A miniatűr Daphnia az állatvilág genetikai mesterévé vált.

több

2011. február 12., 0:00, Michal Ač

A Daphnia, az akváriumi halak népszerű csemege, az első rákféle, amelyhez a tudósok feltérképezték a teljes örökletes információt, a genomot. Kimutatták, hogy a mikroszkopikus Daphnia pulex csaknem 31 000 génnel rendelkezik, mintegy nyolcezerrel több, mint az ember.

Az emberi gének teljes számára vonatkozó becslések már régóta változnak, és egyszer sem voltak százezrek. Néhány évvel ezelőtt genetikusaik végül megszámolták őket; kiderült, hogy "csak" 23 ezer van belőlük. A közönséges rizsnek 50 ezer génje van, 32 ezer kukorica, és ebben a genetikai számban még a kis arabok is felülmúlnak minket (25 500).

A növények általában több génnel rendelkeznek, főleg azért, mert fotoszintézissel saját tápanyagokat kell előállítaniuk, míg mi könnyebben nyerünk energiát. De mi a helyzet egy olyan közönséges miniatűr organizmussal, mint az átlátszó dafniák, amelyek mérete egy-öt milliméter között mozog? Mitől érdekes és miért van szüksége ennyi génre?

Csak egy kevésre van szükségük

Körülbelül háromszáz Daphnia-fajt ismerünk, de ezek nagyon hasonlóak. Az életmódjuk nem igényes. Minden kontinensre és minden helyre alkalmasak, ha találnak rajtuk egy kis friss vizet, különösen állóvizet. Még a tápanyagok tekintetében sem túl válogatósak, és elegendőek apró algákkal, például cianobaktériumokkal.

Egy ilyen menü kissé változatosnak tűnik számunkra, de Daphnia a hosszú fejlesztés során megszokta az egyoldalú étrendet. Ennek köszönhetően ma már kiváló szövetségeseknek tekinthetjük őket a tavak vagy tavak undorító zöld bevonatai ellen, amelyeket a cianobaktériumok alkotnak.

A Daphnia gyorsan reagál a stresszre is, ezért fontos szervezet, amely jelzi a vízszennyezést.

Nem nélkülözhetem

Az állatvilág legtöbb emberéhez hasonlóan jó és rossz időket is átélnek. Jobb időkben megelégszik egy kevésbé drámai és kevésbé igényes ivartalan élettel, amikor megtermékenyítetlen petékből csak nőstények születnek.

Amikor azonban van egy kisebb válság is, például az őszi lehűlés, vagy egy nagyobb, amelyet valószínűleg a ragadozók fenyegetnek, figyelemre méltó törés következik be Daphnia viselkedésében. Annak érdekében, hogy fajként kezeljék a romló körülményeket, növelniük kell a genetikai sokféleséget, ami több lehetőséget kínál önmagának alkalmazkodására vagy megvédésére.

A természet ennek csak egyetlen módját találta ki: a szexet. Ennek eredményeként egyes dafniák gyorsan kifejlesztenek specifikus védőfelszereléseket: rúdakat, fogakat vagy más érdekes katonai sisakra emlékeztető daganatot.

A fűtött laboratóriumi dobozokban a dafniák láthatóan stabil környezetben vannak, és semmi sem kényszeríti őket a változásra. Cserébe lehetővé teszik számukra a kényelmet nyújtó tudósok számára, hogy megvizsgálják a megtermékenyítetlen petékből származó, genetikailag azonos klónok generációit.

De azoknak, akik tanulmányozni akarják a dafniák stresszre adott válaszát, kevésbé stabil feltételeket kell teremteniük számukra.

Kardosok és Weissmann

A múlt számos híres embere dolgozott vízibolhával. Ilya Mechnikov például felhasználta őket, hogy ellenőrizze forradalmi elképzelését a fehérvérsejtek szervezet védő szerepéről, amely az immunológia születésekor volt. 1908-ban elnyerte a Nobel-díjat.

A múlt egyik legfontosabb biológusa, August Weissmann, akinek nevét Charles Darwin nevével együtt egy lélegzetvételkor gyakran ejtik, a vízibolhán illusztrálta azt az ismeretet, amelyet csak a csírasejtek, azaz a hím sperma és a nőstény petesejtek képesek továbbadni állatok örökletes információi.

Harmadszor, Richard Woltereck daphniát használt a fenotípusos plaszticitás elméletének tisztázására, amely röviden elmondja, hogy egy szervezet megváltoztatja tulajdonságait a megváltozott környezetre reagálva.

Ma az alázatos vízibolha a környezeti genetika mintaszervezete, egy új tudomány, amely a gének és a környezet kapcsolatát igyekszik megérteni. A tudósok azt vizsgálják, hogyan reagál a Daphnia a kémiai vízszennyezésre.

Tízezer egyedi tárgy

A Daphnia nagyon népszerű genetikai organizmus lett, hasonló a Drosophila melanogaster gyümölcslégyhez vagy a Caenorhabditis elegans féreghez. A tudósok a múlt század vége óta ismerik a férgek és a legyek teljes genomját, ezért Daphniának jelentős történelmi csúszása volt.

Most egy nemzetközi genomikai konzorcium (Daphnia Genomics Consortium) törölte őt, amelyet az Egyesült Államok Bloomington-i Indiai Egyetem Genomikai és Bioinformatikai Központja koordinál. Majdnem 500 tagja van, és John Colbourn vezeti ugyanabból az egyetemből. Colbourn egy olyan szerzői csoport vezetője, akik a Daphnia genom feltérképezéséről írtak a Science folyóiratnak.

Japánból, Németországból, Svájcból, Hollandiából, Kanadából és az Egyesült Királyságból származó genetikusok csoportja megállapította, hogy a Daphniának körülbelül tízezer egyedi génje van, amelyek nem fordulnak elő egy másik állatcsalád DNS-ében. "Teljesen újak a tudományban" - mondta Don Gilbert, az Indiai Egyetem munkatársa, a Science cikkének társszerzője.

A kanári modern változata

A kutatók megvizsgálták a Daphnia gének nagy számának okait is. Szerintük ez annak köszönhető, hogy az evolúció során a gének megduplázódtak, amikor sok gént lemásoltak és új családokat hoztak létre új funkcióval.

Más gének segítették őket ebben. Úgy tűnik, hogy az eredeti gének másolatai nem szereztek új funkciót egymást követő preferált mutációk révén, de ezek legalább fele nagyon gyorsan megváltoztatta a munkarendet, néhányan talán a létrehozásuk idején. Ennek köszönhetően a dafniák olyan gyorsan reagálhatnak a környezeti változásokra.

"Becsléseink szerint a duplázások száma háromszor nagyobb, mint a többi gerinctelen, és körülbelül egyharmaddal magasabb az emberhez képest" - mondta Colbourne.

A dafniák az a szervezet is, amely a gerinctelenek között a legtöbb gént osztja meg az emberrel. Ezért fontos annak feltárása, hogyan reagál a kellemetlenségre az emberek stresszreakcióinak megértésében.

"A Daphnia egy nagyszerű vízérzékelő, a kanári modern változata a bányában, amely rendkívül hatékony technológiát jelenthet" - mondta James Klaunig, az Indiai Egyetem munkatársa.

"Genomjának ismeretében, valamint laboratóriumi és terepi vizsgálatok felhasználásával nyomon követhetjük a környezetet sejt- és molekuláris szinten befolyásoló hatásokat, és kombinálhatjuk azokat az emberekben zajló hasonló folyamatokkal" - tette hozzá Klaunig.

Fő forrás: az amerikai NSF (National Science Foundation) honlapja