torstai 7. helmikuuta 2013

Kun solun kaksi genomia törmäävät


Kasvi-ja eläinsoluissa on kaksi genomia: yksi tumassa ja yksi mitokondriossa. Kun molemmissa tapahtuu mutaatioita, ne voivat muuttua yhteensopimattomiksi, aiheuttaen sairauksia. Brown yliopiston ja Indianan yliopiston tutkijat ovat jäljittäneet hedelmäkärpäsissä yhden esimerkin yksittäisten virheellisten nukleotidien aiheuttamasta sairaudesta ja selvittäneet sairastumismekanismin.

Kirkkaat alueet ympäröivät tummempia mitokondrion sisältäviä alueita hedelmäkärpäsen munasoluissa (Kuva: Rand lab/Brown University)

Jo yhdessä genomissa tapahtuvien mutaatioiden aiheuttamat sairaudet ovat monimutkaisia, mutta jotkut sairaudet aiheutuvat kahden genomin (tuman ja mitokondrion) virheellisestä vuorovaikutuksesta. Brown yliopiston ja Indianan yliopiston tutkijat ovat jäljittäneet hedelmäkärpäsessä yhden sellaisen vuorovaikutuksen yksittäisten nukleotidien mutaatioiden tasolle asti ja kuvaavat, kuinka geneettinen kaksoisvirhe sairastuttaa kärpäsen.

"Tällä on merkitystä ihmisen sairauksiin, mutta se pätee kaikkiin eliöihin, koska niissä kaikissa on kaksi genomia," biologian professor ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja David Rand sanoo. "Monet metaboliaan liittyvistä sairauksista ovat mitokondriosta johtuvia ja niihin liittyy erityinen geneettinen jälki, joten kahden osan vuorovaikutus on otettava huomioon."

Tutkijat sekoittivat keskenään eri kärpäskannoista peräisin olevia yhteensopivia mitokondriaalisia (mDNA) ja tuman (nDNA) genomeja, joihin oli syntynyt spontaaneja mutaatioita evoluution kuluessa. He havaitsivat, että kun "simw51" mDNA Drosophila simulans-kannasta siirrettiin Drosophila melanogaster-kantaan, jolla on "Oregon R" nDNA, kävi huonosti.

Tämän genomikombinaation omaavat kärpäset elivät, mutta niillä oli paljon terveysongelmia. Huomattavin vika oli se, että niiden selkäkarvojen pituus oli vain puolet normaalista. Niillä oli myös kehityksen viivästymistä, heikompi lisääntymiskyky ja ne väsyivät nopeammin. Väsyminen on ymmärrettävää, koska mitokondriot ovat solun voimalaitoksia.

Tutkijat havaitsivat, että sairaissa kärpäsissä kolmen mitokondrion energiantuotantoon liittyvän entsyymin aktiivisuus oli heikentynyt. Nämä entsyymit valmistetaan sekä nDNA:n että mDNA:n koodin perusteella.

Kumpikaan mutaatio yksinään ei aiheuta paljon (tai ollenkaan) harmia kärpäselle. Mutta kun ne molemmat ovat läsnä, niin silloin kärpänen sairastuu. Colin Meiklejohn ja Kristi Montooth jäljittivät mutaatiot vain kahteen muuttuneeseen nukleotidiin - yksi molemmissa genomeissa. Mitokondriaalisessa genomissa G:n muutos U:ksi RNA:ssa viittasi proteiinisynteesiongelmaan mitokondriossa. Tämä vahvistui, kun he löysivät A -> U:ksi mutaation tuman proteiinista, joka liittää aminohapon juuri tähän samaan RNA:han. Nämä virheet vaikuttivat proteiinisynteesin nopeuteen ja edelleen kärpäsen kasvunopeuteen.

"Tämän tutkimuksen merkittävin asia on [sairauden syyn] jäljittäminen yksittäiseen nukleotidiin," Rand toteaa. "Mutta paljon yleisempi opetus on se, että rinnakkainen evoluutio (coevolution) mitokondrion ja tuman geenien välillä on jatkunut miljoonien vuosien ajan miljoonissa eliöissä ja se jatkuu edelleen tämän päivän ihmispopulaatioissa."

Ihmisissä tunnettu mitokondrionaalinen sairaus on kestävyyden puute, joka johtuu mutaatiosta samassa mitokondrionaalisessa RNA-geenissä, jota biologit tutkivat hedelmäkärpäsessä. Rand työryhmineen jatkaa uusien vastaavien genomien vuorovaikutusongelmien etsimistä.

"Me haluamme kysyä, kuinka yleistä tämä on, ja voimmeko me löytää muita genomien vuorovaikutusongelmista johtuvia sairauksia."

Professori Rand tekee tutkimuksesta asianmukaisia ja täysin käsittämättömiä johtopäätöksiä. Rand toteaa aivan oikein, että tutkimuksen merkittävin ansio oli sairauden syyn jäljittäminen genomien nukleotidien tasolle eli aminohappomuutoksiin asti. Tästä asiasta me kaikki - erilaisista todellisuuskäsityksistämme huolimatta - voimme olla yhtä mieltä. Rand on myös innokkaasti lähtenyt etsimään lisää tällaisia havaintoja. Näin pitääkin tehdä.

Mutta täysin käsittämätöntä on se, että Rand onnistuu tekemään tutkimuksen perusteella puhtaasti kehitysopillisen johtopäätöksen:

 "...paljon yleisempi opetus on se, että rinnakkainen evoluutio (coevolution) mitokondrion ja tuman geenien välillä on jatkunut miljoonien vuosien ajan miljoonissa eliöissä ja se jatkuu edelleen tämän päivän ihmispopulaatioissa."

Tutkimus ei millään tavalla osoittanut, että
  1. Rinnakkainen evoluutio on jatkunut miljoonia vuosia mitokondrion ja tuman geenien välillä
  2. Evoluutio on jatkunut miljoonissa eliöissä 
  3. Evoluutio jatkuu ihmispopulaatioissa
Tämä johtopäätös perustuu vain Randin henkilökohtaiseen (joskin vallitsevaan tieteelliseen) näkemykseen. Sillä ei ole mitään tekemistä hänen tutkimuksensa kanssa. Tieteen yleisen uskottavuuden kannalta on huolestuttavaa, että tutkimustuloksista voidaan tehdä täysin uskonvaraisia johtopäätöksiä, joilla ei ole mitään tekemistä tutkimuksen todellisten tulosten kanssa.

Tämä tutkimus osoitti, että jo yhden nukleotidin muutos genomissa voi aiheuttaa vakavan sairauden. Se ei ole mitään uutta. Evoluution sanotaan perustuvan mutaatioihin. Havaintojen mukaan sille jää kovin vähän tilaa genomissa.


http://news.brown.edu/pressreleases/2013/02/mitochondria

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti