Genetika

DNS animáció.

Először sikerült fagyasztva szárított szomatikus sejtekből (tehát nem ivarsejtekből) egereket klónozni. A Nature-ben megjelent friss tanulmány szerint Sayaka Wakayama vezetésével a japán Jamanasi Egyetem kutatói egy új, a korábbiaknál hatékonyabb és kevésbé veszélyes klónozási eljárást fejlesztettek ki. Az ivarsejtek levétele ugyanis több szempontból kockázatos a még élő állatok esetén, ezzel szemben a szomatikus sejtek könnyebben hozzáférhetők.

A fagyasztva szárítás (vagy liofilizálás) folyamata ugyan sejthalálhoz vezetett a kutatások során, a kutatóknak mégis sikerült visszanyerniük a levett szomatikus sejtek sejtmagját. Ezzel az örökítőanyag felhasználhatóvá vált. A szükséges genetikai információk birtokában létre tudtak hozni olyan embriókat, amelyek az eredeti sejtek klónjai voltak. Ezeket az embriókat nőstény egerekbe ültették be, amelyek később megszülték a kis klónozott egérbébiket. Az IFL Science cikke ugyanakkor beszámol arról is, hogy a fagyasztva szárított sejtek klónozása csak első ránézésre tűnik csodafegyvernek a klónozási technológiák fejlesztésében. Az eljárás magában hordozza a DNS-állomány károsodásának lehetőségét, ami nemcsak a klónozás eredményességét befolyásolja, hanem genetikai rendellenességeket is okozhat a klónozott embriókban a fejlődés során.

https://qubit.hu/2022/07/06/eloszor-sikerult-egereket-klonozni-fagyasztva-szaritott-szomatikus-sejtekbol

Az első fehérjék különleges RNS-molekulákon jöhettek létre közel 4 milliárd éve – derül ki egy új kutatásból, ami fontos előrelépést jelent az élet kialakulásának megértéséhez. A szakemberek többsége szerint az élet hajnalán az RNS egyszerre volt képes örökítőanyagként viselkedni és kémiai reakciókat lebonyolítani. Csak ezután alakult ki a földi élet alapjául szolgáló molekuláris feladatmegosztás, amelyben a nukleinsavak, mint a DNS (dezoxiribonukleinsav) és az RNS (ribonukleinsav) alapvetően információt tárolnak, míg az általuk kódolt fehérjék elsősorban reakciókat katalizálnak.

Ma minden ismert sejtes létformánál két alapvető folyamat kell a fehérjék létrejöttéhez, és ezek eredete legalább az összes földi élőlény utolsó közös őséig (Last Universal Common Ancestor, LUCA) nyúlik vissza. Elsőként a DNS által kódolt genetikai információ RNS-sé való átírása történik meg – ez az úgynevezett transzkripció. Ezután megy végbe a létrejött hírvivő RNS (mRNS) nagy, RNS-ekből és fehérjékből álló molekuláris gépezetek, riboszómák segítségével történő lefordítása a fehérjéket felépítő aminosavláncokká – ezt nevezik transzlációnak. A múlt héten a Nature-ben Felix Müller, a müncheni Ludwig-Maximilians Egyetem kémikusa és kollégái által közölt eredmények ezt az RNS-világból a jelenlegi élet felé vezető kritikus átmenetet világítják meg. Mindezt olyan kísérletek segítségével teszik, amelyekben RNS-molekulákon egyszerű fehérjéket állítottak elő. Ezekhez a szokásostól kissé eltérő építőkövekből létrejövő RNS-eket használtak, amelyek most is számos életfolyamat részei, és a földi élet keletkezésénél is jelen lehettek.

Bár a DNS és az RNS általában négy szokványos alegységből vagy nukleotidból épül fel, melyek adenin, guanin, citozin, illetve a DNS-nél timin, az RNS-nél pedig uracil bázisokat tartalmaznak. De vannak ezeknek kémiailag kissé módosult, sejtjeinkben gyakran előforduló verziói, amelyek a fehérjeszintézishez kulcsfontosságú transzfer RNS-ben (tRNS) és riboszómális RNS-ben vannak jelen, és a kutatók szerint az RNS-világ molekuláris maradványai lehetnek. A Müller és kollégái által ilyen speciális alegységeket tartalmazó RNS-ekkel több lépésben végrehajtott kísérletek során komplex, fehérjékkel díszített „kiméra RNS- molekulák” jöttek létre. A kísérleteket olyan, változóan nedvesebb és szárazabb körülmények között végezték, amelyek jellemzőek lehettek az ősi Földön, illetve a Marson is. Amikor úgynevezett 2'-OMe nukleotidokkal stabilizálták az RNS-molekulákat, elég hatékonyan sikerült 9 aminosavból álló peptideket előállítaniuk, bizonyítva, hogy a peptidek képesek RNS-eken aminosavak egymásra épülésével növekedni. Emellett azt találták, hogy kísérleti rendszerük preferáltan bizonyos típusú peptideket hoz létre, illetve egy RNS-en egyszerre több peptid is keletkezhet.

Müller és munkatársai szerint a kezdetleges fehérjeszintézis hatékonysága kémiai evolúcióval javítható, és mivel a létrejött molekulák viszonylag stabilak, a folyamat idővel komplexebb RNS-peptid-struktúráknak ágyazhat meg. Ez szerintük egy szimplán RNS-világ helyett inkább egy ősi RNS-fehérje-világ létére utalhat, amelyből lépésről lépésre kialakulhatott a mai, riboszómákra támaszkodó fehérjeszintézis. Úgy vélik, ez felveti annak lehetőségét, hogy a kémiai kötésekkel összekapcsolt RNS-ek és peptidek az élet kezdetén közös evolúción estek át, és a következő több milliárd évre megalapozták a nukleinsavakon és fehérjéken alapuló földi életet.

https://qubit.hu/2022/05/20/egy-lepessel-kozelebb-jutottunk-az-elet-eredetenek-megertesehez

Kevesebb hiba keletkezhet az élőlények DNS-ének funkcionális szempontból lényeges részein, mint más területeken – derül ki egy, a lúdfű genomjában kialakuló mutációkat vizsgáló friss kutatásból. Amennyiben a Nature-ben ma délután közölt eredmények helytállóak, és széleskörű érvényességük igazolást nyer, egy fontos biológiai elv íródhat át. Mint a kutatást a Qubitnek kommentáló Varga Máté, az ELTE TTK Genetikai Tanszékének fejlődésgenetikával foglalkozó egyetemi docense elmondta, „egy klasszikus, mondhatni ortodox alapfeltételezése a genetikának, hogy a véletlenszerű mutációk tényleg véletlenszerűek, vagyis a genomban bárhol előfordulhatnak, maximum ha károsak, később kiszelektálódnak.”

A most közölt kutatás nem cáfolja meg az 1943-ban baktériumokon végzett, később Nobel-díjat érő Luria–Delbrück-kísérletet, amely igazolta, hogy az élőlényekben a genetikai hibák maguktól létrejönnek, anélkül, hogy azokat a természetes szelekció előidézte volna. Az örökítőanyagban bekövetkező mutációk a genetikai változatosság forrásai, amelyekre a természetes szelekció, illetve olyan neutrális folyamatok, mint a genetikai sodródás, vagy a génáramlás építenek, és amelyek egy populáció öröklött tulajdonságainak generációkon át történő megváltozásához, vagyis evolúcióhoz vezetnek. Detlef Weigel, a tübingeni Max Planck Fejlődésbiológiai Intézet genetikusa és kollégái a biológiában elterjedt modellélőlény, a lúdfű (Arabidopsis thaliana) genomjában létrejövő új mutációk gyakoriságát és azok genomon belüli helyét elemezték ki. A mutációk jelenthetik egyetlen nukleotid megváltozását a DNS-en belül, melyeket egypontos-nukleotid polimorfizmusoknak (SNP) nevezünk, illetve egy vagy több nukleotid beépülését (inszerció) a genomba, vagy az onnan történő kiválásukat (deléció).

A kutatók nem várt módon arra jutottak, hogy a mutációk gyakorisága 58 százalékkal volt kisebb a génekben, mint a gének közötti régióban, míg a lúdfű létfontosságú génjeinek esetében a mutációk gyakorisága 37 százalékkal volt alacsonyabb. Ezzel szemben az olyan géneknél, amelyek funkciója külső, környezeti tényezők változására (pl. oxigénszint) adott reakcióval függött össze, nagyobb mutációs rátát figyeltek meg. Kiderült az is, hogy azok a gének, melyek erősebb (a káros génváltozatokat kiszelektáló) tisztító szelekciónak vannak kitéve, kisebb mutációs rátával rendelkeznek.

https://qubit.hu/2022/01/12/biologiai-alapelvet-irhat-at-egy-friss-kutatas-megsem-veletlenszeruek-a-dns-mutacioi

Az általunk ismert életformák sejtjei örökítőanyagot tartalmaznak, amelyről az osztódás során másolat készül. Ez egy bevált és jól működő folyamat, de azért mindig becsúszhatnak hibák. Az ilyen hibák kezelésének egyik mechanizmusa a DNS-törés által indukált replikáció (BIR vagy break-induced replication), ami összehegeszti az örökítőanyagot. Ez azonban rizikós folyamat, mert az összeillesztés során hibák kerülhetnek a DNS-be, amik például hosszú távon rák kialakulásához vezető mutációnak bizonyulhatnak. A tudomány eddig csak a folyamat kezdetét és végét ismerte pontosan. Ismert volt például, hogy a javítóapparátus egyfajta buborékot hoz létre a DNS sérülése körül, majd szétbontja az érintetlen szakaszokat, és új DNS-re másolja őket. Az Iowa Egyetem végzős diákja, Liping Liu által kifejlesztett Droplet Digital PCR nevű eljárással most végig tudták követni a folyamatot.

Mindez persze nem lett volna elég: a kutatócsoport az egyes állomásokon akadályokat képezett a folyamat előtt – például folyamatban lévő fehérjeátírást vagy telomér szekvenciát –, és megnézték, mi történik. Kiderült például, hogy ha a folyamat már a kezdetnél egy folyamatban lévő transkripcióba fut (amikor a DNS-ben tárolt információ kiírása történik fehérjeelőállítás céljából), az egész javítás leáll. Az is feltűnt, hogy a későbbiekben a transkripció iránya és térbeli elhelyezkedése befolyásolhatja a javítás minőségét, ami fontos lehet a rák kialakulásában. A probléma tehát ott keletkezik, amikor osztódás során folyamatban lévő átírásba ütközik a másolás. "Ez egy kétélű fegyver. A javítás képessége alapvetően jó, és bizonyos DNS-törések nem javíthatók másképp. A cél tehát jó, de a végeredmény rossz lehet" – magyarázza Anna Malkova, az Iowa Egyetem biológiaprofesszora. Malkova január közepén a Nature-ben publikált tanulmányában írta le a BIR működésének teljes folyamatát. A kutatásunk megmutatta, hogy a BIR ilyenkor siet segíteni, de az érkezése nagy árat követel. "Ahol a BIR találkozik a transkripcióval, instabilitás kerülhet a rendszerbe, ami mutációkhoz vezet. Végeredményben: amiről azt gondoltuk, hogy a transkripció és a replikáció ütközése okozhatja a rákot, valójában a BIR közbelépése miatt történik. Menti a menthetőt, de kérdéses, hogy mennyit segít valójában" – emelte ki Malkova.

https://index.hu/techtud/egeszseg/2021/01/26/megfejtettek-a-dns-javito-mechanizmust/

Részletes 3D-modellt készítettek három ember arcáról, akik több mint kétezer évvel ezelőtt éltek az ókori Egyiptomban a múmiáikból kivont DNS-ük alapján. A három férfi a kutatók becslése szerint 2797-2023 évvel ezelőtt élt az egyik Nílus-menti közösségben, amit úgy hívtak, Abusir el-Meleq. Az eljárás során genetikai adatok alapján határozzák meg egy ember fizikai jellemzőit. Ez az első eset, hogy ilyen ősi DNS-sel tudták elvégezni az úgynevezett DNS-fenotipizálást – közölte az eljárást végző cég, a virginiai Parabon NanoLabs. A Parabon általában a DNS-fenotipizálás egy gyakori alkalmazásban, az igazságügyi DNS-fenotipizálásban jeleskedik. A múmiák képeit a cég a bűnüldözésben alkalmazott tudományok seregszemléjén, az Emberi Azonosítás 32. Nemzetközi Szimpóziumán mutatta be szeptemberben a floridai Orlandóban.

A múmiák genomját Németországban, a Tübingeni Egyetemen és a Max Planck Intézetben szekvenálták. Az így előállt adatokból kinyerték az úgynevezett egypontos nukleotid polimorfizmusokat (SNP-ket), azaz olyan markereket a genomból, amelyek speciális emberi tulajdonságokkal, például a haj vagy a szem színével, a különféle betegségekre való hajlammal rokoníthatók. Az SNP-ket összehangolták az emberi genommal, hogy kikövetkeztethessék a legvalószínűbb fenotípust minden vizsgált SNP-re, majd az adatbázisukból kikeresték azokat az alanyokat, akikről tudható, hogy az ókori egyiptomiakhoz legközelebb álló genetikai örökséggel bírnak. Mindezen információk alapján három dimenzióban modellezték a múmiafejek szélességét, hosszát és mélységét, valamint az arcberendezésüket. A 700 évvel időszámításunk előtti Egyiptomot egy világ választja el a jelentől, de az emberi DNS olyan számottevően nem változott az elmúlt évezredekben, így a tudósok nagyon is összevethetik az ősi genomokat a mai emberével, hogy meghatározzák, milyen mai populációhoz állnak a legközelebb. A Parabon igazságügyi DNS-fenotipizálási rendszere a cég állítása szerint képes megjósolni a genetikai örökséget, a szem, a haj és a bőr színét, a szeplőket és az arcformát mindenféle etnikai háttérrel rendelkező emberek esetében.

https://qubit.hu/2021/10/01/dns-bol-rekonstrualtak-harom-mumia-arcat

Először tárták fel nagy részletességgel olyan emberek genomját, akik szélsőségesen sokáig (legalább 105 évig) éltek. A nemzetközi, de elsősorban olasz kutatás szerzői arra voltak kíváncsiak, van-e valami genetikai oka a hosszú élettartamnak és a korral összefüggő betegségek elkerülésének. Az eredményeket a nyílt hozzáférésű eLife orvosbiológiai folyóiratban publikálták.

Az elemzés eredményeként öt olyan közös genetikai eltérést azonosítottak, amely gyakoribb volt a 105 és 110 pluszos csoportokban, mégpedig elsősorban a COA1 és a STK17A gének között. A leggyakrabban előforduló genetikai változások a STK17A gén megnövekedett aktivitásával függtek össze egyes szövetekben. Ez a gén három, a sejtek egészsége szempontjából elsődleges területen fejti ki hatását: koordinálja a DNS sérülésére adott sejtes választ; elősegíti, hogy a sérült sejtben bekövetkezzen a sejt programozott halála, valamint kezeli a veszélyes reaktív oxigénfajták sejten belüli mennyiségét. A gyakori genetikai eltérések a COA1 gén csökkent aktivitásával is összefüggést mutattak egyes szövetekben. Ez a gén hozzájárul egyebek mellett a sejtmag és a mitokondrium közötti megfelelő információcseréhez (a mitokondrium az az energiatermelő sejtszervecske, amelynek a normálistól eltérő működése az öregedés egyik jelentős tényezője). További közös jellemző volt a BLVRA gén megnövekedett kifejeződése. Ez a gén a sejtek egészsége fölött őrködik azáltal, hogy a veszélyes reaktív oxigénfajták eltávolításához járul hozzá.

Mint Cristina Giuliani, a Bolognai Egyetem molekuláris antropológiai laboratóriumának vezető adjunktusa, a kutatás vezető szerzője elmondta, korábbi kutatások is arra jutottak, hogy a DNS helyreállítása, kijavítása az egyik mechanizmus, amely több fajnál is elősegíti, hogy az egyed sokáig élhessen. Kiderült, hogy hétből hat vizsgált génben a 105 és 110 év fölöttiek esetében sokkal kisebb volt a mutációs teher. A jelek szerint ezek az emberek valahogy elkerülték a korral összefüggő növekedést a káros mutációk előfordulásában, és ez megvédte őket olyan egészségügyi problémáktól, mint például a szívbetegségek. Massimo Delledonne, a Veronai Egyetem professzora, a tanulmány első szerzője szerint ehhez foghatóan átfogó elemzés még nem készült a rendkívüli hosszúságú élettartam genetikai hátteréről. Eredményeik arra utalnak, hogy a DNS-helyreállító mechanizmusok és az alacsony mutációs teher az a két folyamat, amely megvédte ezeket a szép kort megért embereket a korral összefüggő betegségektől.
https://qubit.hu/2021/05/05/beepitett-genetikai-csodafegyvert-talaltak-a-matuzsalemi-kort-megert-emberekben

Több mint egymillió éves DNS-t sikerült kutatóknak három mamut maradványaiból izolálni, amelyek ezzel messze a legkorábbi valaha meghatározott genetikai információnak számítanak. Ezek az állatok a pleisztocén időszak közepén, közel 800 ezer-1,6 millió évvel ezelőtt éltek, a mai Szibéria északkeleti területén (eddig a legkorábbi, sikeresen kinyert és meghatározott ősi DNS minta 560-780 ezer éves lovak maradványaiból származott).

A fogakból kinyert DNS-minták lényegesen töredezettebbek voltak, mint a korábban vizsgált, elmúlt 100 ezer évből származó mamutokból származók. Ennek ellenére sikerült mindhárom egyed teljes mitokondriális genomját és a sejtmagban található genomiális DNS-ből 49 millió, 884 millió és 3671 millió bázispárt meghatározni a Krestovka, Adycha és Chukochya egyedeknél, ebben a sorrendben. Ezután a kutatók a mitokondriális genom alapján meg szerették volna határozni az állatok genetikai korát. Ehhez a DNS átlagos mutációs rátáját megadó, úgynevezett molekuláris órát használtak, amit részben rádiókarbonos kormeghatározással kalibráltak. Kiderült, hogy Krestovka hozzávetőleg 1,65 millió éve, Adycha 1,34 millió éve, Chukochya pedig 0,87 millió éve élhetett.

Mint Anders Götherström, a munkában résztvevő molekuláris archeológus kifejtette, a kutatásnak természetesen van egy a mamutok evolúciójának megértésén messze túlmutató jelentősége: „Az egyik nagy kérdés, hogy mennyire messze tudunk visszamenni az időben. Még nem értük el a határt. Reális felvetésnek tűnik, hogy kétmillió éves DNS-t képesek leszünk azonosítani, de akár 2,6 millió évvel ezelőttre is visszamehetünk. Azelőtt nem volt permafroszt, amelyben az ősi DNS minták megmaradhattak volna."

A több mint egymillió éves mamutok genomjának meghatározása igazolhatja, hogy egészen a korai pleisztocénig, a negyedidőszaki jégkorszak kezdetéig visszamenőleg lehetséges az ősi DNS-ben rejlő genetikai információ feltérképezése. A molekuláris őslénytan más molekulák és módszerek segítségével ugyanakkor még régebbi korszakok élőlényeinek titkaiba is betekintést nyújthat. A fehérjemaradványok vizsgálata ezt az időtávot legalább 3-4 millió évvel ezelőttig, vagy potenciálisan még tovább kitolhatja, a lipidmaradványok tanulmányozása pedig akár a legkorábbi állatokkal kapcsolatos kérdésekre is választ adhat.
https://qubit.hu/2021/02/17/tobb-mint-egymillio-eves-zapfogakbol-nyert-dns-mintak-tarjak-fel-a-mamutok-evoluciojat

A Texasi Egyetem (Austin) egyik kutatócsoportjának sikerült az Óz, a csodák csodáját regényformában, eszperantó nyelven teljes hosszúságában az eddigieknél sokkal hatékonyabban és pontosabban „lementenie” egy DNS kettős spirálra – írta a Futurism.

A DNS adattárolási képességei messze meghaladják a hagyományos adathordozókét, emiatt régóta kísérleteznek vele az olyan techóriások, mint a Microsoft, amely már 2017-ben bejelentette: az évtized végére tervezi egy DNS-alapú felhő létrehozását.

A DNS-en történő adathordozás megvalósítása azonban egyáltalán nem egyszerű. A biológiai örökítőanyag nagyon könnyen megsérülhet, és a rajta tárolt adatok is elveszhetnek. „Az áttörést egy olyan algoritmus jelenti, amely az információ pontos előhívását teszi lehetővé, még akkor is, ha a DNS-szálak a tárolási folyamat során részlegesen megsérülnek” – mondta az egyetem sajtóközleménye szerint Ilya Finkelstein molekuláris biológus, a kutatócsoport egyik tagja.

Az MIT Technology Review szerint a világon eddig legyártott összes film DNS-en tárolva egy kockacukornál is kisebb helyen elférne.
https://qubit.hu/2020/07/15/dns-be-kodoltak-az-oz-a-csodak-csodajat-amerikai-tudosok