Az emberi test egy genetikai csatatér

2012.08.27. 18:30

Az ember és az állatok testében rengeteg idegen genetikai elem található. Ezek egy része már beépült az élőlények genomjába, más része viszont a szervezetben szétszórtan, például baktériumokban foglal helyet. Ezek a genetikai elemek nem mindig élnek békésen egymás mellett, ebből adódnak a szervezeten belüli különböző genetikai konfliktusok.

Nyilvánvalónak tűnik, hogy a gének funkciója az emberi test és az elme irányítása. Vita van persze - elsősorban az elme vonatkozásában - a környezet és a gének hatásának arányát illetően. A testben azonban óriási számú és rendkívül sokféle mikroba él, a DNS nagy részét pedig genetikai paraziták szállták meg. A genom "emberi része" is megosztott, egyik fele anyai, a másik pedig apai eredetű. Mindezek fényében felmerül a kérdés, hogy vajon kinek a DNS-e irányít bennünket? Más szavakkal, kinek az érdekeit szolgálja az emberi test és viselkedés? Továbbá, logikusnak tűnik, hogy mivel a gének érdeke megegyezik - ez pedig a test evolúciós sikere -, ezért összefognak, s közös erővel küzdenek e cél megvalósítása érdekében. Igen ám, de csalók mindenütt jelen vannak. Az ember és más fajok teste is valójában kész genetikai csatatér.

A genetikai szoftver

A genetikai információ egy anyagtalan szoftver, melynek a DNS csupán a hardveréül szolgál. Nem testek és örökítő molekulák, hanem genetikai stratégiák versengenek egymással az evolúció során. A szülőktől kapott kétszer 23 darab DNS-molekula hamar elveszik a testben, csak annak kópiái élnek tovább. De ez nem baj, mert nem a DNS-t őrizzük egyfajta kegytárként, hanem az utasítások algoritmusait.

Mik ezek az algoritmusok? Mind-mind különbözőek, egy dolog azonban közös bennük: sikerre vinni a testet, hogy az biztosítani tudja a genetikai információ halhatatlanságát. Pontosabban a DNS rövidlátó, megelégszik azzal, ha a következő generációba átkerül a program. Embernél a nagyszülői felügyelet még egy plusz generációt ad.

Forrás: AFP

A DNS tehát az emberi test sikerében érdekelt. A siker azonban rétegelt: nem elég túlélni a betegségeket és a kedvezőtlen körülményeket (természetes szelekció), hanem le kell venni a lábáról egy, de ha lehet inkább több másik nemű partnert (szexuális szelekció). Akad itt azonban néhány genetikai bökkenő.

Humán mikrobiom

Az emberi testben tízszer több baktériumsejt van, mint emberi, valamint 150-szer több mikrobiális (vírus- és baktérium eredetű) gén, mint emberi. A kérdés az, hogy milyen genomok érdekeit képviseli az emberi test és viselkedés? Lehetséges, hogy egy test valaki más érdekeit valósítja meg?

A válasz igen, és erre több példa is van. Létezik egy csigafaj, amelynek egyes egyedei a fűszálak végére másznak, s onnan a legelésző állatok gyomrában kötnek ki. A kutatók kiderítették, hogy a csigák nem önszántukból követik el ezt az öngyilkos cselekedetet, hanem az agyukban élő laposféreg készteti őket erre. A féreg akaratnélküli zombivá teszi a csigát azért, hogy könnyen bejusson a kérődzők testébe, s ott folytathassa az életciklusát. Hasonlóképpen, egy egysejtű parazita - a Toxoplasma gondii - macskakedvelővé változtatja az egeret, s így könnyen át tud kerülni a macskatestbe, ahol beteljesítheti életciklusát.

