Tehnologija zaporedja DNK znanstvenikom pomaga najti odgovore na vprašanja, ki že stoletja mučijo ljudi. S preslikavo živalskih genomov dobimo boljše razumevanje, kako je žirafa dobila dolg vrat in zakaj so kače tako dolge. Sekvenciranje genomov nam omogoča primerjavo in primerjavo DNK različnih živali in ugotovimo, kako so se razvili in postali to, kar so postali.
Toda včasih se srečamo s skrivnostjo. Zdi se, da genomi nekaterih živali ne vključujejo določenih genov, ki se pojavljajo pri drugih podobnih vrstah in morajo biti prisotni, da živali ostanejo žive. Te navidezno manjkajoče gene so poimenovali "temna DNK". Njen obstoj lahko spremeni naše razumevanje evolucije.
Znanstveniki, ki jih je vodil Adam Hargreaves z univerze v Oxfordu, so prvič naleteli na ta pojav med sekvenciranjem genomov peščene podgane (Psammomys obesus), vrste mešička, ki živi v puščavah. Zlasti so želeli preučiti gene gebila, povezane s proizvodnjo insulina, da bi razumeli, zakaj je ta žival še posebej dovzetna za sladkorno bolezen tipa II.
Ko so iskali gen Pdx1, ki nadzoruje izločanje insulina, so ugotovili, da inzulin manjka, skupaj z 87 drugimi geni, ki ga obdajajo. Nekateri od teh manjkajočih genov, vključno s Pdx1, so vitalnega pomena in žival brez njih ne more preživeti. Kje so?
Prvi namig je bil, da so v več tkivih telesa peščene podgane znanstveniki našli kemične izdelke, ki bi se lahko pojavili po "navodilih" manjkajočih genov. To bi bilo mogoče le, če bi bili geni prisotni nekje v genomu. In to bi pomenilo, da ne manjkajo, ampak so preprosto izginili.
Zaporedja DNK teh genov so zelo bogata z gvaninom in citozinom, dvema od štirih "baznih" molekul, ki sestavljajo DNK. Vemo, da sekvence bogate s citozinom in gvaninom predstavljajo težave pri nekaterih metodah sekvenciranja DNK. In bolj verjetno je, da so geni, ki smo jih iskali, obstajali, vendar jih je težko najti. Zaradi tega smo to skrito zaporedje poimenovali "temna DNK" kot sklicevanje na temno snov, ki predstavlja 25% vesolja, vendar je ne najdemo.
Preučevali smo genom peščene podgane, ugotovili smo, da je bilo v enem njegovem delu še posebej veliko več mutacij kot v genih drugih glodalcev. Vsi geni v tem žarišču mutacij so bili z DNK, bogatimi s citozinom in gvaninom, in mutirali do te mere, da jih je bilo težko zaznati s standardnimi metodami. Čezmerna mutacija gena pogosto ustavi delovanje, vendar nekako ostajajo geni peščene podgane kljub radikalni spremembi zaporedja DNK svoje vloge. To je za gene zelo težko opravilo. Kot da bi peli "Katyusha" z uporabo samo samoglasnikov.
Tovrstno temno DNK so že odkrili pri pticah. Znanstveniki so ugotovili, da v trenutno sekvenciranih ptičjih genomih 274 genov "ni". Med njimi je gen za leptin (hormon, ki uravnava energijsko ravnovesje), ki ga znanstveniki že vrsto let ne bi mogli najti. Ponovno imajo ti geni izjemno visoko vsebnost citozina in gvanina, njihovi produkti pa se nahajajo v tkivih ptic, tudi če sami geni niso v genskih zaporedjih.
Promocijski video:
Žar svetlobe v temni DNK
V večini učbenikov obstaja definicija, iz katere sledi, da evolucija poteka v dveh stopnjah: mutaciji sledi naravna selekcija. Mutacija DNK je običajen in trajen proces, ki se zgodi povsem po naključju. Naravna selekcija določa, katere mutacije bi morale iti in katere ne, običajno odvisno od rezultata, ki so ga pokazali v procesu razmnoževanja. Skratka, mutacija ustvari variacijo DNK v organizmu in naravna selekcija se odloči, ali jo bomo zadržali ali izpustili, in tako se zgodi evolucija.
Toda žepi visokih mutacij v genomu pomenijo, da imajo geni na določenih lokacijah večje možnosti za mutiranje kot drugi. To pomeni, da so takšne žarišča morda podcenjeni mehanizem, ki lahko tudi določi potek evolucije. To pomeni, da naravna selekcija morda ni edina gonilna sila. Do zdaj se zdi, da je bil temen DNK prisoten pri dveh različnih in običajnih vrstah živali. A še vedno ni jasno, kako razširjena je. Ali lahko genomi vseh živali vsebujejo temno DNK, in če ne, je tisto, da so jurčki in ptice tako edinstveni? Najbolj zasvoji sestavljanka bo ugotoviti, kakšen vpliv je imel temni DNK na razvoj živali. V primeru peščene podgane je lahko fokusiranje mutacije privedlo do prilagoditve živali na puščavske razmere. Toda po drugi strani je mutacija mordazgodilo tako hitro, da naravna selekcija ni mogla delovati dovolj hitro, da bi odstranila karkoli škodljivega v DNK. V tem primeru bi škodljive mutacije lahko ovirale preživetje peščene podgane zunaj trenutnega puščavskega okolja. Odkritje tako nenavadnega pojava zagotovo sproža vprašanja, kako se genom razvija in kaj lahko pogrešamo v obstoječih projektih sekvenciranja genomov. Mogoče bi se morali obrniti in pobližje pogledati.in kaj smo morda zamudili pri obstoječih projektih sekvenciranja genomov. Mogoče bi se morali obrniti in pobližje pogledati.in kaj smo morda zamudili pri obstoječih projektih sekvenciranja genomov. Mogoče bi se morali obrniti in pobližje pogledati.
Ilya Khel
