Aktulis infk : Eltnt a hulladk: j korszak kezddtt a DNS megrtsben |
Eltnt a hulladk: j korszak kezddtt a DNS megrtsben
origo 2006.10.17. 19:36
Ritkn szletnek olyan tt erej kutatsi eredmnyek, amelyek j alapokra helyeznek egy egsz tudomnyterletet. A biolgiban ppen egy ilyen forradalom kezddtt: szzvnyi vaksg utn elszr kezdjk egszben, a gneken tl is ltni a genetikai llomnyban kdolt informcikat. Egy j vilg trul fel elttnk, s ennek jelentsge, gyakorlati kvetkezmnyei egyelre felbecslhetetlenek. Klnsen izgalmas szmunkra, hogy a posztgenetika (PostGenetics) nvvel illetett vadonatj tudomny ppen Budapesten szletett meg.
j tudomny szletett |
1/6. oldal >> | 
"Magyarorszgon egy j tudomny szletett" - mondta Dr. Pellionisz Andrs Kaliforniban l magyar biofizikus az [origo]-nak az Immungenomikai s Immunomikai Vilgkongresszuson 2006. oktber 12-n. "Ez az j tudomny a posztgenetika, amely a genetika posztmodern korszakt jelenti. Bevezetsnek tlete tavalyi ltogatsomkor merlt fel, s Falus Andrs professzorral azta dolgoztunk a mai bejelents elksztsn." A nagy siker kongresszuson 46 orszg tbb mint flezer kutatja vesz rszt, kztk tbb hazai, illetve klfldn dolgoz magyar szakember is. A kongresszus szatellit-rendezvnyeknt elsknt tartottak nemzetkzi konferencit az gynevezett "hulladk" DNS-rl, amelyen bejelentettk a Nemzetkzi Posztgenetikai Trsasg (International PostGenetics Society) megalakulst. Az j tvlatokat nyit kutatsok egyik kzpontja Budapest, ahol Dr. Falus Andrs, a Semmelweis Egyetem Genetikai-, Sejt- s Immunbiolgiai Intzetnek igazgatja lesz a trsasg szakfolyiratnak eurpai szerkesztje.
Kulcspontok
Modern genetikrl 1905 ta, azaz krlbell egy vszzada beszlhetnk. William Bateson ebben az vben rta azt a levelet Adam Sedgwicknek, amelyben a genetika szt javasolja a Mendel korbbi ksrleteit jrafelfedez s jrartelmez j tudomnynak. Megkezddtt a gnek korszer vizsglata.
1953-ban megszletett a molekulris genetika is: James Watson s Francis Crick 1953. prilis 25-n publiklta elkpzelseit az let egyik legfontosabb molekulja, a gneket hordoz dezoxi-ribonukleinsav, azaz a DNS szerkezetrl. Szmos ms kutat - de fknt Maurice Wilkins s Rosalind Franklin - fradsgos munkval sszegyjttt eredmnyeit felhasznlva fl vszzada jutottak el a hres ketts spirl gondolatig. Ezzel j korszak nylt a biolgiban, az orvostudomnyban, az evolcis vizsglatokban, a mezgazdasgban, de pldul a bnldzsben is (DNS-ujjlenyomatok). Megkezddtt a gnek molekulris biolgiai vizsglata.
Fl vszzad mlva jabb hatalmas ttrs kvetkezett. Nhny ms faj utn 2001-ben az ember esetben is elvgeztk a genetikai llomny els teljes felmrst, azaz a genomot alkot molekulk (gynevezett nukleotidok) sorrendjnek (szekvencijnak) lerst. "Termszetesen" a mintegy 3,2 millird, sszesen ngyfle nukleotidbl ll adathalmazban a gneket kerestk elszr, s az eredmnyek mris hatalmas meglepetst hoztak. Kiderlt, hogy a vrt 140 ezernl jval kevesebb, legfeljebb 24-25 ezer gnnk van (radsul ez nem sokkal tbb a fonlfreg vagy az ecetmuslica gnszmnl). Mg drmaibb volt az a felismers, hogy a gnek szzalkos mennyisge az egsz adathalmaznak mindssze 1,3%-a.
