Ha már belekezdtünk a Wolbachiákba, ne hagyjuk annyiban a dolgot, nézzük meg, mit tudunk még ezekről a baktériumokról. Mivel anyai öröklődést mutatnak, ráadásul gyakran már embriókorában megfertőzik az utódokat, természetesen könnyedén bele tudnak szólni a termékenységbe. Ha már tartós szimbiózisra léptek a gazdával, könnyedén előállhat olyan helyzet, hogy a baktérium is meghatározza, mely más egyedekkel képes termékeny utódokat létrehozni a gazda, így ezek az endoszimbionta baktériumok könnyedén a fajkeletkezés motorjává válhatnak. Hogy ezt a feltevést megerősíthessük, kézenfekvő, hogy olyan élőlényeket kellene találni a természetben, amelyek éppen a közepén járnak ennek a folyamatnak.

Éppen ilyen a Drosophila paulistorum nevű légy, amely öt fél-fajra (semispecies) osztható, ezek olyan populációk, amelyek még valamennyire képesek egymással kereszteződni, de már két semispeciesbe tartozó egyednek nagyon kevés életképes utóda kel ki. Ezek a populációk éppen félúton járnak a fajkeletkezés rögös útján. A hat populáció ez esetben az Amazóniai (AM), Andok-Brazil (AB), Középamerikai (CA), Belső (IN), Orincói (OR), Átmeneti (TR). Ezek a semispeciesek nagyobbrészt földrajzilag is elkülönülnek, de mindegyik esetében találhatók olyan területek, ahol több semispecies egyszerre fordul elő. Az elkülönülésüket azonban több tényező biztosítja: A keresztezésekből származó utódok kilenctizede életképtelen, az egyedfejlődés nagyon korai szakaszában elpusztul, valamint a túlélő hímek terméketlenek, csak a nőstények képesek szaporodni.

Év végére/elejére valami könnyed illik, így mi is valami ilyesmit kerestünk: arról lesz szó, hogy mit is tudunk a macskabunda-mintázatokat szabályozó genetikai folyamatokról.

Akik rendszeres olvasói a blognak, azok tudják, hogy a szőrzetek és mintázatok, főleg evolúciós kontextusban rendszeresen előkerülnek. Leggyakrabban abban a kontextusban, hogy kevés pigmenst termelő "kivilágosodott" egyedek jelennek meg világos élőhelyeken, illetve más körülmények közt rengeteg fekete pigmenst termelő "melanizált" formák tűnnek fel. Ezek a folyamatok szinte kivétel nélkül az Mc1r szabályozta melanin-szintézis útvonalba szólnak bele.

Mint azt annak idején már Darwin is felismerte, bonyolult biológiai rendszerek - ő példának az emberi szemet használta - vélhetőleg nem a ma ismert formájukban alakultak ki a semmiből, hanem számos köztes alakon keresztül, működési változásokkal jöttek létre. Nyilván ezen átmenetek tanulmányozása gyakran nehézségekbe ütközik, de kérdés, hogy ez a folyamat modellezhető –e valahogyan?

Richard E. Lenski és munkatársai éppen erre vállalkoztak, számítógépes programokkal, mondhatni digitális élőlényekkel modellezték egy bonyolult működés kialakulását. Mint tudjuk, az evolúció három alapfeltétele, hogy a résztvevő egységek önmagukat lemásolják, szaporodjanak (1), magukhoz hasonló utódokat hozzanak létre, hogy ezekben a másolatokban időnként hibák, mutációk történjenek (2) és végül, hogy az egyes változatok életképessége különbözzön, (3) azaz szelekciós nyomás hasson az egységekre. A kísérletben használt digitális élőlények ezt a három feltételt teljesítették, önmagukat másolták, időnként hibásan és végig versengtek egymással. A modellhez az Avida platformot használták, ahol az egyes digitális élőlények egymástól függetlenül szaporodnak, ám időnként hibás másolatok készülnek róluk, energiát pedig a környezettől függően különböző logikai műveletek teljesítésével nyerhetnek. A genomjuk egy körkörös utasítássor, amelyeket egymás után hajt végre, kivéve, ha az utasítás egy másik utasításhoz ugrasztja. Minden egyes utasítás huszonhat féle lehet, ezek láthatóak a második ábrán. Az induló program csak szaporodni volt képes, semmilyen logikai műveletet sem hajtott végre, saját magát utasításonként másolta le. A másolásba azonban hibák csúsztak, pontmutációk inszerciók és deléciók történtek a digitális élőlények genomjában. A kutatók semmilyen előfeltételt sem szabtak a mutációknak, az egyes mutáns genomok működése egyedül az utasításkészletüktől függött. Éppen úgy mint a természetben, a mutációk többsége az Avida programban is hátrányos vagy semleges, csak kis részük előnyös.

Ha már legutóbb a horizontális génátvitelről volt szó, ne maradjanak ki az ízeltlábúak sem. Nagyon sok ízeltlábú fertőzött különböző Wolbachia baktériumokkal.  A "nagyon sok" kifejezés ez esetben nem túlzás becslések szerint a rovarfajok ötöde fertőzött Wolbachiákkal. A baktérium és a gazdaszervezet kapcsolata sokféle lehet ismertek egyértelműen élősködő Wolbachiák, ahol a gazdának hátránya származik a Wolbachia jelenlétéből, de ismertek szimbiózis jellegű kapcsolatok is.

Ha már ilyen sok ízeltlábút fertőz ez a baktérium, nyilvánvaló a kérdés, hogy megfigyeltek –e valaha horizontális génátviteli eseményeket a baktérium és a gazda között. Az első ilyen közlemény 2002 –ből származik, Kondo N. és munkatársai egy Callosobruchus chinensis nevű jószágot vizsgálták, amely három különböző Wolbachia törzzsel is fertőzött. Első lépésként a szokásos módon megpróbálták kiirtani a gazdából a baktériumokat, rifampicinnel és tetraciklinnel kiegészített táptalajon tartották a bogarakat, majd PCR módszerrel ellenőrizték, hogy kipusztultak –e belőlük a baktériumok? Egyszerűen DNS –t izoláltak a bogarakból és megpróbáltak ebből egy Wolbachia specifikus szakaszt amplifikálni, abból kiindulva, hogy amikor kipusztulnak a gazdából a baktériumok, többé nem keveredik majd a DNS –ük a gazda örökítőanyagához, így amikor eltűnik a PCR jel, eltűntek a baktériumok is. Az ábrán látható a három baktériumtörzsre specifikus három PCR termék, az első oszlopban az antibiotikumkezelés előtt, a többi háromban sorrendben 1, 5, 10 nemzedékkel a kezelés után. Látható, hogy a három törzsből kettőt kiirtott az kezelés, egyet viszont nem. Megállapították, hogy ez a wBruAus nevű baktériumtörzs szokatlan módon rendkívül ellenálló a tetraciklinre és rifampicinre, pedig ilyet eddig egyetlen Wolbachiánál sem tapasztaltak még.

Ha Tubifex-ről esik szó, akkor jó eséllyel mindenkinek csak az izgő-mozgó, gorgófő-szerű halkaja csomó ugrik be és legkevésbé sem az, hogy ez a féregfaj is a fejlődésbiológia egyik modellállata.

Pedig ez a Kevéssörtéjű férgek csoportjába tartozó állat már hosszú évtizedek óta kitartó figyelmet kapott pár labor részéről, így fejlődéséről is viszonylag sokat tudunk. Standard spirális osztódással indul a történet (akárcsak a pár napja megénekelet csigák esetében), de például a közeli rokon Többsertéjű férgektől eltérően nagyon hamar feltűnik, hogy az első osztódások igencsak aszimmetrikusak, és két igen különböző méretű sejtet hoznak létre. Általában elmondható, hogy a nagyobb sejtből a kifejlett (felnőtt) állat szervez fognak kialakulni, míg a kisebb sejteknek csak kevésbé jól definiálható, obskurus szerep jut. Mindez azért van így, mert az említett Többsertéjűekkel ellentétben itt nem történik meg jellegzetes alakú lárvák kialakulása. Ezen a stádiumon egyszerűen átugrik a fejlődő állat és minden metamorfózis nélkül a felnőtt állat kicsinyített mása jön létre, így több értelme van a fontos sejtkomponenseket oda koncentrálni, ahol igazán kellenek majd. (Vagyis azokba a sejtekbe, amelyekből a kifejlett egyed szövetei jönnek majd létre.)

És akkor még egy gyors, archaikus genomi DNS-el megtűzdelt sztori ma estére. Az Elefántfélék családfájának pontos rekonstrukciójához, a korábbi mitokondriális DNS vizsgálatok után most megszekvenálták az ázsiai elefánt, két afrikai elefántpopuláció (szavannai és erdei), valamint egy mamut és egy masztodon teljes genomját.

