Amitől tehén a tehén - meghatározták a szarvasmarha genomszekvenciáját

A ló és a tyúk után újabb gazdasági szempontból fontos háziállat, a szarvasmarha genomszekvenciáját sikerült meghatároznia egy nemzetközi kutatócsoportnak. A kutatók a Science folyóirat legújabb számában számolnak be arról, hogy elkészült az első kérődző állat teljes genetikai állományának feltérképezése. Így - többek közt - lehetővé vált annak kiderítése, mi különbözteti meg a szarvasmarhát az embertől és a többi emlősállattól.

A 25 ország több mint 300 kutatójának összefogásával létrejött Szarvasmarha Genom és Elemzési Kozorciumnak (Bovine Genome and Analysis Consortium) hatévi munkával sikerült elkészítenie az első kérődző állat, a szarvasmarha teljes genomszekvenciáját (a részleges genomszekvenciát már néhány éve publikálták). A kérődzők különleges állatcsoportot alkotnak, mivel gyomruk négy rekeszből áll. Ez - az emésztőrendszerben élő mikrobák közreműködésével - lehetővé teszi számukra az alacsony tápanyagtartalmú élelem (amilyenek a fűfélék) megemésztését és fölhasználását. Más kutatócsoportok a hírek szerint hamarosan befejezik a disznó, a kecske és a láma teljes genomjának szekvenálását (részeredményeket már ezekről is közzétettek).

Jelentős genomátrendeződések

A szarvasmarha genomja legalább 22 000 fehérjét kódoló génből áll, és jobban hasonlít az emberi genomra (nagyjából 80 százalékban közös), mint az egerek vagy a patkányok genomjára. A jelek szerint a szarvasmarha genomja jelentős mértékben átrendeződött azóta, amióta a fejlődési vonala elvált a többi emlősétől, mondja Harris Lewin, az Illinoisi Egyetem állattan professzora. Az ő laboratóriuma készítette el a szarvasmarha-kromoszómák nagy felbontású fizikai térképét, amelyet a szekvencia sorbarendezéséhez használtak. Lewin, aki egyúttal a Genomikai Biológia Intézet (Institute for Genomic Biology) igazgatója, két olyan kutatócsoportot is irányított, amely részt vett a szekvenáló programban.

Lewin szerint az emlősök között a szarvasmarháé az egyik leginkább átrendeződött genom. Úgy tűnik, hogy a kromoszómadaraboknak több transzlokációja (áthelyeződése) és inverziója (megfordulása) fordul elő, mint más emlősöknél, például a macskáknál vagy akár a disznóknál, amelyek a szarvasmarhák közeli rokonai. Az emberé - általános felépítését tekintve - valójában nagyon konzervatív genom az összes méhlepényes emlős ősi genomjával összehasonlítva.

Kacskovics Imre immunológus, az ELTE Immunológiai Tanszékének docense az [origo]-nak elmondta: a szarvasmarha genomjának ismerete számos területen nagy lendületet adhat a kutatásoknak. Alapkutatási szinten valóban érdekes, hogy egy kérődző emlős genomja miben különleges. Számos olyan gén in silico (pusztán számítógépes adatbányászattal történő - a szerk.) elemzése válik lehetővé, amit korábban csupán az egér és az ember esetén lehetett megvalósítani (amire alapozva aztán alkalmazott erdemények születhetnek).

A genom pontos ismerete hatékonyabbá teszi azokat a kutatásokat, amelyek célja a gazdaságosabb és a betegségeknek ellenálló fajták létrehozása. A kutató szerint különösen izgalmas, hogy immár nem kell a sötétben tapogatózni, amikor ezekkel az állatokkal emberi ellenanyagokat (immunglobulint) termeltetnek, így ezek létrehozása is jóval hatékonyabbá válhat. A Science április 24-i számának vezető cikke egyébként Kacskovicsék ezzel kapcsolatos kutatásait, pontosabban egyik tanulmányukat is citálja (kutatásuk egyik gyakorlati vetületét lásd Génmódosítás magyar módra - olcsóbb, gyorsabb, hatékonyabb című összeállításunkban).

Evolúciós forrópontok a kromoszómákon

A szarvasmarha 29 pár kromoszómája, valamint X kromoszómája (az Y kromoszómát nem tanulmányozták) új ismeretekkel gazdagítja a szarvasmarha evolúciójával és azokkal az egyedülálló jellegzetességekkel kapcsolatos tudást, amelyek az ember számára különösen hasznossá teszik az állatot.

Hereford bika, amelynek DNS-ét fölhasználták a genom térképezése során. A kinyert DNS-t apró darabokra vágták, majd baktériumokba oltva növelték meg a mennyiségét

Denis Larkin, szintén az Illinoisi Egyetem professzora például azokat a kromoszómaterületeket vizsgálta, amelyek hajlamosak az eltörésre, amikor a sejt az ivarsejtek képződéséhez lemásolja a genomját. Larkin kimutatta, hogy a szarvasmarha genomjának ezek a törésponti területei ismétlődő szekvenciákban és szegmentális duplikációkban (megkettőződésekben) gazdagok, és fajspecifikus variációkat tartalmaznak a tejtermeléssel és az immunválasszal kapcsolatos génekben. A Lewin laboratóriumában végzett korábbi tanulmány kimutatta, hogy ezek a törésponti területek sok faj kromoszómájában gazdagok megkettőződött génekben, és hogy az ezeken a területeken található gének funkciói jelentősen különböznek azokéitól, amelyek másutt fordulnak elő a kromoszómákon.

Az ismétlődések képesek megváltoztatni a gének szabályozását. Instabillá tehetik a kromoszómákat és növelhetik annak valószínűségét, hogy nem megfelelően rekombinálódnak más kromoszómadarabokkal. Lewin ezeket a töréspontokat a "genomban lévő evolúciós forrópontoknak" nevezi.

Eltérő anyagcsereutak

Lewin laboratóriumában a szarvasmarha anyagcserével kapcsolatos génjeit is vizsgálták. Azt tapasztalták, hogy az emberben az anyagcseréhez kapcsolódó 1032 gén közül öt hiányzik a szarvasmarha genomjából (vagy radikálisan eltérővé vált). Ez arra utal, hogy a szarvasmarhában létezik néhány egyedülálló anyagcsere-útvonal. Lewin szerint ezek az anyagcserében meglévő különbségek, a szaporodással, a tejelválasztással és az immunitással kapcsolatos génekkel együtt "teszik a tehenet tehénné".

A megváltozott gének egyike, a hisztaterin egy a tehéntejbe kiválasztódó, antimikrobiális hatású fehérje termelését kódolja. A kutatók egy fontos tejfehérje, a kazein génjének is több másolatát találták meg az egyik kromoszóma törésponti területén.

A genomszekvencia gyakorlati alkalmazása

Theresa Casey, a Michigan Állami Egyetem kutatója szerint az új adatok különösen fontosak, tekintve a szarvasmarha gazdasági és táplálkozási jelentőségét az emberek számára. A kutatónő elsősorban a tejtermelést szabályozó géneket vizsgálta a szarvasmarhában. Úgy véli, hogy a tejtermelés elsődlegesen az immunműködés részeként alakult ki az evolúció folyamán. Ezt alátámasztja a tehéntej már említett antimikrobiális tulajdonsága. A szarvasmarha genomjáról szerzett ismereteket összehasonlítva Casey és csoportja megállapította, hogy a tej nélkülözhetetlen az újszülött emlősök életben maradásához, és a tejelválasztási mechanizmusok több mint 160 millió éve alakultak ki.

A tejtermelésben szerepet játszó gének ismerete hozzásegítheti az állattenyésztőket, hogy nagyobb tejhozamú fajtákat hozzanak létre akár természetes keresztezéssel, akár génmódosítási eljárásokkal.

Az ember egészsége szempontjából is fontos ezeknek a géneknek az ismerete, mivel több emberi betegség elleni passzív immunizáláshoz szükséges immunglobulint szarvasmarhában "állítanak elő", és ezek a tejben választódnak ki.

Az új kutatási eredmények azzal is hozzájárulhatnak az ember egészsége védelméhez, hogy a különféle szarvasmarha-betegségeknek (például szivacsos agysorvadás, BSE) ellenálló tenyészállatokat hozhatnak létre génmódosítással. Ezenkívül valószínűleg az állatok húsának fehérje-összetételét is egészségesebbé lehet majd tenni.

Forrás: Science/AAAS