Harmadik példaként a veszettségvírus szolgál. Ez a pici - mindössze 5 fehérjét kódoló - genommal rendelkező parazita komplex viselkedésbeli változásokat képes előidézni a gazdaállatokban. A vírus az alapvetően félénk rókát barátságossá teszi, s arra készteti, hogy közelítsen meg például egy ősellenség kutyát, majd - stratégiát váltva - hirtelen harapjon bele. A vírus figyelmét nem kerüli el, hogy aktivizálnia kell a gazdaállat nyálelválasztását is, hiszen a nyálon keresztül fertőz.

Forrás: AFP

Van-e bizonyíték arra, hogy saját mikrobáink manipulálnak bennünket? A humán mikrobiom tagjai az emberi szervezetben rendszerint hasznos funkciót töltenek be vagy semlegesek, s csak patológiás körélmények között (például legyengült immunrendszer esetén) okoznak betegséget. A mikrobiom érdeke a test egészséges működése, de ez nem jelenti azt, hogy a két biológiai rendszer mindenben egyetért egymással. Ezen érdekkonfliktus részletei még nem ismertek, de a mikrobák általi manipuláció bizonyos mozzanatai igen.

Például a Helicobacter pylori baktériumfajról - amely egyébként alapvetően hasznos az ember számára, de bizonyos esetekben gyomorfekélyt okozhat - kiderült, befolyásolja az ember éhségérzetét azáltal, hogy szabályozza a gyomor grelin nevű hormonjának kiválasztását. Nem tudni, hogy a baktérium hogyan éri ezt el és miért teszi, mindenestre manipulálja az ember éhségérzetét. Talán a mohóság miatti elhízási hajlamot kontrollálja. Lehetséges, hogy összefüggés van a H. pylori antibiotikumok általi visszaszorulása és a fejlett világ elhízása között?

A mikrobiom agyra való hatását is behatóan tanulmányozzák emlős modelleken, s ennek során számos érdekes megfigyelés született. Így például kiderült, hogy bélflóramentes és bélflórával rendelkező egerek agyi érzelemközpontjában (amygdala) különbözik a kommunikációért felelős szerotonin (ingerületátvivő anyag) mennyisége, ami viselkedésbeli változásokat okoz.

Forrás: AFP

Genomparaziták

Az emberi DNS mindössze 1,2 százaléka kódol "emberi" fehérjéket, a genetikai parazita szekvenciák aránya viszont legalább 50 százalék. Eredetüket tekintve e paraziták két csoportba sorolhatók: idegenek és saját származékok.

Az idegeneknek két fő fajtája lepte el az emberi genomot. Az úgynevezett retrotranszpozonok eredetileg - hasonlóan az AIDS vírusához - retrovírusok voltak, csak - szemben ez utóbbival - bekerültek a csíravonal sejtjeinkbe (a szaporodást biztosító sejtek), s most már nem fertőznek minket, hanem hagyják, hogy örökítsük őket. A retrovírusok RNS-vírusok, de reverz transzkriptáz (RT) enzimükkel képesek az RNS-t DNS-re átírni, amely így beépülhet az emberi genomba. Az emberi DNS egy százalékát teljes vírusgenomot tartalmazó, úgynevezett humán endogén retrovírusok (HERV) alkotják. Ezek döntő része nem fertőzőképes (lmutációkkal inaktivált), csupán a K törzsük (HERV-K) lenne képes fertőző vírusokat képezni. Ilyet azonban még sohasem tapasztaltak.

Az ugráló gének másik csoportját alkotó DNS-transzpozonok (a genomban "kivágás és beillesztés" mechanizmussal terjedő ugráló gének) egyetlen gént tartalmaznak, amelynek transzpozáz a neve. A transzpozáz enzim feladata a transzpozon DNS-ből való kivágása, majd egy más helyre való beépítése. Nem tudni, hogy ezek a szekvenciák hogyan kerültek a DNS-be, pedig legalább 60 egymástól független kolonizációt hajtottak végre. Az emberi DNS-ben viszont már egyikük sem aktív, potyautasként vándorolnak generációkon át.