A genomika szletse: mg mindig csak a gnek
Ezzel egytt azonban risi lps volt a genom lineris "leolvassa", mert erre alapozva szlethetett meg a legmodernebb informatikai mdszerekkel tmogatott genomika, amely j alapokra helyezte az egsz biolgit. A genomikai mdszerekkel ugyanis egyidben tudjk vizsglni szmos (vagy akr az sszes) gn mkdst egy adott sejtben, meg tudjk nzni a gnek sszes vltozatt, illetve sszes kifejezdsi (expresszis) mintzatt. Ebbl pedig sszehasonlt elemzseket vgezhetnek pldul egy egszsges s egy beteg sejt kztt (kicsit hasonl a helyzet a Fles jsg Mi a klnbsg a kt kp kztt? c. feladvnyaihoz), s "kihalszhatjk" azokat a gneket, amelyek terpis clpontokat jelenthetnek. Folytatdott teht a szzves tendencia: br a teljes genom-informci a keznkben volt, mg mindig csak a gnek, azaz a fehrjket kdol szakaszok lltak a legtbb kutats kzppontjban. Ez nem meglep, hiszen ezek a genom "legltvnyosabb", legjobban kifejezd elemei. A genom legnagyobb rsze azonban mg mindig szz terletknt fekdt a kutatk eltt, s mivel szinte semmit sem tudtak rla, megmaradtak a korbbrl szrmaz "hulladk" DNS (angolul junk DNA) kifejezsnl.
Az els eredmnyek a "hulladk" DNS-rl
Korbbi eredmnyek alapjn Malcolm J. Simons j-zlandi szlets ausztrl immunolgus-kutatorvos - akit egybknt a Nemzetkzi Posztgenetikai Trsasg tiszteletbeli elnkv vlasztottak - vetette fel elsknt 1987-ben, hogy a gneken kvli szekvencia sem "hulladk", st igen fontos szerepe van. Ez egybknt abbl is nyilvnval, hogy a sejtek nem msolgatnk nagy anyag- s energiarfordtssal mr vmillirdok ta (mg a baktriumokban is van belle).
Az els elkpzelsek egyfajta mechanikai szereprl (a gnek kztti tvolsgok biztostsa), illetve "evolcis tartalk szekvencikrl" szltak. Az utbbi vekben olyan rszleteket talltak benne, amelyek egymstl tvol ll fajok kztt is igen hasonlak (konzervatv szekvencik), amibl arra kvetkeztettek, hogy az embrionlis fejlds szablyozsban van fontos szerepe. Megkezddtt a gneken kvli tartomnyok elmlyltebb vizsglata.
A nagy ttrs
Az utbbi vekben eddig teljesen ismeretlen utakat talltak a gnmkds szablyozsra, amelyeket rvid RNS-molekulk vgeznek (lsd pldul RNS-interferencia, 2006-os orvosi-lettani Nobel-dj). Nyilvnvalv vlt, hogy ezek az RNS-ek a "hulladk" DNS-ben vannak kdolva. Senki nem tudta azonban, hogy milyen slya van ennek a szablyozsnak a genom kifejezdsben.
A nagy ttrst - mint oly sok esetben - a matematika hozta meg. Pellionisz s msok fraktlgeometriai mdszerekkel elemeztk a genom szekvencijt, s tlzs nlkl llthat, hogy fantasztikus dolgokra derlt fny. Az eddig csak linerisan, egy knyv olvasshoz hasonlan vizsglt adathalmazban olyan geometriai mintzatokat fedeztek fel, amelyek a DNS-ben kdolt informci egy eddig ismeretlen, j rtegt trjk elnk. A "hulladk" DNS-ben a lineris elemzsek sorn rejtve maradt ismtld szekvencik bukkantak el, s eddig mintegy 24-25 milli olyan szakaszt azonostottak, amelyek alapvet szerepet jtszhatnak a gnek kifejezdsnek szablyozsban - mondja Falus Andrs. Egy teljesen j vilg trult fel elttnk. Ilyen rzse lehetett a csillagszoknak, amikor kiderlt, hogy a Tejtrendszer nem egyenl a Vilgegyetemmel.
Mra egyrtelmv vlt, amit jzan paraszti sszel is sejteni lehetett: a genom nem egyenl a gnekkel. Az elmlt szz vben a genom vizsglata egy szk, ltvnyos tartomnyra, a gnekre koncentrldott. Most, hogy felismertk a kiraksjtk nagyobb rsznek risi jelentsgt, ideje, hogy sszerakjuk vgre a kpet. Ebben pedig neknk magyaroknak juthat az egyik fszerep: mint a bevezetben emltettk, 2006. oktber 12-n Budapesten, a vilg els "hulladk" DNS konferencijn jelentettk be, hogy j tudomny szletett: a posztgenetika, a gneken tli tartomnyok vizsglata. A kvetkezkben bemutatjuk nnek az eddigi eredmnyeket, megszlaltatunk kutatkat, s arrl is olvashat, hogy a "hulladk" DNS kutatsnak mris komoly gyakorlati jelentsge van. |
Titkosrs a "hulladk" DNS-ben |
<< 2/6. oldal >> | 
Pellionisz Andrs jtt r, hogyan olvashatjuk el genomunk eddig olvashatatlannak hitt szvegt. 1966-ban villamosmrnkknt kerlt be Szentgothai Jnos anatmus professzornak - a magyar agykutats egyik legnagyobb alakjnak - budapesti kutatcsoportjba. Szentgothai felismerte: az ideghlzatok mkdsnek megfejtshez matematikus-informatikus szakemberre van szksge, s Pellionisz elvlhetetlen rdemeket szerzett a problma neurlis hlzatokkal val megoldsban. A biolgia "geometrizlsra" specializldott szakember rdekldse az utbbi idszakban fordult a genomban trolt informcik elemzse fel, amelynek eredmnyekppen egy j, eddig lthatatlan jelentsrteg trult fel elttnk a DNS-ben.
