Bo Xia, doktorant Wydział Medycyny Uniwersytetu Nowojorskiego, jako dziecko często zastanawiał się, dlaczego ludzie nie mają ogonów. Przecież posiadają go wszystkie ssaki, od myszy po małpy. Wyjątkiem są małpy naczelne i człowiek. Dlaczego?
W ostatnich latach przenalizowano wiele genomów różnych gatunków małp. Xia postanowił więc poszukać wśród dostępnych danych tych genów, które odpowiadają za to, że straciliśmy ogony. Głównym podejrzanym szybko stał się gen TBXT. Występuje u wszystkich ssaków. Wiadomo, że ma związek z powstawaniem ogona, bo mutacja w obrębie tego genu u myszy sprawia, że ich ogony są krótsze.
Bo Xia odkrył, że u małp w genie TBXT znajduje się krótka sekwencja, zwana Alu, która u innych zwierząt się nie występuje. Takie krótkie sekwencje nukleotydów, nazywane transpozonami, często pojawiają się w różnych miejscach genomów. Badacze sądzą, że mogą być to pozostałości wirusów, które miliony lat temu wbudowały się na stałe w nasz kod genetyczny. Stanowią, jak się szacuje, nawet do 10 proc. ludzkiego DNA.
Skaczące geny nagrodzone Noblem. Czym są transpozony?
Transpozony odkryła już w latach 40. amerykańska genetyczka Barbara McClintock (za ich odkrycie otrzymała w 1983 r. nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny). Mają bardzo nietypową naturę, bowiem mogą przemieszczać się na inną pozycję w DNA tej samej komórki. Z tego powodu są także nazywane „wędrującymi genami” lub „skaczącymi genami” (ang. jumping genes).
Gdy transpozon wskoczy w sekwencję aminokwasów, która stanowi gen (czyli koduje białko), może go wyłączyć całkowicie. Gen staje się wtedy nieaktywny, a białko nie powstaje. Transpozon może też zaburzać działanie genu i sprawiać np. że kodowane przezeń białko jest krótsze, co zmienia jego właściwości.
Jednak w przypadku odkrytej w małpich genach sekwencji Alu nic takiego nie miało miejsca: większość małp ma ogony i bardzo dobrze im służą. Wyjątkiem są naczelne. Jakim cudem?
Dopiero dwa transpozony likwidują ogony
Okazało się, że winna jest druga sekwencja Alu, która w genie TBXT pojawiła się u małp naczelnych. Dopiero dwa takie same transpozony prowadzą do zmian. Myszy, których geny zmodyfikowano tak, by miały dwie kopie transpozonu Alu w genie TBXT, rodziły się z ogonami o różnej długości.
Nie wszystkie jednak, bo niektóre wciąż posiadały ogony normalnej długości. To wskazuje, że za ich całkowitą utratę u małp naczelnych i ludzi odpowiadają także inne geny. Analizy trzeba więc będzie kontynuować. Jednak – jak komentuje dr Itai Yanai, nowojorski genetyk, który koordynował badania – odkryty mechanizm był „prawdopodobnie istotnym zdarzeniem”, gdy mały naczelne oddzieliły się od innych małp 25 milionów lat temu.
Jak zaznacza genetyk, utrata ogona musiała przynieść korzyści, nie jest jednak jasne, jakie. Być może ułatwiła naszym małpim przodkom poruszanie się w pozycji pionowej.
Rozszczep kręgosłupa i bezmózgowie
Za utratę ogonów płacimy jednak wysoką cenę. U zmodyfikowanych myszy znacznie wyższa była liczba wad rozwojowych układu nerwowego. Często rodziły się z rozszczepem kręgosłupa lub z bezmózgowiem.
Wady takie (zaliczane do wad cewy nerwowej) są częste u ludzi, występują w ok. 1 na 1000 płodów. Pojawiają się na bardzo wczesnym etapie rozwoju zarodkowego, między trzecim a czwartym tygodniem ciąży. Ich ryzyko zmniejsza przyjmowanie kwasu foliowego przez ciężarne. – Najwyraźniej za utratę ogonów zapłaciliśmy cenę i nadal to odczuwamy – twierdzi Yanai.
Naukowcy mają nadzieję, że dalsze analizy przyniosą więcej odpowiedzi na dwa ważne pytania: jaki jeszcze gen sprawia, że rodzimy się bez ogonów, oraz jaki jest związek genu TBXT z wadami cewy nerwowej. – Te badania nie tylko odpowiadają na pytanie, co czyni nas ludźmi, ale też stanowią nowy przyczynek do tego, jak mogą zachodzić zmiany ewolucyjne – komentuje odkrycie prof. Hopi Hoekstra, biolożka z Harvard University.