Forrás: AFP

Az emberi genomot nemcsak idegenek, hanem belső árulók is megtámadták. A DNS 11 százalékát úgynevezett Alu szekvenciák alkotják. Ezek a kis DNS-darabok szekvencia kettőződések és mutációk révén alakultak ki. Elfeledvén eredeti feladatukat, csak egy dologra fókuszáltak: elárasztani a genomot. Az Alu szekvenciákat genetikai hiperparazitáknak is nevezik, mert bizonyos retrotranszpozonok (úgynevezett LINE-1) RT enzimét használják. Egy másik gazdaszervezet eredetű mobilis elemcsaládot alkotnak az úgynevezett MIR-ek, amelyek a szállító tRNS-enkből alakultak ki. Hasonlóan az Alu RNS-ekhez, ezek a szekvenciák is ott lábatlankodnak a riboszómák körül, hátha arra jár egy LINE, amelytől ellophatják az RT enzimét, s ugorhatnak egy újabbat a genetikai halhatatlanság felé.

Háború a genomparaziták és az emberi DNS között

A genetikai paraziták és az emberi gének viszonya aszimmetrikus: ha a parazita győz, elpusztul a test, s ezáltal a parazita maga is. A parazitát viszont senki sem siratja. Azt nem tudni biztosan, hogy az emberi gének aktívan részt vesznek-e a paraziták fizikai likvidálásában, az azonban bizonyos, hogy e szekvenciák zöme agyonmutálódott. Ennek oka elvileg az is lehet, hogy a mobilis elemek nem tőrödnek túlságosan azzal, ha "fogyatékosak" lesznek, mert, ha tolószékkel is, a genommal együtt ők is átkerülnek az utódokba. Vannak viszont a parazita szekvenciákat érintő mutációs forrópontok, ami arra utal, hogy az emberi gének harcot folytatnak ellenük.

Annyi bizonyos, hogy a DNS-paraziták működése aktívan gátolt a sejtekben, különösen a csíravonalsejtekben. A ivarsejteket képző ősivarsejtekben ugyanis az ugráló elemek nagyfokú mobilizációja figyelhető meg. Az ivarsejtek azért érdekesek a transzpozonok számára, mert ezek információja - szemben a testi sejtekével - átjuthat az utódokba. Egy rosszul tervezett ugrás egy ivarsejtben katasztrofális hatású lehet, mert ez az utódban betegséget vagy akár halált okozhat (a testi sejtekben csak az érintett sejt pusztulna el).

A transzpozonok ritkán hasznosak is lehetnek. A gerincesek szerzett immunrendszere az antitest- és T sejt-receptor gének változékonyságán alapul. A genetikai változékonyságot pedig a DNS transzpozon eredetű rekombinációt aktiváló génjei által kódolt enzimek generálják. Továbbá sokan úgy vélik, hogy a gerincesek sikerének záloga a plasztikus DNS. Ezt a plaszticitást elsősorban a mozgékony szekvenciák biztosítják. A HIV-vírus nem azért fertőz meg minket, hogy abból profitáljunk. A HIV DNS-ünkbe épült rokonai azonban már némileg megszelídültek, de nyilvánvalóan a saját érdekeiket követik. Az érdekérvényesítő technikáik részleteit még nem ismerjük. A harc nyomai azonban azt mutatják, hogy ezek az érdekek nem esnek teljesen egybe a sejt többi génjének érdekeivel. Miért jó, ha elszaporodnak ezek az elemek? Mert ez egy versenyfutás a gazda genom és a transzpozonok között. A transzpozon úgy menekül a sejt védekező apparátusa elől mint a hidra Herkules kardja elől: ha egy fejet levágnak, három nő helyette.

Boldogkői Zsolt
intézetvezető egyetemi tanár
Szegedi Tudományegyetm, Általános Orvostudományi Kar, Orvosi Biológiai Intézet

***

A génkonfliktusok bemutatását a cikk következő részében folytatjuk. Szó lesz az önző kromoszómákról, a szülői DNS-ek konfliktusáról, a gyilkos női mitokondriumokról, valamint a spermiumok és az embriók harcáról.

KAPCSOLÓDÓ CIKK