Znajdź zawartość

Ośmiornice to wyjątkowe stworzenia w świecie bezkręgowców. Wyróżniają się niezwykłą inteligencją i zdolnościami poznawczymi. Pod wieloma względami mają więcej wspólnego z kręgowcami niż bezkręgowcami. Zdolności ośmiornic od dawna fascynują naukowców. Teraz uczeni donoszą, że – być może – za część inteligencji tych zwierząt odpowiada pewne molekularne podobieństwo ich mózgów, do mózgów ludzi. Odkryli bowiem, że w mózgach dwóch gatunków ośmiornic aktywne są te same „skaczące geny” co w ludzkim mózgu. „Skaczące geny”, czyli transpozony, to sekwencje DNA, które mogą przemieszczać się na inne pozycje w genomie. W 2001 roku odkryto, że ponad 45% ludzkiego genomu składa się z transpozonów, „skaczących genów”, które mogą zmieniać miejsce w genomie. W większości przypadków te mobilne elementy nie są aktywne i utraciły zdolność do przemieszczania się. Jednym z najbardziej interesujących naukowców mobilnych transpozonów są te, które należą do rodziny LINE (Long Interspersed Nuclear Elements). Są one potencjalnie aktywne, a w naszym genomie występują setki ich kopii. Początkowo sądzono, że aktywność transpozonów rodziny LINE to kwestia przeszłości, pozostałość po czasach, gdy zachodziły procesy ewolucyjne, w których brały one udział. Jednak w ostatnich latach okazało się, że w mózgu aktywność LINE jest bardzo precyzyjnie regulowana. Obecnie wielu specjalistów sądzi, że transpozony LINE są powiązane ze zdolnością uczenia się  zapamiętywania. Są bowiem szczególnie aktywne w hipokampie, najważniejszej strukturze mózgu odpowiedzialnej za proces uczenia się. Genom ośmiornicy również jest pełen transpozonów, z których większość jest nieaktywna. Remo Sanges z SISSA w Trieście i Graziano Fiorito ze Stazione Zoologica Dohrn w Neapolu skupili się na poszukiwaniu aktywnych transpozonów w mózgach ośmiornic. Zidentyfikowali element rodziny LINE, który jest kluczowy dla zdolności poznawczych tych zwierząt. Odkrycie elementu z rodziny LINE, aktywnego w mózgach dwóch gatunków ośmiornic [Octopus vulgaris i Octopus bimaculoides – red.] to bardzo ważne wydarzenie, gdyż wspiera hipotezę, że fragmenty te odgrywają jeszcze jakąś rolę poza kopiowaniem się, mówi Sanges. A Giovanna Ponte, dyrektor Wydziału Biologii i Ewolucji Organizmów Morskich w Stazione Zoologica Anton Dohrn dodaje: dosłownie podskoczyłam na krześle, gdy pod mikroskopem zauważyłam bardzo silny sygnał aktywności tego elementu w płacie pionowym, części mózgu, która u ośmiornicy spełnia tę samą rolę co hipokamp u człowieka. Jako że mózg ośmiornicy w wielu aspektach funkcjonalnych przypomina mózgi ssaków, nowo odkryty element LINE może zawierać tajemnice dotyczące ewolucji inteligencji. « powrót do artykułu

Choć jest niezbędny do przeżycia komórki, ludzki genom wcale nie jest tak stabilny i niezmienny, jak mogłoby się wydawać. Od pewnego czasu wiadomo, że niektóre jego fragmenty posiadają wybitną zdolność do zmiany pozycji, lecz wyniki badań nad intensywnością tego procesu mogą zaskakiwać. Zaledwie około 2 procent genomu człowieka, czyli ogółu całości jego informacji genetycznej, to geny, czyli fragmenty niezbędne dla syntezy cząsteczek wytwarzanych w komórkach. Pozostałe fragmenty to tajemnicza mieszanina sekwencji, których pochodzenie i rola nie zostały dokładnie zdefiniowane. Najczęściej występującymi w tej grupie elementami są tzw. retrotranspozony Alu, zdolne do wstawiania kolejnych kopii samych siebie oraz otaczających je fragmentów do genomu określonej komórki. Sekwencje Alu, nazwane tak ze względu na zdolność bakteryjnego enzymu AluI do ich przecięcia, zostały odkryte kilkadziesiąt lat temu. Stanowią aż 10% genomu człowieka, a do tego ich liczba wciąż rośnie. Ze względu na fakt, że mogą one losowo wbudować się w dowolnym miejscu cząsteczki DNA, mogą stanowić poważne zagrożenie dla ludzkiego zdrowia. Jak tłumaczy badający je naukowiec, dr Scott Devine ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Emory, te elementy stanowią istotne zagrożenie dla naszej informacji genetycznej, ponieważ mogą uszkodzić geny, kiedy do nich wskakują. Prowadzą w ten sposób do zmiany cech genetycznych albo chorób, takich jak nowotwory. Ze względu na niebezpieczeństwo związane z występowaniem charakterystycznych sekwencji, badacze postanowili zmierzyć ich "ruchliwość". Aby tego dokonać, podzielili występujące w typowym genomie retrotranspozony Alu na rodziny, a następnie badali każdą z nich w warunkach laboratoryjnych. Klucz do rozróżnienia poszczególnych grup był prosty: badacze wyszli z założenia, że im dawniej dana sekwencja została wbudowana, tym więcej przeszła od tego czasu mutacji, a im więcej przeszła mutacji, tym większe jest prawdopodobieństwo, że utraciła zdolność do wykonywania kolejnych "skoków". Jak tłumaczy dr Devine, chcieliśmy sprawdzić, jaki czynnik decyduje, czy dany element Alu będzie ruchomy. W ten sposób moglibyśmy przewidywać, które kopie Alu mają większą zdolność do niszczenia naszej informacji genetycznej. Informacja ta będzie bardzo istotna, ponieważ wkraczamy w epokę spersonalizowanej genomiki, która pozwala nam na przewidywanie naszego zdrowia w przyszłości. Aby zbadać właściwości poszczególnych rodzin, przedstawiciel każdej z nich został umieszczony w niedużej kolistej cząsteczce DNA zwanej plazmidem. Zaraz obok niego ulokowano, dzięki metodom inżynierii genetycznej, gen kodujący białko zapewniające komórkom oporność na jedną z toksyn. Przygotowane w ten sposób cząsteczki wbudowano do komórek hodowanych w laboratorium. Zgodnie z założeniami eksperymentu, "przeniesienie się" fragmentu Alu z plazmidu do genomu komórki powinno spowodować, że przesunie się wraz z nim gen oporności na truciznę. Powinno to oznaczać, że im bardziej aktywny jest dany retrotranspozon, tym więcej komórek przeżyje ekspozycję na szkodliwy związek. Z wykonanych obliczeń wynika, że w ludzkim genomie istnieje około 37000 aktywnych elementów Alu, z czego aż 10000 to fragmenty bardzo aktywne, które mogą zostać w każdej chwili przeniesione do dowolnego innego miejsca w cząsteczce DNA. Oznacza to, że każdy z nich może w dowolnym momencie zmienić swoją pozycję i uszkodzić istotny dla komórki gen, prowadząc do katastrofalnych konsekwencji. Zdolność sekwencji Alu do zmiany własnej pozycji w genomie jest zależna od innego retrotranspozonu, zwanego L1. Jak tłumaczy dr Devine, uzależnienie ich "ruchliwości" od fragmentów L1 sprawia, że Alu to tak naprawdę pasożyty pasożytów. Badania pokazują, że oba elementy są wspólnie "przepisywane", bardzo podobnie do genów, na cząsteczki RNA (proces ten nazywamy transkrypcją), lecz zawarte w nich unikalne sekwencje sprawiają, że mogą zostać "przepisane" z powrotem na DNA dzięki zjawisku odwrotnej transkrypcji. Powstała w ten sposób niewielka cząsteczka DNA może włączyć się do genomu w losowym miejscu, powodując cały szereg konsekwencji. Obecnie nie wiadomo dokładnie, jak powstały tajemnicze struktury, ani jakie czynniki decydują o ich aktywności. Zrozumienie tego procesu może być jednak bardzo istotne dla zwiększenia naszej wiedzy o ludzkiej informacji genetycznej. Jak tłumaczą badacze, średnio co dwudzieste dziecko rodzi się z nowym elementem Alu w swoim genomie, a konsekwencje tego zjawiska mogą mieć kolosalny wpływ na życie i zdrowie ludzi. Badania dr. Devine'a przeprowadzono we współpracy z Instytutem Biologii Rozwoju wchodzącym w skład Instytutu Maxa Plancka. Wyniki studium publikuje czasopismo Genome Research.

