Odkrycie mikroorganizmu edytującego geny w puli uniwersyteckiej nie tylko zmienia nasze rozumienie działania DNA, ale także rzuca światło na znaczenie ratowania różnorodności genetycznej na planecie, pisze Satyen K. Bordoloi.

W wielu kampusach uniwersyteckich na całym świecie lokalny basen jest źródłem zabawy. Przydatny do nocnych, chudych dipów, ale także okazjonalnie przywraca zmysły pijakom po zanurzeniu przez innych pijaków. Nikt nie zgłębiał faktu, że jedna z tych grup uniwersyteckich może zmienić nasze rozumienie genów.

CUD W STAWIE UNIWERSYTETYCZNYM:

Niektórzy naukowcy z Instytutu Earlham w Anglii chcieli przetestować swój rurociąg sekwencjonowania DNA, który może działać nawet z bardzo małymi ilościami DNA, np. w pojedynczej komórce. Gdzie znalazłbyś miejsce z kolekcją organizmów jednokomórkowych? Odpowiedź brzmiała – zbiorniki wodne. Poszli więc szukać porządnego stawu, w którym mogliby pobrać próbki wody i przeanalizować sekwencje genomowe znajdujących się w nim mikroorganizmów. Spotkali się z naukowcami z Uniwersytetu Oksfordzkiego i nabrali trochę wody ze słodkowodnego stawu w parkach Uniwersytetu Oksfordzkiego. Mieli jedynie nadzieję, że pomyślne przetestowanie potoku sekwencjonowania i nic więcej.

Kiedy jednak naukowcy pod przewodnictwem dr Jamiego McGowana – naukowca ze stopniem doktora w Earlham, przeanalizowali sekwencję jednego z mikroorganizmów – protisty – wyizolowanego z tej wody, byli oszołomieni. Tego protista nazwali Oligohymenophorea sp. PL0344, którego odkrycia zostały tu opisane – „okazał się nowym gatunkiem z mało prawdopodobną zmianą w sposobie translacji jego DNA na białka”.

Protisty to unikalne organizmy należące do niezwykle zmiennej grupy. Nie są to zwierzęta, rośliny ani grzyby, żyją w wodzie i obejmują tak różnorodne istoty, jak jednokomórkowe ameby i algi (idealne do testowania firmowego rurociągu sekwencjonowania DNA) po większe, wielokomórkowe protisty, takie jak śluzowce, krasnorosty i wodorosty. Doktor McGowan w komunikacie Earlham Institute stwierdził: „Niektóre z nich są bliżej spokrewnione ze zwierzętami, inne z roślinami. Są myśliwi i ofiary, pasożyty i żywiciele, pływacy i opiekunowie, są też tacy, którzy stosują zróżnicowaną dietę, a inni dokonują fotosyntezy. Zasadniczo nie możemy dokonać bardzo niewielu uogólnień”.

Oligohymenophorea sp. PL0344, który zsekwencjonowali, to orzęsek nazwany tak od ich włosopodobnych organelli zwanych rzęskami. Są to pływające protisty, które można zobaczyć pod mikroskopem i które można znaleźć niemal wszędzie, gdzie jest woda. Obecnie orzęski, przeważnie jednokomórkowe, są przygotowane na zmiany w kodzie genetycznym, w tym na kodony stop TAA, TAG i TGA, z których wszystkie służą do sygnalizowania końca procesu translacji genu. Pomyśl o tym z grubsza jak o kropce oznaczającej koniec zdania. Z tego powodu zmiany w tym kodzie genetycznym są niezwykle rzadkie, przy czym TAA i TAG prawie zawsze mają to samo tłumaczenie w genie. „W prawie każdym innym znanym nam przypadku TAA i TAG zmieniają się w tandemie” – wyjaśnił dr McGowan.

Inaczej jest w przypadku Oligohymenophorea sp. PL0344, gdzie tylko TGA pełni funkcję kodonu stop, a pozostałe dwa, tj. TAA i TAG określają odpowiednio lizynę i kwas glutaminowy. „To niezwykle niezwykłe” – stwierdził dr McGowan – „nie jest nam znany żaden inny przypadek, w którym te kodony stop są połączone z dwoma różnymi aminokwasami. Łamie to niektóre zasady, które myśleliśmy, że znamy na temat translacji genów – uważano, że te dwa kodony są sprzężone”.

