Április 25-én volt pontosan hatvan éve, hogy James Watson és Francis Crick leközölte a Nature című folyóiratban a dezoxiribonukleinsav (DNS) általuk elképzelt szerkezetét [1]. A két kutató pálcikákból és lapokból álló modelleket készített kollégáik eredményei és elgondolásai alapján. Maurice Wilkins és Rosalind Franklin az 1950-es évek elején DNS szálakról készített nagy felbontású röntgendiffrakciós képei azt sugallták, hogy az spirál alakú és nem csak egy szálból áll. Alexander Todd szerves kémiai laboratóriumában 1952-ben kimutatták, hogy a dezoxiribonukleotidokat 3’-5’ foszfodiészter kötés tartja össze. Linus Pauling 1951-es alfa hélix fehérjeszerkezeti felfedezése alapján pedig William Cochran, Francis Crick és Vladimir Vand kidolgozott egy elméletet a hélix szerkezetű molekulák diffrakciójáról. Ezek alapján jutott el végül is Watson és Crick a már ismert kettős hélix modellig, mely sztereokémiailag a legmegfelelőbb választ adta arra, hogy a röntgendiffrakciós kép milyen szerkezetnek felelhet meg. A modell alapján két egymásnak ellentétes lefutású DNS szál kapcsolódik össze hidrogénkötésekkel, melyek a molekula belsejében található szerves bázisok között alakulnak ki. Az egymással szemben álló bázisok kapcsolódását pontosan a hidrogénkötések kialakulásának lehetősége szabja meg, az adenin csak a timinnel tud párban állni, míg a guanin a citozinnal. Ez a szerkezet igazolta Chargaff 1949-es eredményeit is, melyek szerint a DNS-ben a négyféle nukleotid nem egyforma arányban fordul elő [2]. Később, az in vitro előállított és kikristályosított DNS molekulák röntgendiffrakciója és egyéb fizikai mérése bebizonyította a modell helyességét, de rávilágított arra is, hogy ez csak egy a több lehetséges térszerkezet közül. A régi modellnek megfelelő DNS szerkezetet B-DNS-nek nevezték el, azóta kimutattak A- és Z-DNS-t is. Ezek szintén kettős hélix szerkezetűek, pár paraméterükben különböznek csak a hatvanéves modelltől.

1962-ben, kilenc évvel a kettős hélix felfedezése után közölte le Gellert kollégáival a csak guaninból álló DNS-lánc általuk megfigyelt szerkezetét: a mesterségesen előállított DNS lánc röntgendiffrakciós képe négyes hélixet mutatott [3]. Később számos kísérlet igazolta a négyes hélix létét in vitro előállított DNS-szekvenciák esetén. Erre a speciális szerkezetre G-quadruplexként, G-tetrádként vagy G4-DNS-ként is hivatkoznak, pedig bármilyen nukleinsavban kialakulhat ez a szerkezet, nem DNS-specifikus. Négy guanin egy speciális, ún Hoogsteen hidrogénkötés kialakításával egy lapos struktúrát hoz létre, és ezek a guanintetrádokból álló síkok egymás fölé rendeződnek, így alakítva ki a G-quadruplex négyes hélixű szerkezetét. A tetrádokat kationok (általában kálium) stabilizálják. Attól függően, hogy hány molekula alkotja a négyes hélixet, három típus különböztethető meg, az intra-, a bi- illetve a tetramolekuláris, ezen kívül lehetnek parallel vagy antiparallel lefutásúak.

A legelterjedtebb nézet szerint a szellemileg (is) aktív mindennapok a zálogai a hosszú, egészséges életnek. Ezért is meglepő, hogy egy új kutatás szerint az aktív szellemi tevékenység az idegsejtekben a DNS törését okozza.

Az örökítőanyag sérülése ugyanis minden eddigi ismeretünk szerint egy káros folyamat: a genom fajra jellemző számú - esetünkben 23 pár - kromoszómába szerveződik és nemkívánatos, hogy tovább darabolódjon, mert az a kódolt információ sérüléséhez, elvesződéséhez vezet. Ezért a sejtek különböző védekező, hibajavító mechanizmusok révén igyekszenek amint lehet kijavítani a töréseket. Ez az esetek többségében sikeres, ritkán azonban a hibajavító mechanizmus is hibázik és nem az eredeti állapot áll vissza. Márpedig, ha elég gyakoriak a DNS-törések, akkor a nagy számok szigorú törvénye szerint hibák fognak bekövetkezni. (Nem véletlen, hogy a DNS törést okozó anyagok és körülmények - pl. ionizáló sugárzás - mutagenizáló hatásúak és szinte kivétel nélkül kapcsolatba hozhatók daganatos megbetegedésekkel is.)

A gerincesek végtagfejlődésének egyik sokat kutatott lépése az ujjak kialakulása. A folyamatban fontos szerepet játszó sonic hedgehog (Shh) molekula a fejlődő végtagkezdemény egyik speciális, polarizációs zóna (ZPA- zone of polarizing activity) nevű régiójában expresszálódik. A ZPA mezenhimális sejtek kis csoportja a végtagbimbó poszterior részén, mely meghatározza a később keletkező ujjak számát és milyenségét. Hatását hosszú távon fejti ki, vagyis az apikális ektodermális redő (AER) sejtjei, melyek reagálnak a Shh-szignálra, nem közvetlenül a ZPA sejtek mellett helyezkednek el.

A ZPA-val és a Shh-gal kapcsolatban a hosszú táv más szempontból is fontos keresőszó. Ugyanis a ZRS enhanszer, az a reguláló elem, ami meghatározza, hogy a Shh a ZPA sejtjeiben termelődjön, magától a shh géntől több, mint 1Mb (1 millió bázispárnyi) távolságra van, méghozzá egy másik gén (lmbr1) intronjában [1]. Ráadásul a shh gén és a ZRS enhanszer között több funkcionális és az egyedfejlődés adott szakaszában nem aktív gén található. Érdekes módon a gének sorrendje és az enhanszer elhelyezkedése szinténiát mutat az ember, az egér és a fugu (Fugu rubripes) genomjában is. Sőt, mi több, az egérben azonosított cisz-reguláló elemmel homológ hal enhanszer transzgén egér embriókban képes volt rekapitulálni az eredeti shh expressziót a fejlődő végtagban [1]. Hogy pontosan hogyan fejti ki specifikus hatását az enhanszer ekkora távolságon, arra van pár elmélet és persze pár kísérletes válasz, ám a hosszú távú cisz-reguláció mechanizmusa pontosan még mindig nem tisztázott.

Visszatérve a jelátvitelre, a végtagfejlődésben is szerepet játszó szignaling molekulák egy része egy adott sejtcsoportban termelődik, hatásukat viszont ezektől viszonylag távol található sejtekben fejtik ki. A jelátvivők terjedésének mechanizmusára számos elmélet létezik, gerinceseknél főként a passzív diffúzió és a transzcitózisnak nevezett aktív transzport az elfogadott – ez utóbbi esetben a molekulákat az arra nem válaszoló szomszédos sejtek felveszik, majd továbbadják. Gerinctelen embriók esetében leírtak olyan mechanizmust, melyben speciális sejtnyúlványok (citonémák) szállítják az adott jelátvivőt a felhasználó sejtekig. A Nature online kiadványában vasárnap megjelent publikáció szerint a gerinces embriókban a Shh is hasonló sejtnyúlványokon keresztül jut el a célsejtekig [2].

Amikor alig pár hete boncolgattam a kevesebb mint 200 mikronos Megaphragma mymaripenne sejtbiológiai különcségeit, már utaltam rá, hogy az a méret, fizikai okokból is az elképzelhető rovarméretek alsóbb határát súrolja. Annyi pontosítást azért megérdemel a dolog, hogy "az aktív repülésre képes, táplálkozó és szemmel tájékozódó" rovarok elméleti-minimumát közelíti (számos más, függetlenül összemenő, de hasonló jellegű csoport is kb hasonló mérettartományt mondhat magáénak). Ha azonban a fent említett kitételben szereplő megkötéseket is elvetjük, eljuthatunk a rovari lét feltételezett abszolút méretminimumához.

Ezzel a mérettartománnyal - kb 80 mikron - egy parazita és röpképtelen darázsfaj, a Dicopomorpha echmepterygis hímjei büszkélkedhetnek, akiknek sem szemeik nincsenek (fejükön csak tömszi csápokat láthatunk), sem szárnyaik - ennek megfelelően látóközpont nélküli agyuk, illetve repülő-izom mentes testük még kisebb lehet - és szájszervek hiányában táplálkozni sem tudnak. Életük egyetlen eseménye, hogy viszonylag jól fejlett lábaikon a közelben levő nőstények hátára másznak és párosodnak velük.

Huber JT, Noyes JS (2013) A new genus and species of fairyfly, Tinkerbella nana (Hymenoptera, Mymaridae), with comments on its sister genus Kikiki , and discussion on small size limits in arthropods Journal of Hymenoptera Research 32: 17–44, doi: 10.3897/JHR.32.4663

A hangyák lenyűgözően fejlett szociális viselkedése régóta ámulatba ejti az őket tanulmányozókat. Az akár emberi léptékben is gigászi hangyabolyokat építő serény kis ízeltlábúak szociális viselkedését számtalanszor hozták párhuzamba az emberi társadalommal - gondoljunk csak a henyélő ciripelőket a fáradtságot nem ismerő, a télre gondosan felkészülő szorgos gyűjtögetőkkel szembeállító tanmesére. 

