Biológiai alapelvet írhat át egy friss kutatás: mégsem véletlenszerűek a DNS mutációi

Kevesebb hiba keletkezhet az élőlények DNS-ének funkcionális szempontból lényeges részein, mint más területeken – derül ki egy, a lúdfű genomjában kialakuló mutációkat vizsgáló friss kutatásból.

Amennyiben a Nature-ben ma délután közölt eredmények helytállóak, és széleskörű érvényességük igazolást nyer, egy fontos biológiai elv íródhat át. Mint a kutatást a Qubitnek kommentáló Varga Máté, az ELTE TTK Genetikai Tanszékének fejlődésgenetikával foglalkozó egyetemi docense (és a Qubit állandó szerzője) elmondta, „egy klasszikus, mondhatni ortodox alapfeltételezése a genetikának, hogy a véletlenszerű mutációk tényleg véletlenszerűek, vagyis a genomban bárhol előfordulhatnak, maximum ha károsak, később kiszelektálódnak.”

A most közölt kutatás nem cáfolja meg az 1943-ban baktériumokon végzett, később Nobel-díjat érő Luria–Delbrück-kísérletet, amely igazolta, hogy az élőlényekben a genetikai hibák maguktól létrejönnek, anélkül, hogy azokat a természetes szelekció előidézte volna. Az örökítőanyagban bekövetkező mutációk a genetikai változatosság forrásai, amelyekre a természetes szelekció, illetve olyan neutrális folyamatok, mint a genetikai sodródás, vagy a génáramlás építenek, és amelyek egy populáció öröklött tulajdonságainak generációkon át történő megváltozásához, vagyis evolúcióhoz vezetnek.

Detlef Weigel, a tübingeni Max Planck Fejlődésbiológiai Intézet genetikusa és kollégái a biológiában elterjedt modellélőlény, a lúdfű (Arabidopsis thaliana) genomjában létrejövő új mutációk gyakoriságát és azok genomon belüli helyét elemezték ki. A mutációk jelenthetik egyetlen nukleotid megváltozását a DNS-en belül, melyeket egypontos-nukleotid polimorfizmusoknak (SNP) nevezünk, illetve egy vagy több nukleotid beépülését (inszerció) a genomba, vagy az onnan történő kiválásukat (deléció).

A kutatók nem várt módon arra jutottak, hogy a mutációk gyakorisága 58 százalékkal volt kisebb a génekben, mint a gének közötti régióban, míg a lúdfű létfontosságú génjeinek esetében a mutációk gyakorisága 37 százalékkal volt alacsonyabb. Ezzel szemben az olyan géneknél, amelyek funkciója külső, környezeti tényezők változására (pl. oxigénszint) adott reakcióval függött össze, nagyobb mutációs rátát figyeltek meg. Kiderült az is, hogy azok a gének, melyek erősebb (a káros génváltozatokat kiszelektáló) tisztító szelekciónak vannak kitéve, kisebb mutációs rátával rendelkeznek.

Voltak már jelei annak, hogy elavult az alapelv

Varga a Qubitnek elmondta, hogy a felfedezés nem éri teljesen váratlanul a szakembereket: „néhány korábbi megfigyelés már utalt arra, hogy [a mutációk véletlenszerűsége] nem mindig igaz, és vannak olyan részei a genomnak, amelyek strukturális okok miatt sokkal könnyebben mutálódhatnak.” Mint mondta, ilyenek például a mutációs forró pontok (hotspotok), amelyekre szerinte jó példát ad, „hogy a biológiai eredetű mutagenezisért felelős mobilis DNS-szakaszok, mint a transzpozonok sem mindig azonos eséllyel ugranak a genomba, és olyanok is vannak, amelyek a kevésbé szorosan szervezett kromatinrégiókat preferálják.”

Az eukariótáknál, amelyekhez számos egysejtű mellett a növények, a gombák és az állatok is tartoznak, a DNS nem önmagában lebeg a sejtmagban, hanem fehérjék által egy komplex, háromdimenziós szerkezetbe van csomagolva. Ezt a DNS-ből és fehérjékből álló együttest kromatinnak nevezzük, ami az örökítőanyag kompaktabbá tétele mellett kulcsfontosságú szerepet játszik a gének kifejeződésének szabályozásában. A kromatin alkotórészei a nukleoszómák, amelyek nyolc hiszton fehérjéből és a nukleoszómára tekeredett mintegy 146 bázispárnyi DNS-ből állnak. Az ELTE genetikusa szerint „a kromatin szervezettsége klasszikusan egy olyan jelleg, amely úgynevezett epigenetikai tényezőktől függ, mint például a DNS metiláltsága vagy a DNS-t maguk köré tekerő hisztonok különböző acetilációs, metilációs és egyéb állapotai.”

Weigel és kollégái összefüggést találtak ezen epigenetikai jellegek és a mutációk gyakorisága között, vagyis a mutációk helyét és számát ezek a biokémiai tényezők befolyásolni tudják. A kutatók úgy vélik, hogy az epigenetikai jellegek megmagyarázzák a genomon belüli mutációs torzítások 90 százalékát. Több száz növény genomjának adatai fényt derítettek arra is, hogy a mutációs torzítás eltérhet az egyedek közt, ami lehetővé teszi azok evolúcióját, valamint azt is sikerült igazolniuk a tudósoknak, hogy a mutációs torzítás szimplán természetes szelekció által is kialakulhat.

Nem lenne meglepő, ha általános érvényű lenne a felfedezés

A kutatók összességében úgy vélik, hogy az epigenetikai jellegekhez kapcsolt mutációs torzítás lecsökkenti a káros mutációk számát a lúdfűben, ami szerintük erősen árnyalja azt a képet, hogy a mutációk mindig véletlenszerűek lennének.

Varga szerint a tanulmány jelentősége abban áll, hogy az elmúlt években megkezdődött gondolkodást viszi tovább és „specifikusabban, epigenetikai jegyekkel hozza összhangba azt, hogy mennyire gyakori egyes helyeken a mutációk megjelenése.” A genetikus főként azt az eredményt emelte ki, miszerint „azok a régiók, amelyek igazán fontosak (és a klasszikus elmélet szerint az itt bekövetkező mutációk nagyon hamar kiszelektálódnának), eleve, epigenetikai státuszuk miatt védettek bizonyos mutációktól. Természetesen kérdés, hogy ez mennyire általánosítható, de egyáltalán nem lenne meglepő, ha az lenne.”