CP v2

Tag: Genomas

  • Mokslininkai atskleidė stulbinantį faktą: žmogaus DNR slepia daugiau nei dvigubą spiralę

    Mokslininkai atskleidė stulbinantį faktą: žmogaus DNR slepia daugiau nei dvigubą spiralę

    Nors dauguma DNR molekulių iš tiesų sudaro klasikinę dvigubą spiralę, tai nėra vienintelė įmanoma jos forma. Tam tikromis sąlygomis genetinės medžiagos atkarpos gali susisukti į sudėtingesnes erdvines konfigūracijas, vadinamas nekanoninėmis struktūromis. Ilgą laiką manyta, kad tai tik laboratorinė įdomybė, tačiau dabar vis daugiau įrodymų rodo, jog jos susidaro ir gyvose žmogaus ląstelėse.

    Viena geriausiai ištirtų nekanoninių formų yra G-kvadrupleksas. Jis formuojasi genuose ir kitose DNR vietose, kur gausu guanino: vietoj įprastų bazių porų keturios guanino molekulės susijungia į stabilias, sluoksniuotas struktūras. Tokie dariniai dažnai aptinkami šalia genų, susijusių su ląstelių augimu, taip pat telomeruose, kurie saugo chromosomų galus nuo irimo ir pažeidimų.

    Kita išskirtinė DNR konfigūracija siejama su citozinu. Mokslininkai ilgai abejojo, ar ji gali egzistuoti gyvoje ląstelėje, nes atrodė stabili tik specifinėmis laboratorinėmis sąlygomis. Situacija pasikeitė atsiradus tiksliau šioms struktūroms atpažinti pritaikytiems metodams, leidusiems pamatyti, kad jos iš tiesų pasirodo žmogaus ląstelės branduolyje.

    Įdomu tai, kad tokios struktūros dažnai nėra pastovios. Jos gali susidaryti ir išnykti, tikėtina, priklausomai nuo to, kokių procesų tuo metu reikia ląstelei, pavyzdžiui, kai aktyviai perrašoma genetinė informacija arba vyksta DNR kopijavimas. Tai sustiprina prielaidą, kad nekanoninės formos nėra atsitiktinis šalutinis reiškinys, o viena iš reguliavimo grandžių.

    Tyrimai taip pat aprašo ir daugiau neįprastų DNR „architektūrų“, tarp jų tripletas spiralės, segtukus primenantys susilankstymai ar kryžminės grandinių sąveikos. Tokios konfigūracijos formuojasi dėl specifinių nukleotidų sekų ir vietinių DNR susisukimo pokyčių. Vis dažniau akcentuojama, kad jos gali veikti kaip biologiniai jungikliai, keičiantys baltymų priėjimą prie DNR ir taip lemiantys, kurie genai bus įjungti, o kurie liks nutildyti.

    Būtent ryšys su genų aktyvumo kontrole kelia didžiausią susidomėjimą medicinoje. Kai neįprastos struktūros susiformuoja netinkamu metu ar netinkamoje vietoje, jos gali prisidėti prie genomo nestabilumo ir padidinti mutacijų tikimybę. Tai siejama su didesne kai kurių vėžio formų ir dalies neurologinių sutrikimų rizika, todėl šios struktūros tiriamos ir kaip galimi naujų vaistų taikiniai.

    Pastaraisiais metais ryškėja tendencija kurti molekules, kurios galėtų selektyviai stabilizuoti arba, priešingai, slopinti konkrečias DNR struktūras. Tokiu būdu būtų galima netiesiogiai paveikti ligos eigai svarbių genų veiklą, nekeičiant pačios DNR sekos. Nors iki plačios klinikinės praktikos dar reikia daug patikros, mokslininkai tokį požiūrį vertina kaip perspektyvų kelią tikslesnei, labiau personalizuotai terapijai.

  • Kaip kelios rudosios medžių gyvatės užkariavo Guamą: genomo tyrimas atskleidė netikėtą paslaptį

    Rudoji medžių gyvatė (Boiga irregularis) laikoma vienu ryškiausių invazinių rūšių pavyzdžių Ramiajame vandenyne: į Guamą ji pateko po Antrojo pasaulinio karo ir per kelis dešimtmečius išplito po visą salą. Mokslininkus ilgai glumino faktas, kad populiacija, tikėtina, prasidėjusi nuo kelių individų, sugebėjo ne tik išlikti, bet ir tapti dominuojančiu plėšrūnu.

    Guame rudoji medžių gyvatė siejama su dideliais ekosistemų pokyčiais, įskaitant vietinių miško paukščių nykimą. Be to, ji tapo ir praktine problema žmonėms: gyvatės lipdamos ant elektros įrangos gali sukelti elektros tiekimo sutrikimus, o kai kuriose teritorijose jų tankis buvo vertinamas kaip itin didelis.

    Naujame tyrime mokslininkų komanda, siejama su Bafalo universitetu ir JAV geologijos tarnyba, gyvatės genetikai analizuoti pasitelkė ilgų DNR sekų skaitymo technologijas. Skirtingai nei ankstesni metodai, kurie dažniau fiksuodavo pavienes smulkias DNR „raides“, šis būdas leidžia pamatyti didesnio masto pokyčius genome.

    Tyrėjai aptiko daugiau kaip 19 000 struktūrinių variantų, tai yra didelių genetinių pakitimų, kai DNR atkarpos gali būti dubliuojamos, prarandamos arba „perstatomos“ į kitą genomo vietą. Tokie pokyčiai dažnai turi didesnį biologinį poveikį nei pavienės mutacijos, nes gali paveikti ištisų genų ar jų reguliacijos veikimą.

    Įprastai invazinė populiacija, prasidėjusi nuo kelių individų, patiria vadinamąjį genetinį „butelio kaklelio“ efektą: genetinė įvairovė sumažėja, daugėja giminingo kryžminimosi, o prisitaikymo galimybės teoriškai silpnėja. Vis dėlto Guamo atvejis rodo, kad situacija gali būti sudėtingesnė.

    Mokslininkai kelia hipotezę, kad „paslėpta“ genetinė įvairovė, slypinti struktūriniuose variantuose, galėjo padėti gyvatėms išvengti kritinių giminingo kryžminimosi pasekmių. Kitaip tariant, net jei bendras genetinės įvairovės lygis nebuvo itin aukštas, būtent tam tikrų tipų variacijos galėjo suteikti pakankamai „medžiagos“ adaptacijai.

    Tyrime išskirta, kad dalis aptiktų genetinių skirtumų buvo susitelkę genuose, susijusiuose su imunitetu ir uosle. Rudoji medžių gyvatė stipriai remiasi cheminiais signalais: šakotas liežuvis ir uoslės sistema padeda aptikti grobį, orientuotis aplinkoje bei sekti kvapus įvairiomis sąlygomis.

    Taip pat aptariamas galimas ryšys su elgsena: natūralioje aplinkoje ši rūšis gali misti ir kitomis gyvatėmis, tačiau Guame tai fiksuojama rečiau. Viena iš svarstomų versijų, kad uoslės sistemos ypatybės gali padėti atskirti giminingus individus, o tai potencialiai mažintų tarpusavio plėšrumą populiacijoje, kur giminingas kryžminimasis tikėtinas.

    „Ilgų sekų skaitymas leidžia pamatyti tokius genomo pokyčius, kurių anksčiau tiesiog nefiksuodavome, nors jie gali turėti didelę reikšmę prisitaikymui“, – sakė vienas iš tyrėjų, komentuodamas, kodėl ankstesni vertinimai galėjo neatskleisti realios įvairovės.

    Šie rezultatai svarbūs ne tik Guamo istorijai. Jie papildo supratimą apie tai, kaip invazinės rūšys gali sėkmingai įsitvirtinti net tada, kai pradinis individų skaičius yra mažas, o teorinės genetinės rizikos didelės.

    Tyrėjai pabrėžia, kad panašūs mechanizmai gali būti aktualūs ir nykstančioms rūšims, kurios patiria populiacijos mažėjimą bei giminingo kryžminimosi spaudimą. Struktūriniai variantai gali būti nepakankamai įvertintas genetinės įvairovės šaltinis, todėl ateityje tokio tipo analizės gali tapti svarbesnės tiek gamtosaugai, tiek invazijų valdymui.

    Kitas žingsnis, kurį įvardija mokslininkai, yra palyginti Guamo populiaciją su šaltinio regionų populiacijomis Australijoje ir pietinėje Ramiojo vandenyno dalyje. Tai padėtų atsakyti, ar aptikti struktūriniai variantai egzistavo dar prieš gyvatėms patenkant į salą, ar dalis jų susiformavo jau invazijos metu.

  • Tarakanuose aptiko tūkstančius bakterijų DNR fragmentų: ką tai sako apie jų ištvermę ir evoliuciją

    Naujas tarakonų genomų tyrimas atskleidė netikėtą detalę: kai kurių rūšių DNR slepia tūkstančius mažų fragmentų, kilusių iš su tarakonais seniai susijusios bakterijos Blattabacterium cuenoti. Mokslininkai pabrėžia, kad tai nereiškia, jog tarakonai yra „iš dalies bakterijos“, tačiau rodo daug glaudesnius ryšius su mikrobų pasauliu, nei manyta.

    Tyrimo rezultatai publikuoti Proceedings of the National Academy of Sciences. Autorių teigimu, tai gali būti vienas ryškiausių pavyzdžių, kaip gyvūnų genomuose ilgainiui gali kauptis iš kitų organizmų perimtos genetinės „nuotrupos“.

    Genų „šokinėjimas“ tarp nesusijusių rūšių vadinamas horizontaliu genų pernašumu. Bakterijoms tai įprastas reiškinys, nes jos lengvai apsikeičia genetine medžiaga, ypač gyvendamos arti viena kitos, o tai, pavyzdžiui, padeda greičiau plisti atsparumui antibiotikams.

    Sudėtingesniems organizmams, tokiems kaip vabzdžiai, toks procesas laikomas retesniu, nes jų DNR saugoma ląstelės branduolyje, o paveldimi pokyčiai turi patekti į lytines ląsteles. Būtent todėl tarakonų atvejis patraukė ypatingą tyrėjų dėmesį.

    Blattabacterium bakterijos tarakonuose gyvena labai glaudžiai: jos įsikuria specialiose ląstelėse ir perduodamos iš kartos į kartą per kiaušinėlius. Toks ilgalaikis „bendras gyvenimas“ sukuria daug progų bakterijų genetinei medžiagai patekti šalia šeimininko DNR ir, retais atvejais, į ją įsiterpti.

    Tyrėjai, lygindami tarakonų ir termitų genomus, ieškojo atitikmenų, būdingų Blattabacterium. Daugiausia įterpų aptikta Australijos tarakonų grupėse Panesthiinae ir Geoscapheinae, kur jų skaičius viršijo 3 000.

    Nors tarakonai garsėja ištverme, mokslininkai ragina nepervertinti šių rezultatų: dauguma aptiktų fragmentų yra labai trumpi, neretai net ne primenantys pilnaverčių genų. Tai labiau panašu į genetinius „pėdsakus“, o ne į veikiančias instrukcijas, kurios iškart suteikia naujų savybių.

    Vis dėlto intriguoja tai, kad dalis fragmentų, sprendžiant iš jų pasiskirstymo skirtingose grupėse, gali būti labai seni ir išsilaikyti dešimtis milijonų metų. Tokie ilgaamžiai įrašai kelia klausimą, ar bent kai kurie jų kartais galėjo įgyti funkciją, tačiau šiuo metu tai dar nėra patvirtinta.

    Tyrimo autoriai pabrėžia: atradimas labiau plečia supratimą apie evoliuciją ir simbiozę, nei pateikia paprastą atsakymą, kodėl tarakonus taip sunku išnaikinti. Genomai gali būti kur kas sudėtingesni, o ryšiai su mikroorganizmais – gilesni, nei ilgą laiką rodė klasikiniai modeliai.

  • Mokslininkai aptiko 1 700 slaptų baltymų: tai gali pakeisti vėžio ir kitų ligų gydymą

    Mokslininkai aptiko 1 700 slaptų baltymų: tai gali pakeisti vėžio ir kitų ligų gydymą

    Mokslininkai praneša aptikę daugiau nei 1 700 iki šiol nepastebėtų baltymų tipo molekulių žmogaus ląstelėse. Jos aptiktos tose genomo vietose, kurios ilgą laiką buvo laikomos nekoduojančiomis arba menkai reikšmingomis, todėl atradimas papildo supratimą, kiek informacijos iš tiesų yra panaudojama ląstelėse.

    Šios molekulės nėra klasikiniai dideli baltymai, kuriuos įprastai aprašo genų anotacijos. Dalis jų labai mažos arba neįprastos sandaros, todėl tyrėjai jas išskyrė į atskirą kategoriją ir siūlo terminą peptidein, pabrėždami, kad tai tarpinė grandis tarp peptidų ir tradicinių baltymų.

    Tai kilo iš „tamsiojo“ genomo

    Daug metų biologijoje dominavo požiūris, kad tik nedidelė DNR dalis koduoja baltymus, o likusi dalis tėra vadinamoji šiukšlinė DNR. Pastaraisiais dešimtmečiais šis įsitikinimas sparčiai keičiasi, nes vis daugiau nekoduojančių sričių siejama su genų reguliacija, ląstelių veiklos valdymu ir ligų rizika.

    Naujausias darbas šią kryptį sustiprina: „tamsiojo“ genomo sritys, pasirodo, gali ne tik reguliuoti kitus genus, bet ir pačios duoti pradžią naujai molekulių klasei. Tyrėjai pabrėžia, kad tai plečia žinomą proteomą ir gali pakeisti, kaip ieškoma ligų mechanizmų.

    Milžiniška duomenų analizė ir pirmieji signalai apie vėžį

    Atradimas paremtas plataus masto skaičiavimais ir daugybės eksperimentų duomenimis, kai buvo tikrinama, ar iš vadinamųjų nekonvencinių atvirų skaitymo rėmų susidaro aptinkamos molekulės. Iš tūkstančių kandidatinių sričių identifikuota 1 785 mikrobaltymų tipo junginių, kuriuos pavyko patvirtinti kaip realiai susidarančius ląstelėse.

    Vienas iš labiausiai dėmesį patraukusių pavyzdžių siejamas su genu, anksčiau laikytu nekoduojančiu: laboratoriniuose bandymuose išjungus su juo susijusią molekulę, vėžinės ląstelės augo prasčiau. Tai dar nereiškia, kad artimiausiu metu atsiras naujas vaistas, tačiau rodo, jog dalis peptidein gali turėti konkrečias biologines funkcijas.

    Ką tai gali reikšti medicinai?

    Didžioji dalis naujai aptiktų molekulių funkcijų dar neaiški, todėl artimiausiais metais laukia daug papildomų tyrimų, įskaitant jų raišką skirtinguose audiniuose ir sąsajas su ligomis. Jei paaiškės, kad dalis peptidein yra būtini tam tikroms vėžio ar kitų ligų ląstelių grandinėms, jie galėtų tapti naujais diagnostikos žymenimis ar gydymo taikiniais.

    „Mes tik pradedame suprasti, ką gali pasiūlyti šis tamsusis proteomas“, – sakė vienas iš tyrėjų, pabrėždamas, kad ši kryptis gali atverti naujų galimybių ieškant ligų priežasčių ir kuriant terapijas.

    Tyrimas publikuotas žurnale „Nature“, o autoriai pabrėžia, kad atradimas labiausiai keičia patį žemėlapį: kas laikyta tylia genomo zona, gali būti aktyvi ir biologiškai reikšminga. Tai dar vienas signalas, kad žmogaus genetinė informacija veikia sudėtingiau, nei buvo manyta anksčiau.