Tavasszal szárnyas hangyaként hímek és nőstények százai röpülnek ki egy-egy bolyból. A párzás után nem sokkal a hím elpusztul, a nőstény elveszti szárnyait, és királynő lesz belőle. A csak nőivarú, steril utódokból különféle feladatokra szakosodott dolgozók lesznek; van, aki a petéket ápolja, van, aki takarít és a bolyt építi, van, aki a védelemre szakosodott és van, aki élelmet hoz. Amikor eljön a rajzás ideje, akkor keletkeznek csak hím illetve fogamzóképes nőstény egyedek, akik felnőve kirepülnek a bolyból.

A Lausanne-i Egyetem kutatói ácshangyákat (Camponotus fellah) figyelnek meg már pár éve. A szaporodás után befogott nőstény szárnyas hangyák a kutatók által kifejlesztett környezetben hozták létre a kolóniákat. A konstans sötétben tartott mesterséges bolyban él a királynő a dolgozókkal, míg élelemért a beszerzők egy kis alagúton át juthatnak el a föld feletti világot szimuláló (fény-sötétség ciklussal rendelkező) részbe, ahol a táplálékot találják. A felnőtt állatokat egyedi kódokkal látták el, majd kamerával 41 napon át detektálták az immár négy éves, kb kétszáz tagból álló kolóniák tagjainak mozgását és az egyedek közti interakciókat. Mivel a kód alapján minden egyes felnőtt egyedet be tudtak azonosítani, a hangyakutatás története során először adódott arra lehetőség, hogy egy hangya, mint individuum karrierútját rögzítsék.

A béka hátsó lábában, a gekkók melső végtagjában és a mi kezünkben a számtalan homológ csontocska mellett is feltünő egy, fontos, közös vonás: mindannyiunknak öt ujja van. Az öt ujjúság a szárazföldi négylábú gerincesek nagy közös vonása, olyannyira, hogy egy tudományos kifejezés is születtet a sztereotip négylábú végtag leírására: pentadactyl végtag. 

Az ettől való eltérés mindig különös és az evolúciósan csak egy irányba történik: a békák melső lábán, a madarak szárnyában, vagy a lovak patájában egyaránt kevesebb ujj figyelhető meg (négy, három, illetve egy). Az ötnél több ujjúság (az ún. polydactylia) kóros esetekben észlelhető, például a végtagok fejlődése apropóján korábban már emlegetett Sonic-hedgehog (Shh) gén mutációja okozhat ilyen elváltozást.

De vajon miért pont öt a normális, illetve lehette-e valamikor hat, vagy hét? Esetleg tizenkettő?

Az Európai Tanács 2006-ban fogalmazta meg  a 1924/2006/EK rendeletét, mely - többek között - kimondja, hogy az élelmiszereknek és táplálékkiegészítőknek is a gyógyszerekhez hasonló bizonyítási procedúrán kell átesniük, ha valamilyen feltételezett pozitív egészségügyi hatással bírnak.

„(13) Az egyes tagállamokban az élelmiszerek címkézésekor és reklámozása során számos olyan, jelenleg is alkalmazott állítás használatos, amelyek olyan anyagokkal kapcsolatosak, amelyek kedvező volta nem igazolt, vagy amelyeket illetően pillanatnyilag nincsen kellő tudományos egyetértés. Biztosítani kell, hogy az anyag, amelyre az állítás vonatkozik, valóban rendelkezzen kedvező táplálkozási vagy élettani hatással.”

„(22) Az egészségre vonatkozó állítások használatát csak a lehető legmagasabb színvonalú tudományos értékelést követően lehet engedélyezni a Közösségben. Ezen állítások összehangolt tudományos értékelése érdekében az Európai Élelmiszer-biztonsági Hatóságnak kell elvégeznie ezeket az értékeléseket.”

E rendeletre hivatkozva utasított el az Európai Élelmiszer-biztonsági Hatóság (EFSA) 2012. decemberéig mintegy 1500 kérelmet, így ezen termékek csomagolásán nem tüntethető  fel többé a probiotikus jelző (224 termék kapott rá engedélyt). Vagyis mostantól az EU-ban bizonyítani is kell, hogy egy adott termék olyan élő mikrobákat tartalmaz, amelyek kedvező hatással vannak az azt megfelelő mennyiségben fogyasztó egészségére, nem lehet csak úgy ráírni egy pohár joghurtra vagy egy kapszulás üvegre, hogy ha ezt isszuk-esszük, megedződik az immunrendszerünk, nem leszünk többé asztmások, rendbe jön a bélflóránk, esetleg elmúlik a depressziónk.

Na de mi a baj a probiotikumokkal? És vajon miért szentel a Nature Biotechnology idei 4. száma jó néhány összefoglaló, elemző cikket a probiotikumok és a humán bélflóra témájának? 

Az elevenszülést általában az emlősökkel társítjuk, azonban régóta ismert tény, hogy rengeteg különböző hüllőcsoport is elevenszülő. A leggyakoribb az, hogy a nőstény a testében tárolja a tojásokat, a méhe a gázcsere lebonyolítására elég csak, a tojások szikanyaga felel az embrió tápanyagellátásáért. Ezekben a fajokban általában többé-kevésbé eltűnik a tojáshéj, de ezen kívül különleges, az embrió táplálásához szükséges képletek nem alakulnak ki sem a méhben, sem a tojás felületén. Annak idején H. Calire Weekes ezeket I. típusú méhnek nevezte el. Ennél kicsivel bonyolultabb a II. típusú méh, ami például a tasmániai Niveoscincus nemzetségre jellemző, itt a méh felületén már kidudorodó erek figyelhetőek meg. Weeks 1935 -ben közölte le a megfigyeléseit, az általa leírt legbonyolultabb méh a III. típusú, ahol a méh már mindenféle gyűrődéseket mutat és a méh epithel sejtek valamint a velük szemben található chorion epithel sejtjei is megnagyobbodtak, szekréciós működést is ellátnak. Jó pár évtizedet kellett várni, amíg ezt a felosztást kibővítették, a kilencvenes években Daniel G. Blackburn bevezette a IV. típusú hüllő méh fogalmát, amit Mabuya fajokban írt le, ezek a méhek már az embrió tápanyagellátását is biztosítják.

Egy kicsit elvéve Sexcomb kenyerét, most én is egy egészen remek biológiai szimulációs játékról szólnék: konkrétan az Ndemic Creations népszerű mobil-platformos játéka, a Plague Inc a poszt alanya. Ugyan a játék már nem új, de azért talán még nem is annyira ismert, hogy most mindenki ásítva tovább kattintson. :-)

Járványügyi szimulátorral állunk szemben, méghozzá nem is akármilyennel: a kórokozó "bőrébe" bújva célunk a teljes emberiség kiírtása. Ami, mint megtapasztalhatjuk, nem is olyan egyszerű.

A játék induláskor ki kell választanunk, hogy milyen típusú kórokozóval leszünk, ami választás némileg korlátozott: előbb csak baktériumokkal lehetünk, majd ha azzal sikerült a küldetést teljesíteni, akkor lehetőségünk lesz vírusokkal, és így tovább, gombákon, parazitákon és prionokon keresztül "bio-fegyverekig". Minden patogén egy kicsit más repertoárral rendelkezik, de - és ez a játék egyik hátránya - annyira nem nagy a variáció, az alapstratégia az kb ugyanaz marad. (Ugyanitt azt hiszem illendő bevallanaom, hogy én csak az első két szintet teljesítettem, a többi már időarányosan nem jelentett elég kihívást, de azért egyszer majd később, hátha ... :-)). 

Azt hiszem az senkinek nem mond újat, hogy a kevés alvás negatív hatással van a szervezetre. Azon kívül, hogy a koncentrációs készség és az éberség csökken, a hosszú távú kialvatlanságnak komoly fiziológiai következményei is lehetnek; nagyobb eséllyel alakul ki elhízás, cukorbetegség, szív- és érrendszeri megbetegedés, és úgy átlagban nő a halálozási arány a krónikusan keveset alvók között – márpedig a CDC szerint az amerikaiak nagy többsége rendszeresen napi 6 óránál kevesebb alszik, ami már kimeríti a fenti kategóriát [1].

Nem is tudom, mit mondjak, ez a videó valami hihetetlen.

Egy élő zebrahal lárva fejébe látunk éppen felülről és oldalról, egy ún. high-speed light sheet mikroszkóppal. A transzgén hal egy olyan kalcium indikátor fehérjét termel (GCaMP5G), mely fluoreszcensen világít, amikor a neuron aktív. A videón az élő állat háromdimenziós agyműködését láthatjuk élőben, sejtszintű felbontásban, ahogy az aktív idegsejtek átadják egymásnak az ingerületet, ahogy az agy egyes részeire, majd a gerincvelőbe fut az információ.

Hihetetlen.

Nézzétek. A többi videót is.