Specjaliści z University of Notre Dame, University of Wyoming i Kraig Biocraft Laboratories wyhodowali transgeniczne jedwabniki (Bombyx mori), które przędą pajęczą nić. To badanie stanowi znaczący przełom w opracowywaniu lepszych włókien jedwabnych do zastosowań medycznych i niemedycznych – podkreśla Malcolm J. Fraser Junior. Naturalne nici pajęcze mają szereg niezwykłych właściwości fizycznych, np. o wiele większą wytrzymałość na rozciąganie i elastyczność niż nici jedwabników. Przędzione przez zmodyfikowane genetycznie gąsienice sztuczne nici pajęcze są zaś bardzo podobne do oryginału. Jedwabne włókna można wykorzystać w wielu dziedzinach, głównie w medycynie, m.in. jako delikatny materiał na szwy, w przyspieszających gojenie bandażach albo w roli rusztowania podczas odtwarzania ścięgien i wiązadeł. Nici pajęcze znacznie rozszerzyłyby zakres zastosowań. Warto tu wspomnieć choćby o ulepszonych poduszkach samochodowych, nowej generacji ubrań dla sportowców czy kamizelkach kuloodpornych. Przed wyhodowaniem transgenicznych jedwabników w laboratoriach uzyskiwano jednak tylko niewielką ilość pajęczych nici. Jak łatwo się domyślić, były one drogie i nie dało się ich pozyskiwać w celach komercyjnych. Przedstawiciele firmy Kraig Biocraft uważali, że przy podejściu biotechnologicznym można by uzyskać włókna o znacznie szerszym wachlarzu właściwości, co więcej, dzięki wcześniejszemu "programowaniu" uzyskiwano by materiał idealny do wykonania konkretnego zadania, np. do aplikacji medycznych. Laboratoria nawiązały więc współpracę z Fraserem, który opatentował narzędzie genetyczne o nazwie piggyBac. Jest to rodzaj transpozonu, czyli sekwencji DNA przemieszczającej się na inną pozycję w genomie komórki dzięki procesowi zwanemu transpozycją. Fraser, biochemik Randy Lewis i genetyk molekularny Don Jarvis, który specjalizuje się w wytwarzaniu białek przez owady, zmodyfikowali genetycznie jedwabniki morwowe, włączając w ich genom fragmenty DNA pobrane od pająków. Gdy zwierzęta zaczynają prząść swój kokon, składa się on ze specyficznej mieszaniny nici typowych dla B. mori i pająków. Nowa nić jest znacznie elastyczniejsza i wytrzymalsza od zwykłego oprzędu, zbliżając się pod tym względem do pajęczego oryginału. Zrobiliśmy też duży krok naprzód w inżynierii genetycznej tych zwierząt, dlatego pozyskanie dodatkowych zmodyfikowanych osobników jest łatwiejsze. To pozwoli nam szybciej ocenić skuteczność manipulacji genetycznych w kontynuowanym procesie produkcji wyspecjalizowanych włókien jedwabnych – podkreśla Fraser. http://www.youtube.com/watch?v=WUFxdPVfG38

Dzięki nowej technice badań genetycznych naukowcy z angielskiego Instytutu Sangera opracowali niezwykle precyzyjną mapę genomu bakterii Salmonella typhi, mikroorganizmu odpowiedzialnego za liczne przypadki zatruć pokarmowych. Zebrane informacje pomogą w odnalezieniu potencjalnych celów terapii zakażeń tym patogenem. Opracowaną metodę nazwano TraDIS (Transposon Directed Insertion site Sequencing, co można przetłumaczyć jako "sekwencjonowanie miejsc wstawienia transpozonów". Wspomniane transpozony, zwane także skaczącymi genami, to sekwencje DNA zdolne do replikacji niezależnej od genomu i przemieszczania się w jego obrębie. Zgodnie z założeniami nowej techniki, transpozony wstawione do genomu bakterii po pewnym czasie zaczynają replikować się i wstawiać własne kopie w róznych miejscach bakteryjnego chromosomu. Proces ten trwa tak długo, dopóki skaczący gen nie zostanie umieszczony w obrębie jakiegoś genu ważnego dla przeżycia mikroorganizmu. Po pewnym czasie, zgodnie z naturalną tendencją skaczących genów do replikowania się oraz z zasadami doboru naturalnego, w hodowli pozostaną wyłącznie te bakterie, u których transpozony namnożyły się w znacznej liczbie, lecz nie naruszyły struktury żadnego ważnego genu. Oznacza to, że sekwencje DNA wolne od transpozonów u wszystkich badanych komórek bakteryjnych są kluczowe dla przetrwania mikroorganizmu. Badaczom udało się łącznie uzyskać aż 1,1 miliona unikalnych wariantów genetycznych S. typhi. Dzięki zastosowaniu ultranowoczesnej metody sekwencjonowania DNA ustalono następnie, które geny są konieczne dla przeżycia bakterii. Jak się okazało, fragmentów takich jest zaledwie 356; pozostałe 4162 geny są wyłącznie dodatkami, przydatnymi tylko w określonych sytuacjach. Każda z 356 sekwencji DNA zidentyfikowanych przez badaczy z Instytutu Sangera jest niczym innym, jak potencjalnym celem dla terapii, dającym niemal stuprocentową pewność zabicia bakterii w razie zaburzenia jej funkcji. Teraz pozostaje więc "tylko" ustalenie, jak należy wykorzystać te słabe punkty.