Elkészült a genetikusok kedvencének teljes nukleotid-sorrendje<br/>

Amerikai kutatók bejelentették, hogy feltérképezték az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) genetikai állományának teljes tartalmát. A legtöbb szakember igen jelentős lépésnek tekinti az eredményt a genetikában, amely a Humán Genom Projektben is sokat segíthet.

Az eredményeket hivatalosan március folyamán fogják közölni. Az adatok az Interneten is elérhető lesznek, így minden kutató felhasználhatja munkájához.

Az ecetmuslica (vagy muslinca) régóta a genetikusok kedvencének számít, mivel viszonylag bonyolult organizmus, amelynek génjei kb. 60%-ban közeli hasonlóságot mutatnak az emberéivel. Ez a hasonlóság a genetikai anyag (DNS) építő-kövei (nukleotidok) sorrendjének hasonlóságát jelenti. Ez talán meglepően hangzik, de minél közelebb áll egymáshoz két faj a törzsfejlődésben, annál nagyobb közöttük a genetikai rokonság (a csimpánzoktól mindössze 1%-kal különbözünk ebből a szempontból). S bár a muslicákat Önök közül valószínűleg kevesen tekintik testvéreiknek vagy rokonaiknak, számos biokémiai folyamat ugyanolyan molekulákkal zajlik bennük is, mint az emberi szervezetben, s így természetesen az e molekulákat kódoló gének is hasonlóak. A muslicák például ugyanúgy képesek az alkohol és más drogok rabjaivá válni; alvási ciklusuk is jellemző, akárcsak az emberé, s bonyolult viselkedési mintázatokkal rendelkeznek. Csak néhány példa arra, hogy miért nyújthat fontos segítséget nemrég elkészült komplett géntérképük az emberi genetikai állomány megfejtéséhez.

A muslinca az eddigi legfejlettebb és legbonyolultabb élőlény, amelyben meghatározták a genetikai anyag nukleotidjainak teljes szekvenciáját (sorrendjét). Nem véletlenül választották ezt az állatot a Humán Genom Project segédeszközeként: a muslinca-genetika immár 85 éves múltra tekint vissza. Ezen az állaton tanulták meg a genetikusok, hogy a tulajdonságokért felelős gének kromoszómákon helyezkednek el, méghozzá sorban. Ezen tanulták meg, hogy a gének relatív távolsága meghatározható, s a kromoszómák géntérképe elkészíthető. Minden gén megváltoztatható (mutációval), és a megváltozott gén megváltozott jelleget (fenotípust) mutat. A muslincának szinte valamennyi génje ismert volt a genetikusok számára, mielőtt a genom project - vagyis a genetikai állomány (genom) nukleotid-sorrendjének feltérképezése - elkezdődött. Könnyen belátható, hogyha olyan organizmus DNS-összetételét határozzuk meg, amelynek a génjeit amúgy már ismerjük, akkor sokkal több információhoz jutunk az élet lényegének, azaz genetikai programjának a megértésében.

Ma tehát a muslincánál - hasonlóan a másfél éve "megszekvenált" laboratóriumi fonalféreghez (Caenorhabditis elegans) - ott tartanak a szakemberek, hogy egyrészt ismerik valamennyi génjüket, mint kromoszómáik különböző területein elterülő, adott jellegeket meghatározó, öröklődő faktorokat, és ismerik a teljes genetikai anyag DNS-összetételét (nukleotid-szekvenciáját). Nos, ennek a két fontos információnak az összehozása, azaz a szerkezet és a funkció teljes megismerése a jövő század élettudományainak feladata. Ez a tudományterület napjaink leggyorsabban fejlődő tudományát, az informatikát is felhasználja és funkcionális genomikának nevezzük. Hazai profétája a fiatal akadémikus genetikus: Kondorosi Ádám.

Egy kissé részletesebben kifejtve az alábbiakat mondhatjuk: a muslincában (ezt megelőzően a fonalféregben) megállapították a DNS-molekulákban lineárisan, speciális sorrendben elhelyezkedő szerves bázisokat tartalmazó építőkövek, a nukleotidok irdatlan tömegének sorrendjét. A korábban elkészült, genetikai (keresztezéses) módszerekkel meghatározott géntérképet most fedésbe kell hozni a genom-szekvenciákkal. És fordítva: a szekvencia adathalmazban ezután kell azonosítani az értelmes, fehérjemolekulákat kódoló szakaszokat, vagyis a géneket, és a mai ismereteink szerint értelmetlen funkcióval nem rendelkező - egyelőre ismeretlen rendeltetésű - szakaszokat. Ez utóbbiak vannak többségben. Ez a fázis, a génkészlet működés szerinti feltérképezése (funkcionális genomika) lesz a nagyobb feladat, ez az igazi kihívás a kutatók számára. Példának okáért az ember genetikai állományának feltérképezése talán már idén elkészül, de hogy megfejtése mennyi időbe telik, azt ma még senki nem tudja megmondani. Az emberi génkészlet ugyanis kb. tízszer nagyobb és bonyolultabb, mint a muslincáé.

Gerry Rubin amerikai kutató (Berkeley Egyetem, Kalifornia) 1992-ben állította fel a gyümölcslégy genom-szekvenciáját elkészítő kutatócsoportot (Berkeley Drosophila Genome Project Group). A munka az utóbbi időszakban jelentősen felgyorsult, mivel Rubin a sokak által hevesen kritizált Celera Genomics nevű céggel közösen folytatta a térképezést. Mint korábbi cikkünkben olvashatták, a Celera a jelenlegi legjobb géntérképező technológiával rendelkezik, ám tevékenységét teljesen üzleti alapra helyezve többek között szabadalmaztatni szeretné a legfontosabb emberi géneket. Az emberi génkészlet feltérképezésének versenyében valószínűleg ők lesznek a nyertesek a Humán Genom Projekttel szemben. Mindenesetre a Celera hatékonysága most is meghozta az eredményt: a Rubinék által gondosan összeállított DNS-adatbázist az eredeti tervekhez képest 18 hónappal korábban sikerült megfejteni, ami kb. 10 millió dolláros megtakarítást jelent.

Az emberi génkészlet megismerése áttörést hozhat a következő század orvostudományában. Számos betegség és rendellenesség egyetlen gén meghibásodásán alapul. Egy pontos géntérkép segítségével kiszűrhetjük ezeket a meghibásodásokat, és alapjaiban kezelhetjük a betegségeket. Bár jelenleg még nem vagyunk képesek ennek technikai megvalósítására, a hibás gének normálisra cserélése csak idő kérdése.

Tudományos háttér: molekuláris genetikai alapfogalmak

Nukleinsavak - DNS és RNS

Az élethez nélkülözhetetlen szerves óriásmolekulák egyik csoportját a nukleinsavak alkotják. A nukleinsavak két típusa a DNS (dezoxiribonukleinsav) és az RNS (ribonukleinsav). A DNS és RNS közös sajátossága, hogy cukormolekulákat, foszforsavat és szerves bázisokat tartalmaznak. Egy cukormolekula, egy foszforsav és egy bizonyos szerves bázis alkot egy nukleotidot, amely a nukleinsavak alapegysége. Sok nukleotid összekapcsolódásával alakul ki a nukleinsav (polinukleotid lánc). A DNS és RNS közötti különbségek a következők:

- a DNS-ben a cukormolekula dezoxiribóz, az RNS-ben ribóz;
- a DNS-ben a szerves bázisok az adenin (A), a timin (T), a guanin (G) és citozin (C), míg az RNS-ben timin helyett uracil (U) található (a másik három bázis ugyanaz);
- a DNS kettős szénláncú molekula (kettős spirál), amelyben a két lánc a bázisokon keresztül kapcsolódik össze: az adenin a timinnel, a guanin a citozinnal létesít kötést (ezt nevezik a bázispárosodás alapszabályának); az RNS egyetlen láncból áll;
- a DNS feladata a genetikai információ tárolása, míg az RNS-ek különféle típusai a fehérjeszintézisben játszanak kulcsszerepet (itt jegyezzük meg, hogy a retrovírusok - pl. HIV, ebola - ilyen szempontból különlegesnek számítanak, mivel RNS formájában tárolják genetikai információjukat).

