Skąd masz swoje geny?
Oczywista odpowiedź pochodzi od twoich rodziców, których jajo i nasienie połączyły się, aby stworzyć unikalną kombinację materiału genetycznego, która sprawia, że jesteś sobą. Ale zaskakujące nowe badania rzucają kluczem do tej dobrze znanej historii: Okazuje się, że duże ilości materiału genetycznego znalezionego u ludzi faktycznie wyskoczyły kiedyś z innych gatunków w przeszłości, a proces ten może być głównym motorem ewolucji u zwierząt z dziobaków dla ludzi.
Według naukowców idea, że znaczna ilość transferów DNA w poziomie, a nie w pionie, może zmienić nasze rozumienie tego, jak powstali ludzie i inne zwierzęta. „Pokazuje, że to obce DNA, które mogło pochodzić z dowolnego miejsca, może w jakiś sposób skończyć w nas i zacząć zmieniać rzeczy”, mówi Atma Ivancevic, post-doktorant z bioinformatyki na University of Adelaide w Australii i główny autor badania niedawno opublikowane w Genome Biology .
Zacznijmy od początku. Po pierwsze, skaczące geny nie są tak naprawdę genami. Są to transponowane elementy genów, niekodujący materiał genetyczny, który znajduje się między genami. Ludzie są wypełnieni tym materiałem - ponad połowa naszego genomu składa się z elementów, które można przenosić - ale wiele z tego, co faktycznie robi, wciąż pozostaje tajemnicą. „Wydaje się, że jego jedyną rolą jest powielanie się w jak największym stopniu”, mówi Ivancevic.
David Adelson, nadzorca Ivancevica z University of Adelaide i współautor artykułu, wcześniej opublikował badania, w których stwierdził, że elementy transpozycyjne o nazwie Bovine-B (BovB) skakały wśród zwierząt tak różnorodnych jak nosorożce, jaszczurki i dziobaki. Aby zobaczyć, co się dzieje, zespół szukał BovB i innego elementu transpozycyjnego o nazwie L1 w genomach 759 gatunków zwierząt, roślin i grzybów, których w pełni zmapowane genomy były już dostępne online.
„Chcieliśmy rzucić nieco więcej światła i przekonać się, czy możemy zrozumieć, dlaczego poruszają się w genomie i jak daleko się rozprzestrzeniają”, mówi Ivancevic. „Próbowaliśmy znaleźć podobne dopasowania elementów między bardzo odległymi gatunkami.”
Ponieważ wiedzieli, że elementy BovB mogą przenosić się między gatunkami, najpierw wyśledzili ten rodzaj materiału genetycznego. Odkryli dziwne osobniki z łóżka: niektóre BovB przeniosły co najmniej dwa razy między żabami i nietoperzami, a Ivancevic mówi, że BovB, które powstały z węży, stanowiły co najmniej 25 procent genomu krów i owiec.
Śledzili także elementy L1, które stanowią około 17 procent ludzkiego genomu i prawdopodobnie są znacznie starsze niż elementy BovB, według Ivancevica. Po raz pierwszy odkryli, że L1 również mogą być przenoszone w poziomie: były obecne u wielu gatunków zwierząt i roślin, a wszystkie ssaki, które badali, inne niż dziobak i echidna (jedyne dwa ssaki składające jaja lub monotremy, żyjące na planeta).
Doprowadziło to zespół do wniosku, że elementy transpozycyjne prawdopodobnie nigdy nie były obecne w monotremach - zamiast tego muszą wskoczyć na wspólnego przodka reszty ssaków między 160 a 191 milionami lat temu.
Ivancevic ma nawet na myśli mechanizm. Krytycznie BovB znaleziono także u szkodników, takich jak pluskwy i pijawki, podczas gdy L1 znaleziono w pasożytach wodnych, takich jak robaki morskie i ostrygi. To spowodowało, że Ivancevic i jej koledzy wierzyli, że elementy transpozycyjne mogą dostać się do DNA różnorodnych stworzeń przy użyciu tych pasożytów lub innych krwiopijnych stworzeń, takich jak kleszcze lub komary, jako ich pojazdy.
Nietoperze również mogą odegrać pewną rolę. Elementy transpozycyjne są nieaktywne u wielu gatunków nietoperzy owocowych, co może wynikać z faktu, że ich dieta owadów czyni je szczególnie podatnymi na poziomy transfer genetyczny. Innymi słowy, wydaje się, że nietoperze rozwinęły zwiększoną zdolność do tłumienia tego rodzaju pierwiastków wewnątrz własnego ciała - jednocześnie działając jako gospodarze zdolni do przeniesienia ich na inne gatunki.
Nie wszystkie te elementy do transpozycji są z natury złe. Ivancevic zauważa, że chociaż L1 mogą być związane z rakiem lub zaburzeniami neurologicznymi, takimi jak schizofrenia, inne elementy transpozycyjne mogą być również zaangażowane w tworzenie łożyska lub pomoc układu odpornościowego. „Mamy dowody, że robią dobre i złe rzeczy, prawie przypadkowo”, mówi, dodając, że wiele L1 u ludzi jest również nieaktywnych. „To prawie tak, jakby genom próbował z nich skorzystać lub uciszyć je dla własnego efektu.”
Chiara Boschetti, wykładowca nauk biologicznych na University of Plymouth w Wielkiej Brytanii, która bada poziomy transfer genów, mówi, że tego rodzaju badania pokazują, że to, co naukowcy uważali za elementy „śmieci”, może w rzeczywistości odgrywać ważną rolę w funkcji lub regulacji geny. W niektórych przypadkach może to nawet wpływać na podział lub replikację DNA oraz na działanie chromosomów.
„Myślę, że może to w jakiś sposób zmienić genom biorcy”, mówi Boschetti, który nie był zaangażowany w pracę Ivancevica. „Jest bardzo prawdopodobne, że istnieją efekty”. Dodaje, że nowe badania otwierają nowe pytania, takie jak szybkość transferu tych elementów transpozycyjnych i ich aktywność w genomach.
Naukowcy od dawna wiedzą, że materiał genetyczny można przenosić między bakteriami poziomo; tak szybko rozwijają oporność na antybiotyki. Jednak odkrycie, że robią to również bardziej złożone organizmy, staje się coraz ważniejsze i zachęca do dalszych badań nad koncepcją dziedziczenia genetycznego. „Jest w pewnym sensie fajna”, mówi. „Dodaje do wszystkiego losowy element dynamiczny”.