Hogyan olvassuk a genomot?
Meglep oka van, mirt nem gondoltuk sokig, hogy teljes rktanyagunk 98,7 szzalka ltfontossg informcikat rejthet. Amikor a kutatk megprbltk "elolvasni" e gneken kvli szveget, nem talltak benne semmilyen rtelmet. Ma mr tudjuk, hagyomnyos mdszerrel nem is tallhattak volna rtelmes informcit. Mostanra kiderlt: a sokig "hulladk genomnak" vlt tartomnyt egszen mshogy kell olvasni, mint a fehrjekdol gneket tartalmaz szakaszokat. Ms nyelven van rva, egszen ms elv alapjn trolja az informcit, mint a fehrjerecepteket kdol gnek.
Teljes genomunk egy tbb mint hrommillird "betbl" ll szveg, amelyet a kromoszminkba csomagolt DNS-molekulkban trolunk. A szveg teht kmiailag van belerva DNS-nkbe, a "betk" valjban szerves bzisok. Az informcit ngyfle szerves bzis sorrendje rgzti, ms szval a genom "szvege" ngy "betbl" pl fl. Ez a ngy bet a szerves bzisok neveinek kezdbetje alapjn: A, C, G s T.
A fehrjekdol gnek olyan szakaszok a genomban, amelyek "betsorrendje" (szekvencija) egy receptet r le valamilyen fehrje ellltshoz. A sejt a fehrjket kisebb molekulris egysgekbl, aminosavakbl pti fl. Ismerve a recept lershoz hasznlt kdot (a genetikai kdot) a gnbl kiolvashatjuk, milyen szerkezet fehrje elksztshez ad tmutatst.
Ha elolvassuk egy gn fehrjereceptjt, linerisan, az elejtl a vgig folyamatosan kell olvasnunk, pont gy, mint ahogy az Olvas pldul ezen a szvegen is balrl jobbra halad a szemvel. Hiszen a sejtek fehrjegyrt komplexei, a riboszmk is linerisan olvassk el a gnekrl kszlt RNS-tiratokat, az RNS-tiratok pedig szintn linerisan kszlnek a gnek DNS-szekvenciirl.
E lineris nyelv azonban, gy tnik, csak a fehrjekdol gnek "szvegre" jellemz, s ezek a szekvencik olyan ritkn helyezkednek el a genomban, mint t a sznakazalban. Nem csoda, hogy ezeket sikerlt elszr megrtennk, hiszen szjrsunknak ez a kdols a legtermszetesebb, mi is e szisztma szerint runk-olvasunk.
A titok nyitja: a fraktlok
Mrpedig nem csak a gnek, hanem a "hulladk" DNS is rejt fontos informcikat, csak ezt ms mdszerrel lehet kiolvasni. Ahogy Pellionisz mondja: a gnek mellett meghatroz a helytelenl hulladknak nevezett, gneket nem kdol DNS, st szerinte az itt lv informcik jelentik az igazi szablyoz "tervrajzot" azoknak az alapanyagoknak (fehrjknek) az sszerakshoz, amelyeket a gnek kdolnak.
Pellionisz kutatsai sorn kiderlt: a genomnak egy hatrozott bels matematikja, geometrija van - mghozz a termszetben oly gyakori fraktlgeometria. A fraktlok klnleges matematikai alakzatok, amelyeknek jellemz tulajdonsga az "nhasonlsg". Egy aprbb rszletket flnagytva az egsz alakzathoz hasonl struktrt kapunk. Ezrt az elmleti mdszerekkel ltrehozott fraktlok bels komplexitsa vgtelen, de a mindennapi letben is szmos ilyen alakzat vesz minket krl. Fraktlszer pldul a villmok mintzata, a fk lombkoronja, a levelek erezete, a karfiol s a brokkoli fellete, a testnkben szertegaz rhlzat, st mg a baktriumtelepek nvekedse is megrthet a fraktlgeometria mdszereivel. A termszet azrt hasznlja a fraktl-alakzatokat, mert ez egy kitn mdszer az informci tmrtsre - magyarzta a magyar biofizikus. Ebbl a szempontbl nem csoda, hogy a genom, amely az rkld informci trolsrt felels, szintn fraktlszeren rendezdik.
Pellionisz s munkatrsai megfejtettk a titkosrst. Fraktl-algoritmusok segtsgvel eddig ismeretlen fraktl-elemeket s fraktl-halmazokat azonostottak a DNS-ben. Olyan nhasonl, ismtld rszeket talltak a genomban, "mintzatokat a mintzatokban", amelyek a fraktlkdolst hasznlva rejtik magukban a gnszablyozshoz fontos informcit. Ha valaki linerisan olvassa a genomot, nem veszi szre ezeket a szekvencikat.
Gnszekvencik tkrkpei, piknonok
A genom j mdszerrel val olvassa sorn olyan "szvegrszletekre" bukkanhatunk, amelyek rendkvl fontosak lehetnek a fehrjekdol gnek szablyozsban. Mint sz volt rla, rkt llomnyunk egy tbb mint hrommillird betbl ll "szveg", amelyet az A, C, G s T "betk" egymsutnja alkot. Ha e kmiai nyelven rt "szveg" egy vele ellenttes (komplementer) szvegrszlettel tallkozik, kpesek egymssal prhuzamosan sszekapcsoldni. Ezt nevezik komplementer bzisprosodsnak. Az A-betnek a T, a C betnek pedig a G a prja. (Pldul az "ATTCGT" szvegrszlet komplementere a "TAAGCA" szvegrszlet, ezrt az ilyen szerves bzisokat tartalmaz DNS-szlak ktdni tudnnak egymshoz.)
Az emberi DNS-ben a legalbb 40-szer elfordul, legalbb 16 nukleotid hosszsg szakaszokat piknonoknak nevezte el az IBM Watson Centerben dolgoz Isodore Rigoutsos. rdekes mdon a "hulladk" DNS terletre es kpviselik egy rsze olyan szekvencikat rejt, amelyek ppen komplementerei bizonyos fehrjekdol gnekben lv szekvenciknak. Ez teszi lehetv, hogy a rluk kszlt RNS-tiratok is pontos tkrkpei legyenek a gnekrl kszlt RNS-tiratoknak. Ennek kvetkeztben e specilis rvid RNS-darabok kpesek elcsendesteni bizonyos gnek mkdst. Emiatt a "hulladk" DNS-rl szrmaz parnyi RNS-eknek kulcsfontossg szerepe van a gnmkds szablyozsban (lsd cikknk kvetkez rszben).
Nem a gnek teszik az embert
Br a "hulladk" DNS olvassa elsre kiss komplikltnak tnik, a titkosrst feltr biofizikus szerint a fraktlok matematikja szerencsre nem tl bonyolult. Pellionisz gy vli, hogy a posztgenetika Magyarorszgra van kitallva, mert mindenekeltt informatikai htteret ignyel, ami nagysgrendekkel gazdasgosabb, mint a ksrletes biolgiai munka. Meg kell fontolni, nem lenne-e rdemes ide koncentrlni a kutatsi erforrsainkat, hiszen jelen pillanatban elbbre tartunk, mint a nyugati orszgok - mondta a kutat, arra figyelmeztetve, hogy ez a lehetsg nem lesz sokig nyitva elttnk. Eredmnyek egybknt mris vannak: pldul Szalai Csaba s kollegi (MTA Immungenomikai Kutatcsoport) Pellionisz segtsgvel fraktlgeometriai jellegzetessgeket talltak az asztmra hajlamost genetikai eltrseket tartalmaz egyik kromoszmargiban.
A gneken kvli DNS-nek fontos evolcis szerepe is lehet. Igen rdekes j informci pldul, hogy mg a csimpnz s az ember gnjei kztt csak 0,1%-nyi a klnbsg, addig a gneket nem tartalmaz szakaszokban ez mr negyvenszeres, 4%. Nyilvnval, hogy e tbbletknt jelenlv 4%-ban vannak azok a fontos informcik, amelyek emberr tesznek bennnket, hiszen a gnek ltal kdolt "alapanyagok" gyakorlatilag megegyeznek. Elmondhat, hogy minl magasabb szervezdsi szinten ll egy llny, annl tbb benne a fehrjt nem kdol DNS, azaz egyre bonyolultabb a "tervrajza".
A gneken kvli DNS vizsglata egybknt nagyon is praktikus krds - mondta Pellionisz. Kiderlt ugyanis, hogy a gneken kvli DNS hibi sok betegsg esetben alapvet jelentsgek. Tbb ezer betegsg megismersnek s gygytsnak kulcsa nem a gnekben, hanem itt tallhat. A kutat a gazdasgi hasznosthatsgot is hangslyozza: a fraktl-megkzeltssel egy baktriumban tallt olyan szerkezeteket, amelyekre alapozva olcs hidrognt lehet majd termeltetni.
Az rdekld a kvetkez rszben a betegsgek s a "hulladk" DNS izgalmas kapcsolatrl olvashat - linerisan. |


|