Régi adósságom, hogy a nyáron készült genomszerkesztéssel/GMO-val kapcsolatos kérdőívet kiértékeljen, de mindennek eljön az ideje, ennek pedig most jött el. Végül egész tisztességes számú, közel 1900 válasz jött össze^[1], amiből - bár nyilván ez csak online felmérés, a maga sokfajta hátrányával - valamennyire azért ki lehet már érdekes trendeket kiolvasni. És megkockáztatom, hogy azért sok szégyellnivalónk nincs, hiszen ez az adatsor is van annyira informatív, mint az egyelőre referenciaként használható, tavasszal közölt Twitter-es "nemzetközi" felmérés, illetve a Pew Research nyáron kijött, témában részben idevágó, amerikai anyaga.  (Az elemzett adatsor egyébként július 29-én lett lezárva és a csv fájl a nyers adatokkal innen letölthető.)

Régebben írtam már a pókselyemről, ami túlzás nélkül állíthatjuk, hogy egy csodálatos anyag ötször erősebb az acélnál, mivel fehérjéből áll, könnyedén lebontható bármilyen biológiai rendszerben. A pókselyem ipari felhasználására már most elképesztő ötletek keringenek, egyetlen aprócska nehézség akadályozza a pókselyem-forradalmat: A pókokat nagyon nehéz tömegben tartani. Egyrészt ragadozók, tehát leginkább rovarokkal kellene őket etetni, ami eleve nagyban drágítja a póktartást másrészt nem igazán társas lények, ha összeeresztik őket, a legtöbb faj egyedei örömmel zabálják föl egymást is, így a külön-külön tartásuk gyakorlatilag gazdaságtalanná teszi a pókselyem bármilyen nagyüzemi előállítását. Eddig a pókselyem ipari felhasználása olyan elképesztően különleges területeket jelentett, mint például távcsövekben a szálkereszt elkészítése. Hogyan lehetne mégis fölhasználni ezt a rendkívül előnyös tulajdonságú anyagot?

Általában a szennyezett talajok megtisztítása eléggé költséges elfoglaltság, nyilván minden megoldás, ami csökkenti ezen megoldások árát, nagy segítség lenne a környezetvédelemnek. Az USÁban található több mint száz lőtér megtisztítása becslések szerint 16-160 milliárd dollárba kerülne. A mai cikk egy egészen különleges szennyezéssel foglalkozik, a lőtereken felhalmozódó robbanóanyagokéval. Eddig nekem fogalmam sem volt erről, de a cikk alapján a robbanóanyagok maradékai kifejezetten nehezen lebomló szennyező anyagként viselkednek a lőtereken, lőszergyárak környékén, illetve a lejárt szavatosságú lőszereket megsemmisítő üzemekben, a hexogén (RDX) és a TNT is károsítja a környezetet és ugye a dolog természetéből fakadóan, egy lőtéren minden esetleges kárelhárítást gátol a terület katonai felhasználása. Ez szép, de mi köze ennek a rekombináns DNS technológiához?

A mai cikkünk szerzői elég kézenfekvő megoldást találtak erre a problémára: fogtak két közönséges füvet egy Panicum virgatum és egy Agrostis stolonifera nevűt és három transzgént juttattak a genomjukba. Ugyanis a növények általában maguktól fölveszik a hexogént, de nagyon lassan bontják le, míg a TNT fölvételét eleve gátolja, hogy a növények számára erősen mérgező. Viszont ismert egy Rhodococcus rhodochrous nevű baktériumtörzs, amelyik a hexogént nitrogénforrásként is felhasználja (=eszi), ehhez két gén szükséges az xplA és xplB nevűek, illetve a róluk átíródó fehérjék. Egy Enterobacter cloacae nevű baktériumban pedig azonosítottak egy nfsl nevű gént, aminek a terméke a TNT bomlását katalizálja. Ezt a három gént tették be egy kazettába, amit be is juttattak a fentebb említett két fű genomjába.

A haszonnövények hozamának a növelése egyértelműen kiemelten fontos feladat lenne. Ennek egyik legegyszerűbb módja lehetne a fotoszintézis hatékonyságának az emelése. Ezen a területen még beláthatatlan mértékben fejlődhetünk, a növények a beérkező fotonok 1-2% -t hasznosítják jelenleg. A címből már könnyedén kitalálhattátok, hogy ma egy olyan GM-találmányt fogok bemutatni, ami a fotoszintézis hatékonyságát emelik. A meglepetés annyi, hogy nem egyet, hanem kettőt.

A metán a globális fölmelegedés szempontjából lényeges gáz, a jelenlegi felmelegedés 20% -áért a légkörbe juttatott metán felelős. Jelentős metánkibocsájtó a mezőgazdaság, ezen belül is az árasztásos rizstermesztés, az összes metánkibocsájtás 7-17% -a származik rizsföldekről. Kézenfekvő megoldás lenne a rizsföldek metánkibocsájtásának a visszaszorítása, de eddig ezen a vonalon nem sok eredményt mutatott fel a hagyományos nemesítés.

Viszont a mai cikkünk szerzői teljesen más úton indultak el. A rizs metánkibocsájtásáért nagyrészt a gyökerein élő mikróbák felelősek, a szerzők arra gondoltak, hogyha a növény energiáit átirányítnák a keményítőkészítésre, a gyökerei között élő mikróbáknak is kevesebb tápanyag marad, így kevesebb metánt termelnek majd. Már előttük leírtak egy transzkripciós faktort árpából, a SUSIBA2 -t, amelynek magas szintje az árpában a magas keményítőtartalommal párosul. No, a szerzők ezt a fehérjét kódoló gént juttatták be a rizs genomba ezzel túltermeltették a fehérjét rizsben, ezt a GM-rizst nevezték el SUSIBA2-77 -nek. Nem gatyáztak vele, el is ültették Kínában egy kísérleti telepen, egymástól ötszáz kilométernyire és megmérték a metánkibocsájtásukat. Az eredmény látható az első A ábrán, a rizs virágzása előtt csak 90% -kal csökkent a SUSIBA2-77 metántermelése a kontroll rizshez (Nipponbare) képest, a virágzás után 99,7% kal. Az első B ábrán egy autofluoreszcens kép látható, elméletileg a „Nipp” képen látható fényes pontok a kontroll rizs gyökerén élő metántermelő baktériumokat jelzik, amelyek ibolyántúli fényben világítanak, láthatóan a másik képen ezek mennyisége csökkent, ebből arra következtettek, hogy a gyökéren élő metántermelő baktériumok mennyisége csökkent a beavatkozástól. A C ábrán ugyanez a csökkenés látható, itt a talajban grammonként található, az egyes baktériumcsoportokra jellemző gének kópiaszámát tüntették föl (Mst=Methanosaetaceae; MET=metanogének; Msc=Methanosarcinaceae; MBT=Methanobacteriales; MMB=Methanomicrobiales; ARC=archea;), láthatóan csökken ezeknek a mikróbáknak a mennyisége a talajban.

Ez egy elég jó bemutatója annak, hogy mire jó a rekombináns DNS technológia: Villámgyorsan és hatékonyan nemesíthetőek vele olyan jellegek, amik más módszerekkel nehezen megközelíthetőek lennének, ha ismert valamilyen, a folyamatot szabályozó gén.

Su, J., Hu, C., Yan, X., Jin, Y., Chen, Z., Guan, Q., ... & Schnürer, A. (2015). Expression of barley SUSIBA2 transcription factor yields high-starch low-methane rice. Nature

Általában nem foglalkozok hírekkel, de azt hiszem pár napja megtörtént a legeslegfurcsább eset a GMO ellenes mozgalom eddigi történetében: November 27. -én Dijon mellett GMO ellenes aktivisták letaroltak két repcetáblát, mert GM-repcét vetettek. A bibi ezzel annyi, hogy Franciaországban is teljes a GMO tilalom, egyáltalán nem szabad arrafelé GMOkat vetni. Nem is vetettek. Minden jel szerint az a bizonyos repce a már általam is piszkált Clearfield növények egyike lehetett, ami bizony nem számít GMOnak, mivel hogy hagyományos nemesítéssel készült, mutagenezissel, vagyis véletlenszerű mutációkat hoztak létre a genomjában.

A GLP híre szerint ez nem akadályozta meg a derék aktivistákat, ők maguk ki is jelentették, hogy: „A mutagenezissel készült GMOk pont olyan veszélyesek, mint a transzgenikus GMOk, a növény gyomirtószivaccsá válik” Ezzel azért akad néhány nagyon súlyos probléma, például hogy ez alapján minden élőlény GMOnak számít, egy újszülött embergyerek is több tucat olyan mutációt tartalmaz, amelyiket nem a szüleitől örökölt, hanem benne jelent meg újonnan. Mégsem válik ettől „gyomirtószivaccsá” vagy veszélyessé. Szóval ahogy elnézem a derék aktivistáknak sem egészen tiszta már a „GMO” kifejezés jelentése, általános szitokszóként használják.

De részletesebben is elmagyarázzák az álláspontjukat: „mutagenezissel készített GMOkat is vetnek, amelyeket az ED 2001-18 -as irányelve alapján GMO -nak számítanának, de kivették a hatálya alól” Na most ez szép, de ha megkeressük ezt a bizonyos irányelvet, ott ennyi áll: „"GMO" olyan szervezet, az ember kivételével, amelyben a genetikai anyagot olyan módon változtatták meg, amely nem fordulna elő a természetben párosodás, illetve természetes rekombináció útján.” Szóval ez tök jó, csak ez alapján minden jelenleg élő jószág GMOnak számít. Ahhoz, hogy ez az irányelv bármilyen módon alkalmazható legyen, ne jelentse az összes élőlény azonnali kiirtásának a kötelezettségét, mégiscsak kivételeket kellett bele tenni. Például az embereket, ugyanis ettől minden újszülött GMOnak minősül, hiszen olyan mutációkat hordoz a genomjában, amelyek nem párosodás illetve rekombináció útján kerültek oda, hanem kőkemény mutációk termékei. Ennyi erővel az összes repcét, búzát, kukoricát, krumplit, embert, marhát, sertést kiirthatnák ugyanilyen hévvel, mindegyikről elmondható, hogy a 2001-18 -as irányelv hatálya alá került volna, de kivételt tettek vele.

Erről már korábban is lamentáltam, hogy teljesen értelmetlen a GMO és nem-GMO alapon felosztani vagy szabályozni a vetett fajtákat, mivel az, hogy a genomjukba juttatott idegen DNS -t előtte tartották -e fenn egy plazmidon a világon semmit sem mond az adott élőlény tulajdonságairól. Úgy tűnik a GMO ellenes mozgalom sikeresen átvágta a gordiuszi csomót: Nem, nem látták be, hogy a GMO ellenes boszorkányüldözés értelmetlen. Hanem miután sikerült például Franciaországból is kitiltani minden GMOt, most valamilyen ismeretlen okból GMOvá avatnak nem-GM fajtákat, amik valamiért nem tetszenek nekik.

Az érdekes cikkek gyakran párban jönnek. Alig pár hete írtam a Cell-ben megjelent tanulmányról, amelyben a kígyók hátsó végtagjának eltünésében fontos szabályozó szakaszt mutattuk be és máris egy remek folytatást, pontosabban kiegészítést lehet hozzá tenni.

A korábbi posztban emlegetett végtag-specifikus Sonic hedgehog (Shh) gén enhanszer, a ZRS működésképtelenné válása ugyanis nem egyszerre, hanem valószínűleg több lépésben történhetett, erről tanúskodnak a különböző fosszíliák is, de főként az a tény, hogy egyes ősibb kígyófajokban, pl. pitonokban és boákban máig fellelhető egy rendkívül csökevényes, de egyértelműen beazonosítható hátsó végtagcsökevény. 

Márpedig ennek a csökevényszervnek a jelenléte arról tanúskodik, hogy a végtagnak a fejlődése elindul, csak valamiért nem zajlik le teljesen. Vagyis logikus kérdés, hogy mi történik pl. a pitonembriók hátsó végtagbimbójában a végtagfejlődésben fontos Shh, vagy az ez által is szabályozott HoxD13 gének expressziójával? 

Martin Cohn csoportja erre kereste a választ és így derülhetett fény arra, hogy mindkét gén kifejeződik egy bizonyos szinten, bár a Shh expressziója csak tranziens, a HoxD13 pedig ennek megfelelően sokkal kisebb, mint mondjuk anolisz gyíkokban. A tranziens Shh expresszió azonban nem csak más gének expresszióját befolyásolja a jelek szerint, de jó eséllyel a végtagbimbó sejtjeinek túlélését is: egy lysotracker nevű anyag segítségével jól látható, hogy a kígyók végtagbimbójában a sejtek intenzív pusztulásba kezdenek (ami már önmagában is jó magyarázat a sorvadt végtagra). 

A tanulmány további részében a piton ZRS-ben fellelhető három deléciót vették szemügyre (ezek közül az egyik azonos azzal a 17 bp-al, amit a közelmúltbeli Cell cikk is kielemez), amelyek feltehetőleg fokozatosan jöttek létre, és együttesen hozzák létre a legnagyobb expressziós csökkenést, ha valamilyen riportergén mellett vizsgáljuk a hatásukat.

Mivel a modernebb kígyók esetében a ZRS még inkább elsorvad, az is egyértelművé válik, hogy a pitonok hipofunkcionális ZRS-e végül aztán teljesen elveszti funkcióját. De az érdekes kérdés, hogy a hipofunkcionális ZRS időnként "visszaerősödhetett"-e? A kígyók ma feltételezett filogenetikai leszármazása, ahol a vak fonálkígyók csoportja ősibbnek tekinthető, mint olyan jól felismerhető hátsó végtaggal rendelkező fosszíliák, mint a Haasiophis azt sugallja, hogy vagy a ZRS végső degradálódása többször, függetlenül bekövetkezett, vagy a közös ősben ugyan már a mai pitonokéhoz hasonlóan hipofunkcionális volt, de később egyes, mára kihalt csoportokban a ZRS újból működőképessé vált. (Szerintem utóbbinak van kisebb esélye, de a cikk írói mégis ezt favorizálják.) 

A cikk még egy érdekes dologra hívja fel a figyelmet: sokat tudunk a végtagfejlődés során azokról a szabályozó szekvenciákról, amelyek az ujjak fejlődése során szabályozzák a HoxD13 gén működését. Bár végtagok hiányában a pitonok (és más kígyók) esetében ezek látszólag fölöslegesek lettek, mégsem degenerálódtak, hanem teljes egészükben ott pompáznak a kígyógenomokban is. Mi magyarázhatja ezt? A legvalószínűbb magyarázat erre, hogy ezeknek a szekvenciáknak van egy másik nem elhanyagolható szerepe, mégpedig a hím nemiszerv fejlődésében. És erről, még a kígyók sem mondtak le.

Leal F, Cohn MJ (2016) Loss and Re-emergence of Legs in Snakes by Modular Evolution of Sonic hedgehog and HOXD Enhancers. Curr Biol 26(21): 2966-2973.

Kevés dolgot tekintünk természetesebbnek, mint az ősz beköszöntésével bekövetkező levélsárgulást, majd -hullást. De vajon hányan gondoltunk bele, hogy mi is történik ilyenkor, mi az az élettani folyamat, ami szinte naptári pontossággal lezajlik milliárdnyi levélben minden ősszel? Mi kell ahhoz, hogy (Áprily szavaival élve) bükkök smaragd színét erezve fent az első pár vörös folt megjelenjen?

Ha van olyan téma, ami igazán közel áll a szívemhez, a végtagok evolúciója biztos az. Már a blog legeslegelső posztja is ezzel a témával foglalkozott, névszerint miképpen veszt(h)ették el a kígyók a végtagjaikat az evolúció során, de valószínűleg egyik legtöbbet (ön)hivatkozott posztom is kapcsolódó, mégpedig a végtagok fejlődésbiológiájával foglalkozó. Szóval tulajdonképpen törvéynszerűen visszakanyarodunk itt a témához és a mai poszt talán csak azért különleges, mert annak az ominózus első posztnak lesz egy fantasztikusan érdekes folytatása.

A sejtek belseje egy valódi, zsúfolt mikrokozmosz, ahol folyamatosan történik valami: molekuláris motorok cipelnek mindenféle szállítmányokat a sejt különböző részei felé, jelátviteli útvonalak hírvivői keresik partnereiket, amelyeknek átadhatják az információjukat, a sejt struktúráját kialakító vázfehérjék pedig folyamatosan átépülnek. Ez a nyüzsgés pedig folyamatosan új fehérjék előállítását igényeli, s ami legalább ennyire fontos, a fölösleges, régi, vagy csak hibásan feltekeredett fehérjék lebontását is.

A biológiai polémiákban magát kevésbé kiismerő amatőr természetbúvár gondolhatja úgy, a klasszikus és ennek megfelelően napjainkra igencsak elcsépel bon mot felhasználásával, hogy a "faj" is csak olyan dolog, mint a pornográfia és ha nem is tudja pontosan definiálni, ha lát egyet, azt felismeri.

Csakhogy, mint azt már egyszer korábban elkezdtük feszegetni, hiába az egyike a legalapvetőbb fogalmaknak a biológiában, egyáltalán nem olyan egyszerű megfogalmazni, hogy mi is az, hogy "faj". Nincs tökéletes fajfogalom. Még a leggyakrabban használt biológiai fajfogalom (amely kb. a szaporodóképes közösségek alapján igyekszik meghatározni az egyedek azon halmazát, amelyet fajnak nevezhetünk) is sok sebből vérzik, sok kivétel erősíti (?) szabályként.

Ha pedig minden kötél szakad, még mindig gondolhatnánk azt, hogy a prokariótáknál úgy, ahogy bevált genom-különbségeken alapuló fajdefiníció valahogy az eukariótákra is ráhúzható lesz. Most azonban két észak-amerikai poszátafaj esete is bizonyítja, hogy mennyire nem ilyen egyértelmű még ez a dolog sem.

Ha a "csináld magad" biológia (DIYbio) mozgalmának lenne hivatalos apostola, az egyértelműen Freeman Dyson lenne. A Princeton Egyetem nyugalmazott, kissé excentrikus, de zseniális fizikaprofesszorától sosem állt távol a mások által egyszerűen sci-finek minősített ötleteken való komoly filozofálás, legyen az atommeghajtású űrhajó, vagy távoli bolygókon (esetleg üstökösökön) életben maradó, saját üvegházat növesztő növények.

Egyik legnagyobb hatású, máig sokat idézett ilyen írása 2007-ben a The New York Review of Books-ban jelent meg és ebben a DIY-biológia olyan hurráoptimista utópiáját írja le, hogy azt olvasva még a legfásultabb olvasó is lemegy rendet csinálni a pincébe, hogy az esztergapadon a sellakos doboz mellett legyen hely a genomszerkesztő kitnek is. 

Ebben a dysoni világban a gyerekek belenőnek abba, hogy biológiai "legókkal" játszanak, felnőttként pedig a kisállattenyésztőknek és hobbikertészeknek kb. az Arduino programozás bonyolultságával összevethető nehézségekkel kell csak megküzdeniük, ha egy új élőlényt akarnak létrehozni.

A sör története közel egyidős az emberi történelemmel. Ötezer éves sumér agyagtáblák örökítik meg a korai sörözéseket, és még régebbi, a mai Kína illetve Irán területéről előkerülő agyagedények falain is fellelhető a habos rekreációs ital nyoma.

A folyamat során az egész erjedési folyamat lelkét biztosító mikroorganizmus, a Saccharomyces cerevisiae élesztő gomba is különös evolúción ment keresztül, amint arra már egy korábbi, sörfőzésről szóló impakták apropóján írt posztban is pedzegettem. De most a Cell-ben jelent meg egy tanulmány, ami páratlan mélységben tárja fel, hogy miként is jött létre az az élesztő-sokaság, ami ma az emberi fogyasztásra kerülő termékek (különös tekintettel az alkoholokra) jelentős részének előállításában szerepet játszik