DNS, kromoszóma, gén

Mi az összefüggés e három fogalom között? Az ember testi sejtjeinek sejtmagjaiban 23 pár DNS-molekula található, szorosan feltekeredett állapotban (a DNS-molekulák száma az adott fajra jellemző). A sejtosztódás bizonyos szakaszában szerkezetük megváltozik, s ilyenkor jól láthatóvá tehetők, ha laboratóriumi módszerekkel megfestik őket. Innét ered a kromoszóma elnevezés, ami "színes testecskéket" jelent. Mint láttuk, a DNS-molekula sok nukleotidból áll. A nukleotidokban a cukormolekula és a foszforsav mindig ugyanolyan, a szerves bázis azonban 4 típusú lehet (A, C, T, G). A DNS-ben tárolt információt e szerves bázisok sorrendje (szekvenciája) hordozza. A DNS azon szakaszait, amelyek egy adott fehérjemolekula elkészítéséhez szükséges információt tartalmazzák, géneknek nevezzük. Egy-egy DNS-molekulán sok gén helyezkedik el, viszont a DNS nem minden szakasza kódol fehérjét. Emiatt tehát sok "értelmetlen", vagy legalábbis egyelőre ismeretlen rendeltetésű szakasz van a molekulán.

Hogyan kódolja a DNS a fehérjéket - a genetikai kód

Mivel az élő szervezetek fehérjemolekulái 20 féle alapegységből (aminosavból) épülnek fel, legalább 20-féle jel szükséges a kódolásukhoz. Látható tehát, hogy egy bázis önmagában nem lehet jel, mert ekkor csak 4-féle aminosav kódolására lenne lehetőség. Ha két bázis kódolna egy aminosavat, akkor is csak 16-féle variáció lenne, ami még mindig kevés. Bizonyított tény, hogy az aminosavakat bázishármasok (tripletek) kódolják. Ez 64-féle variációt jelent (43), ami viszont már több mint háromszorosa az aminosavak számának. Ezért lehetséges, hogy a fontosabb, gyakoribb aminosavakat több triplet-variáció is kódolhatja (ezen kívül 1 start és 3 stop jel létezik, amelyek a fehérjeszintézis elejét és végét kódolják).

A genetikai kód megfejtése a biológia egyik legnagyobb eredménye volt. Kiderült, hogy a kód az egész élővilágban egységes - vagyis a legegyszerűbb baktériumban és az emberben is ugyanazt az aminosavat jelenti egy adott triplet -, ami az eddigi legfontosabb bizonyíték a földi élővilág egységes származása mellett.

Betűáradat

Egy élőlény génkészletének feltérképezése során a DNS-molekulákon (kromoszómákon) belüli nukleotid-sorrendet - vagyis tulajdonképpen az információ szempontjából fontos szerves bázisok sorrendjét - állapítják meg (genom-szekvencia). Maga a "térkép" tehát 4 betű változatos ismétlődése, amelynek egy rövid részletét - mondjuk - így képzelhetjük el:

...AATTCTAGGTCAGTAGGCTTAA...

Az, hogy egy ilyen, több tízmillió betűből álló áradatban megtaláljuk a valóban értelmes szakaszokat (vagyis a géneket), majd megállapítsuk a feladatukat, még nagyon sok munkát és valószínűleg hosszú évtizedeket igényel.

S. T.

Ajánló:

A BBC beszámolója. Drosophila képek adatbázisa.

Korábban:

Vida Gábor, az ELTE Genetika Tanszékének vezetője szerint a géntechnológia áldásai csak igen szűk réteg számára lesznek elérhetők. Az ország egyik vezető genetikusa az [origo]-nak adott interjújában az emberi génkészlet feltérképezéséről, a génterápiás eljárásokról, az embe-ri génállomány romlásáról és a klónozásról beszél. 1999. december 3. Egy nemzetközi kutatócsoport bejelentette, hogy az emberi genetikai állo-mány vizsgálatában mérföldkőhöz érkeztek kutatásaik: a 22-es kromoszóma feltérképezése befejeződött. A magánkézben lévő Celera Genomics nevű biotechnológiai társaság bejelentette, hogy kezükben van az emberi gének 97%-át tartalmazó DNS-bázissorrend.