifejeződő idegen gének többsége ráadásul más organizmusokban pontosan a szélsőséges környezetben való túlélésben játszik szerepet. Vagyis a piciny túlélőbajnokok ellenálló képességüknek legalább egy részét bakteriális és más élőlényektől származó géneknek köszönhetik.

A szakértők szerint a történet azzal kezdődhetett, hogy a medveállatkák ősei képesek voltak valamennyire kiszárítani magukat, majd feléledés közben idegen génekre tettek szert. Ha ezek a gének még ellenállóbbá tették őket a szárazsággal szemben, az állatok még esélyesebbé váltak a horizontális génátvételre. Ez a pozitív visszacsatolási kör egyelőre persze csak spekuláció a kutatók részéről, de a teóriát megerősíti, hogy egy másik mikroszkopikus állat, a kerekesféreg szintén képes sejtjeit kiszárítani, és szintén hajlamos a génkölcsönzésre is. A kereskesférgek genetikai állománya 10 százalékban tartalmaz idegen géneket.

Boothby és kollégái a közeljövőben más fokozottan szárazságtűrő élőlényeket, a fonálférgeket, egyes halakat és rovarokat is meg akarnak vizsgálni a horizontális génátadás szempontjából. Ezzel párhuzamosan pedig a medveállatkák genomjának idegen részeit is tovább tanulmányozzák majd, egyesével kapcsolva le az aktív géneket, hogy kiderítsék, ezek mivel járulnak hozzá az állatok szívósságához. Ralph Schill, a Stuttgarti Egyetem kutatója az eredmények kapcsán azt is megjegyezte, hogy a Hypsibius dujardini kifejezetten kispályásnak számít a medveállatkák között, hiszen annyira nem tűri jól a kiszáradást és a szélsőséges környezetet sem. Elképzelhető tehát, hogy az állattörzs edzettebb fajai, amelyek akár az űrt is képesek túlélni, még nagyobb meglepetéseket tartogatnak.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward