A gennykeltő Staphylococcus aureus baktériumok a normál emberi mikrobióta részei, sokunk bőrén és nyálkahártyáján (főként az orrüregben) megtalálhatók anélkül, hogy bármi komolyabb fertőzést okoznának. Fakultatív anaerobok, vagyis alapvetően oxigéndús környezetben élnek, ám oxigén hiányában, például egy vágott sebben vagy a bélben képesek tejsavas erjesztésre is.

Legtöbbször a bőrön felszíni gyulladást (árpát, keléseket, furunkulusokat) okoznak, de egy komolyabb S. aureus fertőzés vezethet tüdő-, mell-, agyhártya-, szívizom-, csontvelő-gyulladáshoz, illetve húgyúti fertőzésekhez. Ritkán ételmérgezést és vérmérgezést is okozhat.

A média által tévesen húsevő baktériumnak becézett meticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) az 1960-as években, nem sokkal a penicillinhez hasonló szerkezetű antibiotikum forgalomba hozása után jelent meg. Két fő típusa van, az egészséges emberi közösségekben és a különböző egészségügyi intézményekben (kórházak, dialízis-központok, stb) terjedő. Kórházban elkapott fertőzéskor a műtéti seb gyulladása, vérmérgezés vagy tüdőgyulladás írható a MRSA számlájára. Ezidáig a meticillinnek ellenálló baktérium-törzsek  több más antibiotikumra is rezisztenssé váltak, ma vankomicint adnak a MRSA-s a betegeknek [1].

A humán és egyéb genom projekteknek köszönhetően most már egyre pontosabb becsléseink vannak arra vonatkozóan, hogy egy élőlény génállományának mekkora része tartalmaz fehérje-kódoló géneket. Ez amúgy meghökkentően kevés, az ember esetében mindössze 1,4%. Hogy a többi DNS mit is csinál? Jó kérdés. Egy részük például szabályozza a gének kifejeződését.

A Budapesti Állatkert tavaly megnyílt Varázshegyének egyik félreeső csendes terme, a Darwin labor, ötletesen berendezett tárolószekrényeket, előre beállított mikroszkópokat, nagyítóasztalokat rejt, amelyek segítik a a kiskorú látogatókat, hogy rácsodálkozzanak az élővilág sokszínűségére. A tematikusan kialakított kiállítótér felfedezését rövid feladatlapok segítik, amelyek rávezetik a kis kutatókat, hogy hány ujja van összesen egy kétéltűnek, milyen színű a nimfapapagáj tolla, illetve, hogy a pápaszemes kajmán pikkelymérete valahol a cserepes teknős és a puffogó vipera pikkelymérete közt helyezkedik el.

Amiről a kis lap nem tesz említést, de a szemfüles látogató talán azért kiszúrhatja, az az, hogy a fejet borító kajmán pikkelyek a méreten kívül még valamiben eltérnek a másik két hüllő kültakaró képleteitől: ezek ugyanis szabálytalan alakúak.

"Mivel azt gondolom, a legjobb mindig valamely jellegzetes csoportot tanulmányozni, ezért némi megfontolás után a házigalambokkal kezdtem foglalkozni. [...] A fajták sokfélesége igazán lélegzetelállító. [...] A parókás galamb tollai a nyak körül annyira visszafordultak, hogy csuklyát formálnak"

Charles Darwin magnum opusának prominens helyét foglalják el a háziasított fajok, és köztük is kiemelt szerep jut az ebekéhez hasonló fenotípusos diverzitást felmutató galamboknak. Darwin maga is szorgalmas galambász volt, így első kézből tapasztalhatta, hogy egy szelekciós "erő" milyen fantasztikus változásokat produkálhat akár csak néhány generáció alatt.

Azt persze ő maga már nem érhette meg, hogy megértse, milyen valódi örökletes változások következtek be pl. az idézetben is szereplő parókás galamb (Jacobin) esetében, de az aktuális Science címlapsztorija pontot tesz a sztori végére.

Az eukarióta élőlények genetikai anyaga kromoszómákba szerveződik, ez talán senkinek nem újdonság. A különböző kromoszómák száma természetesen igen változó lehet: négy darabtól néhány tucatig teljesen megszokott nagyságrendekkel állunk szemben. Az azonban, ha egy élőlénynek több ezer, noch dazu tízezernél is több kromoszómája legyen, mégiscsak figyelemreméltó.

Márpedig az Oxytrichia trifallax nevű csillós egysejtű utóbbi kategóriába esik. Hogy megértsük ennek a miértjét, egy picit visszább kell lépnünk, hogy átlássuk mi mindenben fura még Oxytrichia. 

Eleve a sejtekbén két sejtmag is található, egy ún. mikronukleusz (MIC) és egy makronukleusz (MAC) (ez egyébként általános a csillósok közt). A kettő között a legfeltűnöbb eltérés a méretben van: a MAC kb 2000x nagyobb és lényeges funkcionális különbség, hogy míg a MIC csak az ivaros szaporodás során játszik fontos szerepet, addig a MAC az élet egyéb területein, az ún. vegetatív életciklushoz (növekedés, táplálkozás, aszexuális szaporodás, stb.) nélkülözhetetlen.

Mint azt a szex determinációról pár hónapja született posztban is olvashattuk, egy adott egyedben a nemet meghatározó kromoszómák lehetnek különbözőek (XY), illetve azonosak (XX). Ez utóbbi esetben az emlősöknél fellép egy aprócska probléma: a két X kromoszóma kétszer annyi génterméket eredményez női ivarú egyedekben, mint hímekben. Vagyis csak eredményezne, létezik ugyanis egy igen érdekes jelenség, a dóziskompenzáció, ami az egyik X kromoszómát - génexpressziós szempontból - elnémítja.

Az egyik X kromoszóma kikapcsolása az emlős egyedfejlődés során igencsak korán, pársejtes állapotban minden egyes sejtben külön végbemegy, és ennek a mintázata a soron következő mitózisok során tovább adódik. Mivel a sejtekben véletlenszerűen vagy az apai vagy az anyai X kromoszóma inaktiválódott, ezen sejtek későbbi utódsejtjeiben értelemszerűen vagy az apai vagy az anyai X kromoszómán található génvariánsok fejeződnek ki - esetleges mozaikos mintázatot eredményezve (lásd a teknőctarka macskák esetét).

A miniatürizálódás képessége mindig is keményen foglalkoztatta a sci-fi írók és rajongók gondolatait, mint arról a  "Fantasztikus utazás" töretlen népszerűsége is tanúskodik. Ugyanakkor, bármennyire is vonzó elképzelni, a "milenneha"-t, sajnos le kell szögeznünk, hogy ez a szolidan a "fiction" tartományába tartozik, mert a tudomány, pontosabban mindaz, amit a természet szabályairól tudunk, kizárhatóvá teszi ennek bekövetkeztét.

Miért is? Egész egyszerűen azért, mert nem minden alkotónk csökkenthető le tetszés szerinti méretre. Azt persze könnyebb elképzelni, hogy milyen lenne egy kisebb kéz, vagy máj, de ha jobban belegondolunk, hogy mit is jelent, mindez szövet- és sejtszinten, akkor már kezdődnek a bajok: mert hogy lesz kisebb a máj? Kevesebb sejtből áll, vagy arányosa ugyanannyiból, csak kisebbekből? Bárhogy is nézzük, hamar belátható, hogy előbb-utóbb elég kemény fizikai akadályba ütközünk: a molekulák méretébe. Márpedig ahhoz, hogy egy sejt funkcionális legyen, bizonyos számú sejtalkotó nélkülözhetetlen. Nem is próbálkozom most megmondani, hogy mennyi lehetne pontosan ez a minimum, de a lényeg, hogy van és nem kikerülhető. Egy ezerszeresen lekicsinyített emlősnek a genomja gyakorlatilag ugyanakkora marad majd, vagyis kvázi azonos, esetleg minimálisan kevesebb helyet foglal(na) el a miniatürizált sejtekben, ezzel viszont szétfeszítené őket. És akkor hol vagyunk még a sejtműködéshez szükséges sok-sok más sejtkomponenstől.

Hogy mennyire bonyolult is a valóságban a miniatürizálás, milyen egészen extrém trükköket kell bevetni a megvalósításához, azt leginkább azoknak az állatoknak az életvitele tükrözi, akik ilyen-olyan formában az evolúció során "összementek". Különösen instruktív a Megaphragma génuszba tartozó parazita darázsfajok esete, amelyek átlagos mérte egy (egysejtű) Parameciuméval, vagy amőbáéval vetekszik.

A cetek evolúciója egy fejlődésbiológus számára szűnni nem akaró kincsesbánya.

A lábatlanság kialakulása mellett, nagyon érdekes kérdés marad a koponya evolúciója, hiszen a belső fül átalakulása echolokációhoz, az orrnyílás vándorlása, és a fogazat változása mind-mind komoly buherálását igényelte az ősi fejlődési programnak.

Utóbbi (a fogazat) esetében természetesen az extrém példa a sziláscetek (Mysticeti) esete, ahol a valódi fogazat gyakorlatilag eltűnt, helyette a szilák alakultak ki (bár emrbionális korban megjelennek a fogkezdemények) és eközben pszeudogénesedtek a fogzománcot kódoló gének.

De ha a fogas cetekkel (Odontoceti) maradunk, akkor is felfigyelhetünk egy-két, emlős szemmel érdekes dologra: először is például egy delfinnek nagyon sok foga van - egy átlagosnak vehető disznóval összevetve (lásd fent) ez igencsak feltünő. A másik, legalább ennyire érdekes dolog, hogy ezek a fogak egyformák. Míg a "szabvány" emlős fogazatban általában specializált (metsző-, szem-, örlő-) fogak sorakoznak egymás mellett, a cet fogsor egyfajta ún. unicuspid (egyhegyű) fogak unalmas sorozatából áll.

Itt a blogon már egy ideje piszkáljuk a kérdést, hogyan keletkeznek új fajok, most is ezt a vonalat visszük tovább, ezúttal egy lehetséges fajkeletkezési eseményt mutatnék be, meglepő módon, emberben. Az első hírek blogokban jelentek meg erről az esetről (magyarul) évekkel ezelőtt, de végre idén kijött a közlemény is róla, ami szerencsére ingyenesen hozzáférhető. Az közismert, hogy a csimpánzoknak kettővel több kromoszóma található egy sejtmagjában, mint nekünk, azaz huszonnégy pár. Azonban az emberi második kromoszóma két kisebb majom kromoszóma fúziójával jött létre, mindkettő genetikai anyagát tartalmazza, sőt, a működésképtelen fölös centromer és telomérák is megtalálhatók az emberi második kromoszómán, ez az egyik bizonyítéka annak, hogy a ma élő csimpánzok és a ma élő emberek egy közös őstől származnak. Természetesen az egyszeri kreacionista azonnal löki erre a sablonválaszt: "Hát én el sem tudom képzelni, hogyan történhet meg egy ilyen kromoszómafúzió!" Jó hírem van, nem kell elképzelni, példát is lehet rá mutatni.

Azt már szinte közhely, hogy egy DNS molekula alkalmas lenne hosszú távú adattárolásra, hiszen kis helyet foglal és bizonyítottan eláll évezredekig, miközben nem igényel különleges körülményeket. Viszont hátrányai is vannak, például a hosszú, adott szekvenciájú DNS szakaszok szintézise nem megoldott, azaz sehol sem tudnak neked tetszőleges bázissorrendű, egy gigabázis méretű DNS szálat készíteni. Ráadásul a bázissorrend meghatározása nem egyszerű és nem is gyors, de hát ez nyilván nem túl fontos szempont, ha évezredeken át meg akarunk őrizni valamilyen adatot. Nick Goldman és munkatársai (van köztük egy magyar is, Sipos Botond) éppen ezért kicsit másképpen közelítették meg a dolgot: Ismert bázissorrendű rövid DNS szakaszok könnyen és viszonylag olcsón szintetizálhatóak, így eleve ezeket használták föl adattárolásra. A 757 kilobytenyi kiválasztott adatot egy egyszerű kódtábla alapján DNS szekvenciává fordították, amely így nem tartalmazott ismétlődő bázisokat, mivel ezeknél gyakrabban lépnek fel hibák a második generációs szekvenálási eljárások során, így több hibával lennének csak kinyerhetőek az adatok. A csak elméletben létező hosszú DNS molekulát többféleképpen bontották rövidebb, egymással átfedő szakaszokra, így négyszeres lefedettséggel szintetizáltatták meg a molekulát, ezzel próbálták csökkenteni az adatvesztés lehetőségét. A végén egészen pontosan 153.335 oligonukleotidot terveztek meg, amelyek mindegyike 117 bázispár hosszúságú volt. Érdemes megemlíteni a szerzők megjegyzését, miszerint a teljesen egységes méretű DNS darabok és a homopolimerek teljes hiánya nyilvánvalóvá teszik, hogy a végeredményképpen kapott DNS nem természetes eredetű, így feltételezhetően szándékos tervezés eredménye és információt hordoz.

A kész DNS -t liofilizálták (fagyasztva szárították), majd egyszerű postán küldték el az USÁból Németországba, mellőzve minden különleges csomagolási vagy tartósítási eljárást.

A csomagban kapott DNS bázissorrendjét egy második generációs szekvenáló platformmal határozták meg, ezt számítógépen illesztették össze, a nélkül, hogy a fogadó laborban bármit is tudtak volna a kísérlet tervezéséről, vagy a DNS elkészítésének részleteiről. Az eredetileg tárolt öt állományból (Shakespeare összes szonettje .txt állományban, Watson és Crick 1953 -as közleménye a DNS szerkezetéről .pdf formátumban, egy fénykép .jpg formátumban, Martin Luther King egy beszédének részlete .mp3 formátumban és a Huffman kód, amivel az adatokat DNS bázisokká fordították) négyet hibátlanul visszanyertek, az ötödikből két huszonöt bázisnyi szakasz hiányzott csak.

Még egy érdekes összehasonlítást tartalmaz a közlemény, ugyanis ebben a kísérletben egy megabyte méretű adattömeggel dolgoztak, de nyilván felmerül a kérdés, hogy ezzel a technológiával ennél nagyobb adatmennyiségeket mennyiért lehetne tárolni, hiszen a módszer költsége alapvető fontosságú szempont. Meglepő módon nagyobb adatmennyiségeket sem sokkal drágább így tárolni, a második ábrán ez látható, szédítő mennyiségű adattömeg kezelhető a jelenleg rendelkezésünkre álló módszerekkel, bár azért ez még mindig elég drága, legalábbis engem elriasztana a jelenlegi megabyteonkénti 12400 dollár az írásért, és 220 dollár/MB az adat elolvasásáért, bár nyilván ezt jelentősen csökkentené, ha a DNS szintetizálás és/vagy a szekvenálás olcsóbbá válna, vagy akár ha képesek lennénk hosszabb DNS szakaszokat szintetizálni. Viszont bizonyos felhasználási területeken, például kormányzati, vagy történelmi adattárolásra ez a módszer akár már most is olcsóbb lehet, mint a meglévők. Jelenleg a szerzők úgy becsülik, hogy ~600-5000 évnyi időtartamra számítva olcsóbb a módszerük a jelenleg használatos archiválási eljárásoknál, bár ez nyilván függ attól, milyen időközönként írják újra az adathordozókat. Viszont ebben az a sárkányosság, hogy ha az eddigi folyamatok folytatódnak, egy évtized múlva várhatóan százszor olcsóbb lesz a DNS szintézis és szekvenálás, viszont akkor már ötven évnyi időtávra is olcsóbb lesz DNS molekulákban adatot tárolni, mint mágneslemezeken. Szóval könnyen lehet, hogy pár ezer év múlva a régészek nem pergameneket vagy agyagtáblákat böngésznek majd, hanem szekvenálógépekkel dolgoznak.

Goldman N, Bertone P, Chen S, Dessimoz C, LeProust EM, Sipos B, Birney E. (2013) Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. Nature. 494(7435):77-80

Richard Lenskit nyilván senkinek sem kell bemutatnom, lebilincselően izgalmas kísérletei (1, 2, 3) elég sok adalékot szolgáltattak az evolúció megismeréséhez. Kétségkívül leghíresebb munkája az évtizedek óta folyó E. coli evolúciós kísérlete, ahol egy E. coli törzset többfelé osztott, majd szőlőcukorban szegény, citromsavban gazdag táptalajra helyezte őket és figyelte, mi történik velük. Az E. coli egyik jellemzője ugyanis, hogy csak anaerob körülmények között képes citromsavat hasznosítani, oxigén jelenlétében a citromsav nem jut át a sejtmembránon, így nem is képes táplálékként felhasználni a sejt. A mikrobiológiai gyakorlatban ez alapján azonosítják E. coliként. Lenski eredeti feltételezése az volt, hogy mivel az E. coli anaerob körülmények között képe citromsavat is hasznosítani, megfelelő körülmények között előbb-utóbb az evolúció során kialakul az oxigén jelenlétében való citromsavfogyasztás képessége is. Nem csalódott, röpke 31000 nemzedék után a tizenkét törzs egyikében meg is jelentek citromsavat is hasznosító sejtek, ezeket nevezte el Cit+ -nak.

Amint arra az előző posztomban is utaltam, az állatok külalakját meghatározó mintázatok kialakulása és nagy variációja, illetve az ezek mögött rejlő molekuláris mechanizmus régóta foglalkoztatja a kutatóközösséget. Ennek megfelelően sok mindent tudunk a szőrszín, azaz pigmentáció kialakulásáról és evolúciójáról, viszont meglepően keveset, hogy miként is jön létre adott helyen a mintázat.

Pontosabban, abban viszonylagos egyetértés van, hogy a múltkor említett "reakció-diffúzó mechanizmus" lesz a magyarázó elv, de hogy pontosan milyen molekulák a hunyók, arról még mindig csak találgatunk.

Egy tavaly nyáron megjelent cikk, talán hangyányit közelebb visz a megoldáshoz, de minimum egy érdekes szereplővel gazdagítja ismereteinket.