Evolúció testközelből: az ember bőre is csatatér

Fluoreszcens festékkel jelölt élesztőgombatörzsek felhasználásával minden korábbinál részletesebben ismerhetjük meg a mikroszervezetek evolúcióját. Az ilyen kutatások segíthetnek megérteni például egy-egy erős, gyógyszerekkel szemben ellenálló kórokozó kialakulását és fejlődését.

A Texas A&M és a Stanford Egyetem kutatói, Katy Kao és Gavin Sherlock fluoreszcens színkóddal megjelölt élesztőgombasejteket tenyésztenek ellenőrzött laboratóriumi körülmények között. Módszerük lehetővé teszi, hogy az egyes törzsek fejlődésének és szaporodásának folyamatát közvetlenül megfigyelhessék.

Munkájuk eredményeként kiderült, hogy az evolúciós folyamatok sokkal dinamikusabbak, mint ahogy azt ezelőtt hittük. A populációk szaporodása során többszörösen előnyös tulajdonságok jelentek meg, majd versengés kezdődött az egyes törzsek között. Ez az első alkalom, hogy a jelenséget valódi sejtmaggal rendelkező szervezetek (eukarióták) esetében is sikerült bizonyítani.

Felvirágzások és hanyatlások

Az evolúció széles körben elfogadott "hagyományos" felfogása egyfajta lineáris fejlődéssel számol, szó sincs párhuzamosan megjelenő előnyös mutációkról. Eszerint egy-egy előnyös tulajdonság megjelenése után a versenyben győztes új generációra cserélődik le a régi, és a változás generációról generációra zajlik.

A festékkel jelölt gombatörzsek vizsgálata során azt tapasztalták, hogy a környezethez való alkalmazkodás során egyes telepek kiterjednek, mások összehúzódnak, ahogy egy új előnyös tulajdonság megjelent. A populáció egy-egy szegmense addig hátrált, amíg teljesen ki nem cserélődött egy más színnel jelöltre.

Sokszor azonban bizonyos törzsek elég hosszú ideig bírták a versenyt, hogy egy másik, új, előnyös tulajdonságra szert téve terjeszkedésbe kezdjenek, míg a korábbi győztes visszaszorult. A populációk virágzása-visszaszorulása jól jelzi a többszörösen megjelenő előnyös tulajdonságokat és az azt követő versengést az élesztőtörzsek között. Az egyik kísérlet során például egyszerre öt független populáció is terjeszkedésnek indult, azaz öt előnyös mutáció jelent meg egyszerre.

Ez azt jelenti, hogy az élesztőtörzsek evolúciója a kutatók szeme láttára zajlik. A molekuláris biológiai módszerek felhasználásával pedig, az új, előnyös tulajdonságokat kódoló gének helye is meghatározható. A populációk versengése során számos, néha előnyös mutáció visszaszorul, sok teljesen el is tűnik. A kísérletek során bebizonyosodott, hogy egy élő szervezet evolúciós útja sokkal kacskaringósabb, mint azt ezelőtt hittük.

Ellenálló kórokozók vizsgálata

Az ilyen kutatások segíthetnek megérteni például egy-egy erős, gyógyszerekkel szemben ellenálló kórokozó kialakulását és fejlődését. A fertőzés általában legyengült immunrendszerű embereken következik be. Egy gomba például, amely normális esetben az emberi bőrön, a szervezet kontrollja alatt él, ilyenkor veszedelmesen elszaporodhat, ezért az orvos valamilyen gombaellenes készítményt ír fel ellene.

Néha a gyógyszer hatástalannak bizonyul, ennek oka pedig a kutatók szerint az, hogy az emberi test a laboratóriumi kísérlethez hasonlóan evolúciós színtérré válik. A gomba a gyógyszer miatt szelekciós nyomás alá kerül. Küzd a túlélésért, mutációk következhetnek be a génállományában, amelyek rezisztenssé tehetik a gyógyszerrel szemben. A gomba evolúciójának megértése tehát elősegítheti a hatékonyabb kezelés kifejlesztését.

A mikroszervezetek anyagcseréjét felhasználó kutatások számára is nélkülözhetetlen az adott élőlény törzsfejlődésének ismerete. Miközben a kutatók energiatermelő, vagy akár szennyvizeket megtisztító baktériumokat próbálnak kitenyészteni, részletesen ismerniük kell, hogy az adott gének miként fejeződnek ki az anyagcserében.

Különösen fontos ez például olyan mikroorganizmusok esetében, amelyeknél a saját maguk által termelt anyaggal szembeni nagyobb ellenálló képességre van szükség. A bioüzemanyagként használható butanolt előállító baktériumok például már alacsony butanolkoncentrációnál is elpusztulnak. A megoldás a magasabb butanoltolerancia kifejlesztése. Mindehhez azonban nem elég a mikroorganizmusok egyetlen generációjának vizsgálata, a bejárt evolúciós utakat is ismernünk kell.

Darwin 200

2009-ben két kiemelkedő, a mai természettudományt alapvetően meghatározó évfordulót is ünnepel a tudományos világ.

200 éve, 1809. február 12-én született a modern evolúcióelmélet kidolgozója, Charles Robert Darwin, és 150 éve, 1859. november 24-én jelent meg főműve, A fajok eredete, amely azután alapvetően megváltoztatta tudományos világképünket. E két évforduló tiszteletére evolúciós cikksorozatot jelentetünk meg.

A sorozat első része:

Darwin 200 - az evolúcióelmélet megszületése

Schöll Károly biológus