Naukowcy często próbują opracować nowe typy kodów genetycznych, które mogą wykonywać różne zadania. Ale odkrycie czegoś, co już istnieje, jak w tym przypadku, zaskoczyło ich. To wywraca do góry nogami wiele z tego, co wiemy o działaniu genów, i otwiera świat na dalsze niespodzianki, które mogą nie tylko wywrócić całą sytuację do góry nogami, ale także zaszokować nas poza nasze rozumienie genetyki.

ROZWIJAJĄCA SIĘ REWOLUCJA GENETYCZNA:

Genetyka jako dziedzina nauki zaczęła się rozwijać prawie cztery dekady temu. Dzięki sekwencjonowaniu genomu wiemy dużo o DNA – planie życia na Ziemi. Dlatego też wystąpienie czegoś takiego i wyskoczenie takiej anomalii dosłownie z konstrukcji drewnianej jest zarówno ekscytujące, jak i poniżające. Dr McGowan powiedział: „To czyste szczęście, że wybraliśmy tego protista do przetestowania naszego rurociągu sekwencjonowania, co po prostu pokazuje, co tam jest, podkreślając, jak mało wiemy o genetyce protistów”.

Chociaż dr McGowan mówi tylko o protistach, prawda jest taka, że ​​genetyka jest tematem tak nowym, że nawet nie zaczęliśmy zarysowywać powierzchni czegoś, co naszym zdaniem jest tak duże jak piłka nożna, ale w rzeczywistości może okazać się wielkości piłki nożnej. księżyc. A to, co naukowcy nazywają anomalią, może nią nie być, jeśli tylko będziemy szukać. Całe nasze wyobrażenie o tym, jak geny przyczyniają się do powstania tego prawdziwego festiwalu życia na Ziemi, może zostać przez to radykalnie zmienione.

Pomyśl o tym. W ramach projektu Human Genome Project, który rozpoczął się w 1990 r., ogłoszono, że pierwsze sekwencjonowanie ludzkiego genomu ukończono w 2003 r. Choć było to doniosłe, zadanie nie zostało jeszcze ukończone, ponieważ nadal istniały luki w sekwencjonowaniu i powtarzalne regiony, które były zbyt zagmatwane. Wypełnienie luk zajęło prawie dwie dekady i postęp technologiczny, zanim naukowcy ostatecznie ogłosili jego ostateczne zakończenie w maju 2021 r., a pierwszy kompleksowy ludzki genom opublikowali w marcu 2022 r.

Spróbujmy spojrzeć na to z innej perspektywy. Ludzie są jednym gatunkiem na planecie tętniącej życiem. Naukowcy szacują, że obecnie na Ziemi żyje 8,7 miliona gatunków roślin i zwierząt. Na tej podstawie zidentyfikowano i opisano jedynie około 1,2 miliona gatunków w ciągu około 11 000 lat ludzkiej cywilizacji i języka. Są to głównie gatunki o dużych ciałach, takie jak zwierzęta, ptaki, drzewa, owady itp. Oznacza to, że wciąż istnieją miliony gatunków, o których nie mamy pojęcia. A poza tym nie zapominajmy, ile milionów, a może miliardów innych gatunków istniało na tej planecie od czasu, gdy z pierwotnej zupy wyłonił się pierwszy organizm, a które wyginęły. Ich pozostałości genetyczne czasami można znaleźć w skamieniałościach oraz podczas innych wykopalisk i badań.

Spośród miliardów gatunków, które kiedykolwiek istniały, i 8,7 miliona istniejących obecnie, zsekwencjonowaliśmy genetycznie nieco ponad 3000, w tym nas, ludzi, a obecnie Oligohymenophorea sp. PL0344. Teraz rozumiesz prawdziwość tego, co naszym zdaniem może być piłką nożną, które okazało się analogią do księżyca, którą przedstawiłem wcześniej. Jesteśmy w punkcie genetyki, który jest dopiero początkiem. Do tego stopnia, że ​​rurociąg do sekwencjonowania DNA pobiera przypadkową wodę ze stawu uniwersyteckiego i odkrywa nowy gatunek, którego DNA robi coś tak dziwnego, że może zmienić nasze rozumienie genetyki.

Wyobraź sobie, czego może nas nauczyć sekwencjonowanie genetyczne wszystkich 8,7 miliona obecnych gatunków i tego, co pozostało z miliardów wymarłych gatunków?

ZNACZENIE OCHRONY PLANETY:

Narzędzie do edycji genów CRISPR, które zmieniło wszystko nie tylko w genetyce, ale na świecie, zostało odkryte, gdy w 2005 roku badacz jogurtów Rodolphe Barrangou odkrył, że bakteria Streptococcus thermophilus, której używał w swojej firmie do fermentacji jogurtu, edytuje geny. Sposób, w jaki zrobiła to ta bakteria, stał się technologią znaną jako CRISPR.

CRISPR i przykłady takie jak orzęski ze stawu oksfordzkiego stają się ważnymi argumentami na rzecz ratowania różnych gatunków na planecie. Elon Musk uważa, że ​​planeta potrzebuje więcej ludzi i nalega, aby ludzie rodzili więcej dzieci. Oznacza to większe zniszczenie ekologii i różnorodności biologicznej oraz wyginięcie tysięcy, jeśli nie milionów innych gatunków na planecie. Ostatni prezydent Brazylii Jair Bolsonaro zezwolił na palenie lasów amazońskich, aby można było na nich uprawiać ziemię. Nie mamy pojęcia, ile gatunków – małych, mikroskopijnych, a czasem nawet dużych – wymarło z tego powodu. W sprawiedliwym świecie pan Bolsonaro zostałby oskarżony o wielokrotne ksenobójstwo, czyli ludobójstwo gatunków, które jest gorsze od ludobójstwa. Można karać takich jak Hitler. Ale nie ma kary odpowiadającej zbrodniom popełnionym przez takich jak pan Bolsonaro.

Kod genetyczny każdego gatunku jest skarbnicą wiedzy. Jest to być może najważniejsza informacja, jaką możemy i powinniśmy chcieć poznać jako gatunek, który chce „żyć długo i pomyślnie”. Geny to dosłownie programy na całe życie. Badanie ich nie tylko pomoże nam wyleczyć nieuleczalne choroby, ale pomoże nam dożyć niewyobrażalnego wieku, być może nawet 200 lat. Ta informacja genetyczna byłaby nieoceniona w tworzeniu życia w każdym miejscu we wszechświecie, od gorącej Wenus i zimnego Urana po najdalsze zakątki kosmosu. nasza galaktyka.

A to nie wszystko, jak pisałem wcześniej w Sify, przetwarzanie oparte na DNA może być przyszłością naszego cyfrowego świata. Obecnie urządzenie wielkości kasety audio zwane dyskiem twardym może przechowywać wiele terabajtów danych. Ale tego nie można nawet porównywać z DNA, które w jednym centymetrze sześciennym może pomieścić 10 bilionów cząsteczek DNA, które są wystarczająco dobre, aby pomieścić 10 terabajtów danych. Chociaż jako cywilizacja jesteśmy całkowicie skupieni na informatyce, przyszłość należy do genetyki.

DNA jest największym źródłem informacji na świecie. To informacja zawarta w DNA umożliwia artykulację każdego innego źródła informacji. DNA jest kluczem do wszystkiego we wszechświecie. W sekwencjach genetycznych gatunków zarówno wymarłych, jak i żywych skrywają się sekrety, które mogą na zawsze zmienić nie tylko Ziemię, ale cały wszechświat.

Dlatego też, gdy następnym razem będziesz kąpać się nago w jakimkolwiek zbiorniku wodnym – zwłaszcza na uniwersytecie, nie zapomnij zabrać ze sobą małej fiolki z wodą, aby Twoi przyjaciele genetycy mogli ją przeanalizować. Kto wie, możesz nieświadomie – jeśli jeszcze nie mogłeś tego zrobić świadomie – zmienić świat, odkrywając nowy gatunek.

Jeśli przegapiłeś: