Elkészült a csimpánz és az ember genetikai állományának első átfogó összehasonlítása

Befejeződött a csimpánz és az ember genetikai állományának első átfogó összehasonlítása. A kutatás - amely új utakat nyithat meg az orvosbiológia számára is - egyrészt meglepő hasonlóságokat, másrészt jelentős különbségeket tárt fel a két genom között.

1. A DNS- és aminosavszekvencia nagymértékű egyezése

Azokon a szakaszokon, amelyek közvetlenül összevethetők a két genom között, majdnem 99%-os egyezést találtak. Ha figyelembe vesszük a nukleotid-beékelődéseket és -kieséseket is (egy-egy nukleotid kiesésével vagy beépülésével járó pontmutációk), melyek mindkét fajban felléptek a közös őstől való elválás óta, a két genom még mindig 96%-ban azonos.

A fehérjék szintjén a gének 29%-a ugyanazt az aminosav-szekvenciát kódolja a két fajnál (azaz az emberi és csimpánzgének, illetve a róluk készülő fehérjék 29%-a teljesen megegyezik).

Hogy a számokat egy kicsit más megvilágításba helyezzük: az ember és a csimpánz közti genetikai különbségek mennyisége megközelítőleg hatvanszor kevesebb, mint az ember és az egér, és tízszer kevesebb, mint az egér és a patkány esetében. Ez az eredmény is vitathatatlanul bizonyítja Charles Darwin 1871-ben tett megállapítását, miszerint az ember legközelebbi rokona a csimpánz. A csimpánz és ember közti különbségek száma körülbelül tízszer több, mint két bármelyik ember esetében.

2. Egyes géneknek gyorsabb volt az evolúciója, mint a többi emlősnél

Más emlősökkel összehasonlítva bizonyos géncsaládoknak szokatlanul gyors az evolúciója mind az embernél, mind pedig a csimpánznál. Olyan gének tartoznak ide, melyek a hangok érzékelésében, az idegrendszeri jelek továbbításában, a spermatermelésben és a sejtszintű iontranszportban játszanak szerepet. E gének felgyorsult evolúciója minden bizonnyal összefüggésbe hozható a főemlősök egyedi jellemvonásainak kialakulásával.

3. Több káros mutáció, mint más emlősöknél

Az ember és a csimpánz evolúciója során több mutációt halmozott fel genetikai állományában, mint az egér és a patkány (ezek genomszekvenciája szintén elkészült az elmúlt években). Ez valószínűleg az ember és a csimpánz őseinek kis populációmérete miatt következhetett be. A kis populációméret lehetővé tette, hogy a káros mutációk véletlenszerűen nagy gyakoriságot érjenek el, így a genetikai betegségek előfordulása megnőtt. A mutációk felhalmozódásának következményeként azonban a főemlősök a felgyorsult szelekciós hatások miatt sokkal alkalmazkodóbbá váltak a gyors környezeti hatásokkal szemben.

Mindez megmagyarázza, hogy a főemlősök a rágcsálókkal összehasonlítva miért képviselnek nagyobb újítást az evolúció folyamatában, ugyanakkor azt is, hogy miért rendelkeznek sokkal több genetikai betegséggel.

4. Hárommillió bázispár az érdemi különbség

A két genom között körülbelül 40 millió bázispárnyi eltérést találtak. Az eltéréseknek nagy része azonban a genom nem kódoló szakaszain található: azokon a területeken, amelyekről úgy tudjuk, hogy nincs funkciója (vagy legalábbis egyelőre nem ismert). Kevesebb mint 3 millió nukleotid-eltérés található a genom fehérjekódoló vagy más funkciót ellátó régióin.

Valahol itt, a genom méretéhez képes rendkívül kicsi szakaszokon keresendő az emberi faj jellegzetességeinek alapja, beleértve azon betegségeket is, melyek csak az embert támadják, mint pl. az Alzheimer-kór, egyes ráktípusok vagy a HIV/AIDS. Ha tehát e genetikai különbségeket egyeztetjük a klinikai megfigyelésekkel és más biológiai adatokkal, lehetőség nyílik azonosítani azokat a speciális genetikai változásokat, melyek az ember egyedi tulajdonságait meghatározzák.

5. Egyes gének evolúciós sebessége eltérő a két fajnál

Egyes géncsaládok evolúciója az emberben gyorsabb volt, mint a csimpánzban, bár e megfigyelés statisztikai megerősítése viszonylag gyenge. A néhány kiugró adatot azok a gének szolgáltatták, amelyek ún. transzkripciós faktorokat (azaz más gének aktivitását szabályozó fehérjéket) kódolnak, és azok, amelyek kulcsszerepet játszanak az embrionális fejlődésben.

6. A gének kis része drámai változásokon ment keresztül

Több mint 50, az ember genomjában jelenlévő gén hiányzik vagy részlegesen törlődött a csimpánzéból. Vannak olyan gének is, melyek sértetlennek tűnnek a csimpánzgenomban, de az emberében működésképtelenek. Ezeket összevetve érdekes információkat tudhatunk meg az ember evolúciójának folyamatáról. Olyan génekről van itt szó, mint pl. a caspase-12, aminek funkciókiesése az Alzheimer-kórral hozható összefüggésbe (a caspase-12 a programozott sejthalál lebonyolításában vesz részt, és az emberben egy mutáción átesett, nem működő formája van jelen). Emellett érdemes megemlíteni még a gyulladásos reakciókban szerepet játszó gének egy részét, melyek hiányoznak a csimpánzokból. Ez talán megmagyarázza, hogy az immun- és a gyulladásos reakciók tekintetében miért különbözik a csimpánz és az ember.

7. Az emberi genom számos régiójára hat jelenleg is pozitív szelekció

A csimpánz és az emberi genom összehasonlító analízisét referenciaként használva lehetőség nyílt megkeresni az emberi genom azon területeit, melyeket az elmúlt 250 ezer évben egy igen erős szelekciós hatás, az ún. szelektív előretörés, kiugrás ("selective sweep") jelensége befolyásolt. Ez a jelenség akkor következik be, amikor a genomban kialakul egy olyan mutáció, ami különösen előnyösnek bizonyul, ezért rendkívül gyorsan képes elterjedni. A folyamat annyira gyors, hogy néhány száz generáció elteltével már a genom normális elemének tekinthető.

Az emberi genomban hat olyan régiót találtak, melyek az elmúlt 250 ezer évben ilyen szelektív előretörésen mehettek keresztül. Míg az egyik ilyen régió több mint 50 gént tartalmaz, egy másik egyetlen ismert gént sem, és a kutatók által "génsivatagnak" nevezett területre esik. Érdekes, hogy ez a génsivatag talán olyan elemeket tartalmaz, melyek egy közeli, az idegrendszer kialakulásában szerepet játszó gén kifejeződését szabályozzák.

Egy további, hetedik régió esetében szintén kimutatható volt a szelektív előretörés, csak kisebb mértékben. Ez a régió tartalmazza a FOXP2 gént, amelyet az emberi beszéd kialakulásával hoztak összefüggésbe, és a CFTR gént, amelyről tudjuk, hogy amennyiben mutációt szenved, a cisztás fibrózis betegséget okozza, és jelenleg az európai populációkban pozitív szelekciós hatásnak van kitéve.

A csimpánz teljes genomjának feltárása és az emberi genommal történő összehasonlítása fontos mérföldköve annak a sokéves kemény munkának, ami az ember evolúciós történetének megértésére, és ennek orvosbiológiai alkalmazására irányul. A konzorcium a program eddigi és jövőbeli eredményeit a nyilvánossság számára is elérhetővé teszi, így a kutatók világszerte hozzájárulhatnak a munkához.

Selmeczi Anna - Simon Tamás