Mire használjuk a horizontális géntranszfert?

Kelly Robinson és Julie Dunning Hotopp, a University of Maryland molekuláris genetikusai saját eredményeik kontextusba helyezésével a The Scientistben ismertetik a géncsereberével kapcsolatos aktuális tudásunkat.

Mint írják, a horizontális vagy laterális géntranszfernek nevezett jelenség (LGT) rendszeres esemény a baktériumok között, és az elmúlt évtizedben az is bebizonyosodott, hogy a mikrobák multicelluláris élőlényeknek is tudnak DNS-t adni. Az egyik leginkább tanulmányozott mikroba–állat LGT az intracelluláris endoszimbionta Wolbachia és a Drosophila között történik.

A kutatók már az előtt is tudták, hogy a baktériumok képesek örökítő anyagot szállítani sejtek között, mielőtt kiderült, hogy a genetikai kód DNS. 25 évvel a DNS struktúrájának megfejtése előtt, 1928-ban a brit bakteriológus, Frederick Griffithdemonstrálta, hogy élő, nem virulens baktérium virulens baktériummá alakul, ha hővel elölt virulens mikrobával inkubálják.

Mára a teljesgenom szekvenálások révén kiderült: majdnem valamennyi bakteriális genomban találhatók LGT-nyomok, és a jelenség alapvető hatással bír a mikrobák biológiájára, az antibiotikum-rezisztencia kialakulásától kezdve az új lebontó molekuláris útvonalak generálásáig. Sőt, az is világos, hogy baktériumok DNS-t juttatnak növényekbe, gombákba és állatokba is, továbbá a fordított útvonal is járható: emberi DNS-elemek (human long interspersed elements, LINEs) megtalálhatók baktériumokban, valamint genetikai anyagot tudnak csereberélni egymással a gombák és rovarok, vagy az algák és csigák is.

A genetikusok leszögezik: úgy tűnik, az élőlények bármelyik két nagyobb csoportja – köztük az ember is – képes egymással megosztani genetikai anyagát, azonban egyelőre még nem tudjuk, milyen gyakori a minket különösképp érdeklő baktérium–állat, baktérium–ember LGT, és jelenleg e transzfer mechanizmusa sem tisztázott.

A baktériumok genetikailag promiszkuus lények, és bár nem szaporodnak szexuálisan, a genetikailag leginkább diverz fajok között vannak, mivel folyamatosan élnek az LGT eszközével. Ez a genetikai sokféleség az alapja annak, hogy adaptálódtak a Föld valamennyi ökológiai niche-éhez.

A baktériumok és a növények közötti cserebere mechanizmusáról egyébként már van fogalmunk, a bakteriális IV-es típusú szekréciós rendszer pl. egy injekciós fecskendő szerű fehérje, és az ember már fel is tudja használni saját céljaira, genetikailag módosított növények előállítására.

Ismerünk már olyan rovarfajt is, ami bakteriális eredetű gént használ a táplálkozása során: a kávécserjefúró bogár – ami az ember számára az egyik legveszedelmesebb kávédézsmáló – bakteriális mannanáz révén képes megemészteni a kávészemeket. Hasonlóan érdekes a levéltetű is, ami gombáktól beszerzett gének révén állítja elő saját karotinoidjait, amik rejtőzködést biztosító színét adják.

Az ember genomjában is találhatók ősi LGT-események – legtöbbjük a főemlős-vonal kialakulása előtt történt –, ilyen pl. a gomba eredetű hialuronan szintáz (ennek a génnek a zsírtömeghez és az elhízáshoz van köze) vagy az ABO vércsoportért felelős gén.

Ahhoz, hogy ezek a gének sok ember genomjában megjelenjenek, az LGT-nek természetesen a csírasejtekben kellett történnie, azaz örökölhetőnek kell lennie, és valamilyen előnnyel kell járnia a gazdaszervezet számára. A másik lehetőséget – az LGT a testi sejtekben történik – nagyon nehéz lenne detektálni, mivel igen sok sejt szekvenálását igényelné. Amit emberekben eddig vizsgáltak, az a sejtek tumoros átalakulását eredményező LGT; ilyen pl. a humán papillomavírus, ami a cervikális rákok 80-100%-át okozza: a vírus a méhnyaksejtek kromoszómáiba integrálódik, azonban ha ez az integráció nem megy végbe teljes mértékben, bizonyos HPV-fehérjék elszabadulnak, és az apoptózis diszrupcióját, a sejtproliferáció növekedését, végeredményben rákkialakulást eredményeznek. Egy másik tumoros betegség, amit vírus genetikai anyagának sejtbe integrálódása vált ki, a hepatitisz B vírus által kialakított hepatocelluláris rák. A HBV-nek két génje épül be a májsejtekbe, és azok gyakoribb osztódását és megnövekedett túlélésüket eredményezi.

Robinson és Dunning Hotopp a humán genom projektek és az 1000 Genom Projekt publikus humán szekvencia-adatait, valamint a Cancer Genome Atlas 9 különböző tumortípusának szekvencia-adatait felhasználva próbáltak meg olyan DNS-területeket azonosítani, amelyek akár integráció révén kerülhettek a genomba. Találtak Acinetobacter fajokból szekvenciákat akut myeloid leukémiasejtekben, és Pseudomonas fajokból gyomor adenokarcinoma sejtekben, de ezek mind bakteriális rRNS-fragmentumok integrációja révén keletkeztek. Más kutatók Helicobacter pylori baktérium és Epstein-Barr vírus genetikai anyagát találták meg gyomorrák sejtekben.

Mindazonáltal, jegyzik meg a genetikusok, számos tényező nehezíti a bakteriális DNS humán genomba épülésének kimutatását, illetve szerepének feltárását. Az első az, hogy még napjainkban is drága a szekvenálás és a szekvenálás révén nyert adatok értelmezését, az LGT-k azonosítását végző komputációs eszköz kifejlesztése, továbbá jelentős akadályt jelent az is, hogy igen nehéz elkerülni a kontaminációt. Azonban most, hogy már számos tumor esetén azonosították a bakteriális DNS szerepét, elképzelhető, hogy egyre több kutató fog LGT-re utaló jeleket keresni egyéb típusú betegségekben, így pl. autoimmun kórképekben.