Ez esetben a korábbi törzsfákat nem a kihalt fajok genomi különlegességei miatt kell átírni, hanem mert a jelek szerint a két afrikai elefánt "populáció" igazából két külön faj: annyira különböznek egymástól, mint a ma már kihalt mamut és legközelebbi élő rokona, az ázsiai elefánt. Mivel azonban ma már ez a két faj gyakran szaporodik egymással (újabb bizonyítékaként a faj-definíció nehézségeinek), az a legvalószínűbb, hogy viszonylag sokáig, ma már nehezen rekonstruálható okból, földrajzilag elkülönülve éltek egymástól, és csak a relatív közelmúlt (már amennyire kb félmillió év még nevezhető így) hozta az élettereik átfedését és az (újra)keveredés esélyét el.

(Az ábrán az N_x, az az x faj effektív populáció méretét saccolja (ezer egyedben), a T_xy pedig az x és y közti szétválás idejét (millió évben).)

Rohland N, Reich D, Mallick S, Meyer M, Green RE, et al. (2010) Genomic DNA Sequences from Mastodon and Woolly Mammoth Reveal Deep Speciation of Forest and Savanna Elephants. PLoS Biol 8(12): e1000564. doi:10.1371/journal.pbio.1000564

Az idei év egyik nagy dobása kétségtelen az archaikus Homo fajok genomjainak publikálása lett. Azért használok többesszámot, mert a májusi neandervölgyi genom után, most került nyilvánosságra az egyik denisovai "ősember" genomja is.

Erről a különleges, se nem H. sapiens, se nem H. neanderthalis, de nem is H. erectus egyedeket tartalmazó csoportról már márciusban, a mitokondriális DNS szekvencia közlésekor írtam, és azért az is árulkodó a szekvenálási technikák fejlődéséről, hogy mostanra a teljes genom feltárásra került.

Ennek köszönetően pedig kicsit árnyalni tudjuk a korábbi történetet: a jelenlegi adatok alapján úgy tűnik, hogy a denisovai Homo ág a neandervölgyi ággal áll közvetlenebb rokonságban, mint velünk (de - egyelőre- külön fajról beszélünk, és nem egy különleges neandervölgyi populációról).

Ez azért érdekes, mert a mitokondriális DNS alapján, úgy tűnt, hogy a neandervölgyinél távolabbi rokonságban álltak a denisovaiak velünk, és ezt egy fellelt őrlőfog különleges alakja is alátámasztotta. Mi lehet a sejtmag DNS-el való vizsgálatok különbségének az oka?

Biztosat még nem tudunk, de a szerzők két elméletet vetnek fel. Az egyik szerint a fog alakja és az mtDNS szerkezete a denisovaiakban archaikus állapotot tükröz, ami bennünk és a neadnervölgyiekben párhuzamosan megváltozott. A másik elgondolás pedig azt pedzegeti, hogy ez a két ősinek tűnő jelleg a denisovaiakba egy másik, ősi embercsoportból (feltehetőleg H. erectus-ból) keveredett be, majd rögzült.

Apropó keveredés: a szerzők szerint a denisovaiak (akárcsak neandervölgyi rokonaik) nem múltak ki nyomtalanul. A rendelkezésünkre álló (jelenleg igen szerény, de gyorsan bővülő) emberi genomok alapján elképzelhető, hogy a kelet felé vándroló H. sapiens populációkkal össze szűrték a levet, mert az óceániai genomok 4%-a különlegesen hasonlít a denisovai genetikai állományhoz. Hogy ez mennyiben állja meg a helyét, egy-két év múlva már látni fogjuk, hiszen több ezer emberi genom áll addigra rendelkezésünkre, az efajta keveredési sztorik tesztelésére megfelelő kontrollt biztosítva.

Reich D, Green RE, Kircher M, Krause J, Patterson N (2010) Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature 468: 1053-60.

A genetikailag módosított szervezetek (GMO-k) kapcsán való álláspontunknak, ill. a Greenpeace-el való egyetnermértésünket már többször hangot adtam, aminek egyeneságú következménye, hogy a szóban forgó szervezet elkötelezett és kritikát nem tűrő rajongóinak szemében erkölcstelen GMO-lobbisták lettünk.

