Szkodliwe mutacje genetyczne mogą być mniej powszechne niż sądziliśmy

Anonim

Wszyscy jesteśmy mutantami. Każda cecha, która definiuje nasz gatunek, jest wynikiem mutacji genetycznej gdzieś w historii ewolucji. To samo dotyczy każdego innego organizmu na planecie. Jednak częściej niż my myślimy o mutacjach jako złych, prowadzących do niepełnosprawności lub choroby. Jak często te zmiany w DNA są szkodliwe i ile z nich jest potencjalnie pomocnych? Nowe badanie sugeruje, że śmiertelne mutacje mogą być znacznie mniej powszechne niż kiedyś sądziliśmy, przynajmniej w bakteriach.

Większość mutacji DNA jest spowodowana błędami, które powstają, gdy komórka tworzy kopię całej swojej informacji genetycznej, aby mogła podzielić się na dwie nowe komórki. Bakterie, takie jak E. coli, muszą skopiować około pięciu milionów liter kodu DNA. Dla ludzi jest to około 3, 2 miliarda liter DNA w jajach i plemnikach, a liczba ta jest dwukrotnie większa w innych komórkach ciała.

Pomimo wyrafinowanych systemów wykrywających i naprawiających błędy kopiowania, niektóre z nich czasem prześlizgują się przez sieć. Większość powoduje tak zwane "mutacje punktowe", ponieważ dotyczą one tylko jednej zmiany litery DNA. Jednak nawet one czasami prowadzą do dużych zmian, zmieniając geny i wytwarzane przez nie białka. To z kolei może wpływać na sposób, w jaki ciało rośnie lub pracuje.

Mutacje mogą napędzać ewolucję, jeśli dają jednostce przewagę, która oznacza, że ​​są bardziej narażone na przeżycie, aby mieć dzieci i przekazać zmutowany gen. Szanse na losowe mutacje w milionach lub miliardach liter kodu są korzystne. Ale życie na Ziemi istnieje od czterech miliardów lat, więc ewolucyjne ramy czasowe są ogromne.

Jednak mutacje mogą również powodować poważne problemy zdrowotne, z których niektóre mogą być również dziedziczone. Naukowcy z Francji niedawno próbowali ustalić, jak często mutacje są rzeczywiście szkodliwe, wykorzystując jako model bakterie E. coli. Lydia Roberts i jej koledzy użyli genialnej techniki, która pozwoliła im zwizualizować zmiany DNA, które miały miejsce podczas dzielenia się bakterii.

Zwykły sposób szacowania częstości mutacji u bakterii polega na hodowaniu ich na płytkach agarowych, plastikowych naczyniach zawierających galaretę zawierającą pożywkę dla drobnoustrojów. Ale problem z tym podejściem polega na tym, że wszystkie bakterie, które nabyły śmiercionośną mutację, oczywiście umierają, więc informacje o tych zmianach genetycznych zostają trwale utracone.

Aby to obejść, francuscy naukowcy użyli małego chipa zawierającego 1000 mikroskopijnych kanałów, do którego dostarczono płynny bulion odżywczy. Nowe komórki produkowane po każdym podziale komórkowym pozostają w kanałach, niezależnie od jakichkolwiek szkodliwych mutacji, które mogłyby wpłynąć na ich przetrwanie.

Zespół wykorzystał następnie obrazowanie poklatkowe, połączone z markerem fluorescencyjnym, który błyskał za każdym razem, gdy wystąpiła mutacja. W ten sposób powstały imponujące filmy o rozmnażających się, mutujących bakteriach, przypominających linie kodu przedstawione w filmie science-fiction The Matrix.

Wyniki opublikowane w Science sugerują, że mutacje punktowe w bakteriach pojawiają się ze stałą prędkością około jednego na każde 600 godzin. Ku zaskoczeniu naukowców odkryli również, że tylko około 1% tych zmian DNA było śmiertelnych dla bakterii - o wiele mniej niż wcześniej sądzono.

Wygląda na to, że przynajmniej u bakterii większość mutacji może nie mieć żadnego wpływu na przeżycie. Nie są ani "źli", ani "dobrzy", ale po prostu ewolucyjni przechodnie. Naukowcy pracujący nad zrozumieniem, w jaki sposób mutacje genetyczne wywołują choroby u ludzi, zadają podobne pytania. Wyniki dużych projektów, takich jak brytyjski projekt 100 000 genomów, powinny pomóc w odkryciu, które mutacje powodują chorobę i które nie mają znaczenia.

Poza dobrem i złem

Ale wiemy też, że kategoryzowanie mutacji jako dobrych lub złych może czasami być bardzo trudne. Często zależy to od kontekstu, na przykład tego, czy mutacja pomaga organizmowi wykorzystać określone źródło pożywienia, czy zwalczyć chorobę obecną w czasie jej życia. A niektóre mutacje mogą być korzystne, jeśli tylko jedna kopia jest dziedziczona, ale szkodliwa, jeśli dwie kopie są dziedziczone. Jednym z przykładów mutacji genu podlegających temu rodzajowi "selekcji równoważącej" jest choroba sierpowata.

Ludzie z chorobą sierpowatą mają mutację genetyczną, która wytwarza zmienioną postać hemoglobiny, białko w czerwonych krwinkach, które przenosi tlen w organizmie. Zmieniona hemoglobina wytwarza długie, sierpowate komórki krwi, które mogą utknąć w małych naczyniach krwionośnych. Powoduje to ból w klatce piersiowej i stawach, a także niedokrwistość, zwiększone ryzyko infekcji i innych problemów.

Jednak pomimo tych potencjalnie niszczących skutków zdrowotnych choroba jest stosunkowo powszechna w niektórych krajach. Około 300 000 niemowląt, które odziedziczyły dwie kopie mutacji genu sierpowatokomórkowego (po jednym od każdego z rodziców) rodzi się z chorobą każdego roku, głównie w Nigerii, Demokratycznej Republice Konga i Indiach.

Dzieje się tak dlatego, że osoby z jedną kopią mutacji są odporne na malarię, a więc bardziej prawdopodobne jest, że przeżyją dorosłość i przekażą zmutowany gen swoim dzieciom. Więc nawet jeśli choroba sierpowata jest niekorzystna pod względem ewolucyjnym, nietknięci nosiciele mutacji genu mają przewagę w przeżywaniu w krajach, w których malaria była (lub nadal jest).

Niedawne badania amerykańskie sugerują, że wszyscy ludzie żyjący obecnie w tym stanie pochodzą od pojedynczego przodka żyjącego około 7 300 lat temu na Saharze lub w środkowo-zachodniej Afryce. Pokazuje to, w jaki sposób pojedyncza mutacja może rozprzestrzenić się na wiele, wiele osobników w populacji, jeśli przyniesie ona znaczące korzyści, nawet jeśli ma również potencjał wyrządzenia szkody. Podobnie, istnieją dowody na to, że pojedyncza kopia mutacji genu mukowiscydozy mogła zapewnić naszym przodkom odporność na cholerę i że nosiciele choroby Tay-Sachs mają oporność na gruźlicę.

Lepsze zrozumienie wpływu mutacji może odegrać dużą rolę w leczeniu chorób. Na przykład, badanie szybkości mutacji w różnych typach komórek może rzucić światło na to, jak rak powstaje w różnych tkankach ciała. Zrozumienie wskaźników mutacji bakterii może pomóc naukowcom walczyć z mikroorganizmami, które rozwinęły oporność na antybiotyki. To ostatecznie pomoże wprowadzić nową erę medycyny, w której wiele chorób zostanie zdiagnozowanych i leczonych przy pomocy informacji genetycznych. I to musi być dobre.

menu
menu