Igaz, mindössze annyit állítottunk (és állítunk ma is), hogy:

"nincs semmilyen a priori okunk arra, hogy a génmódosítást félelmetesnek állítsuk be, és a génmódosítás, mint technológia, csuklóból elutasítása nemcsak alaptalan és tudománytalan, de felelőtlen is. [...] A zöld mozgalmak elemi érdeke, hogy egy flottul működő teszt- és monitoring rendszert állítsanak fel, amivel kiszámíthatóan lehet tesztelni az egyes GM fajokat, és ezek alapján a valóban veszélyeseket betiltani, a többit meg szépen engedni termeszteni. Ha "erkölcsi alapon" született dogmatikus döntésekhez akarjuk igazítani a tudományos eredményeket, akkor azzal magunkat és a tudományos módszert járatjuk le."

Ez viszont épp elég vörös posztó azoknak a kvázi ludditáknak, akik valamiért hiszik és vallják, hogy a gén módosított növény (vagy állat) az csak szörnyű lehet. Nehéz ennek a miértjét felfogni, hiszen az egyetlen magyarázat az lehetne, hogy valamiféle genom-szintű sztázisban hisznek, abban, hogy az élő szervezetek genetikai anyaga nem változik folyamatosan. Ez természetesen abszurd, és ha jobban megnézzük, nagyon sok elképesztően veszélyesnek és felelőtlennek beállított manipulációnak megtaláljuk a természetes megfelelőjét.

A csigaház csavarodik, ez etalon. De a csavarodás iránya, az iránynak a miértje illetve a csavarodás irányának megváltozása már koránt sem az.

Márpedig, bár a laikus szemlélőnek szinte mindegynek tűnhet, hogy merre csavarodik egy csiga háza (esetleg még az is meglepő, hogy fajon belül többé-kevésbé fix az irány, amely genetikailag kódolt), a csigák és a velük ökölógiailag szoros kapcsolatban élők számára igen fontos a kiszámíthatóság. Ahhoz, hogy ez a kiszámíthatóság felboruljon, komoly okra van szükség, de nem lehetetlen.

A tudás legtöbb formája, a körülöttünk létező világ minél alaposabb ismerete, egy tipikus közjó: bárki megtanulhatja az éegyenlőemcénégyzetet és ettől nem marad kevesebb belőle másoknak. Ennek a fajta tudásnak a legfőbb forrása az alapkutatás, a világ megismerésének az a talán nem is kicsit naiv módja, amely az anyagi haszon helyett a megismerés puszta tényét teszi előtérbe. Ez nem jelenti azt, hogy hosszú távon az alapkutatás ne lenne képes nagyon is szignifikáns értékteremtésre, sőt, az viszont tény, hogy rövid távon szinte sosem az a célja (és ebben is különbözik az alkalmazott kutatástoktól). Ha pedig elfogadjuk ezt, mármint, hogy az alapkutatás egy közjót generáló tevékenység, akkor még a legszőrösszívűbb közgazdászok sem fogják kétségbe vonni, hogy az államnak érdeke és feladata ennek a tevékenységnek a támogatása.

A világon ez többe-kevésbé elfogadott dolog, és egy-két kivétel nagy alapítványtól eltekintve (pl. Howard Hughes Medical Institute, Wellcome Trust) az alapkutatás finanszírozása állami kasszából történik (Amerikában az NIH és NSF felel ezért, Angliában részben a Cancer Research UK, részben a BBSRC). Magyarországon sincs ez elvileg másként: az alapkutatás támogatása az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramon (OTKA) keresztül történik. Sajnos azonban egyre kevésbé.

xx

xxx

Új hónap, új meetup. Ezúttal újabb csavarral, mert az előadók mi, rendezők leszünk. Továbbra is a Tűzraktérben várunk majd mindenkit. Gyertek!

Szalai Ferenc fizikus [twitter]

Emlékező áramköri elemek fizikája

Az alapvetö elektronikai alkatrészek - ellenállás, kondenzátor, tekercs, dióda, tranzisztor - müködését jól ismerjük, szinte minden berendezést ezekböl építettünk fel. Ebben az elöadásban bemutatom a nanotechnológiai kutatások legújabb eredményeit, aminek köszönhetöen vannak új érdekes tulajdonságokkal ("emlékezés") rendelkezö alap áramköri elemeink (memristor). Összefoglalom fizikai tulajdonságaikat valamint, hogy mire lehet öket használni.

A Szertár szervezésében: