Choroby genowe są nieuniknioną właściwością wszystkich żywych istot. Większość chorób genetycznych jest związana z genami odziedziczonymi po najbardziej prymitywnych organizmach. Miliardy lat ewolucji nie uczyniły ani poszczególnych genów, ani pełnionych przez nie funkcji bardziej odpornymi na mutacje
Każdą ludzką komórkę można porównać do ogromnej fabryki, w której ponad dwadzieścia tysięcy pracujących genów ma jedną wspólną przyczynę. Produkty pracy genów - białka - są wykorzystywane zarówno do budowy samej rośliny (takie białka nazywane są strukturalnymi), jak i jako narzędzia pracy - takie jak różne enzymy biorące udział w niezliczonych reakcjach chemicznych w komórkach. Nawiasem mówiąc, rzemieślników wytwarzających narzędzia jest znacznie więcej niż ceglarzy, betoniarzy, a nawet budowniczych.
W roślinie istnieją odrębne elementy strukturalne, wodzowie białek i brygadziści białek, które uruchamiają różne procesy, liczne systemy, które wspierają życie rośliny i pozwalają jej funkcjonować zgodnie z kodem genetycznym. Jeśli będziemy kontynuować tę analogię, to cały organizm można sobie wyobrazić jako ogromne państwo o zróżnicowanym przemyśle, organach i instytucjach regulacyjnych, a nawet dużej armii urzędników.
Prawdą jest, że żadne państwo na świecie nie może się równać pod względem złożoności jego struktury z jakąkolwiek „prymitywną” rybą z okresu jurajskiego.
W żadnym wypadku nie wszyscy robotnicy rodzą się idealni: podczas rozmnażania w genach nieuchronnie pojawiają się mutacje. Niektórzy robotnicy nie mają ręki, niektórzy mają cierń w prawym oku, niektórzy urodzili się z garbusem. Wszystkie te wady nieuchronnie wpływają na jakość wytwarzanego przez siebie produktu - w przeciwieństwie do ludzi, geny nie mogą dobrowolnie przestawić się na wytwarzanie czegoś, czego ich ograniczone możliwości nie szkodzą.
Choroby dziedziczne i choroby genowe
grupa chorób wynikających z uszkodzenia DNA na poziomie genów. Termin choroby genowe jest używany w odniesieniu do chorób związanych z jednym genem.
Jednak fabryki i całe organizmy często mogą nadal działać, nawet jeśli są zbudowane z, mówiąc warunkowo, trójkątnych cegieł - nie wspominając o utracie niektórych funkcji sygnalizacyjnych w komórce. W takich przypadkach mówią o chorobach wrodzonych. Do tej pory skatalogowano około półtora tysiąca genów, których niektóre mutacje prowadzą do różnych zmian fenotypowych w organizmie, ale nadal pozwalają na narodziny człowieka.
Tomislav Domazet-Losho i Dietard Tautz z Instytutu Biologii Ewolucyjnej im. Maxa Plancka w Niemczech zapytali, które geny w ludzkim DNA są najbardziej podatne na takie zmiany. Gdzie, w których sklepach naszych fabryk ogniw pracują pracownicy, którzy wytwarzają najwięcej odpadów?
Film promocyjny:
A co najciekawsze - jakie etapy ewolucji biologicznej dały nam najwięcej partaczy?
Aby poradzić sobie z tym zagadnieniem, naukowcy zastosowali opracowaną przez siebie metodologię „filostratygrafii”. W ostatnich latach odszyfrowano genomy organizmów zlokalizowanych na różnych gałęziach drzewa ewolucyjnego, a dzięki obecności podobnych genów na różnych gałęziach można było prześledzić, na jakim poziomie pojawił się dany gen. Współczesne dane pozwalają Domazet-Losho i Tautzowi prześledzić 19 takich warstw - od bakterii, przez wielokomórkowe, ssaki i naczelne, aż po ludzi. Wyniki tej analizy zostały przyjęte do publikacji w Molecular Biology and Evolution; naukowcy nie rozróżnili między chorobami spowodowanymi uszkodzeniem jednego genu a przyczynami wielogenowymi.
Na różnych etapach ewolucji powstawały różne geny naszego ciała, a większość z nich była obecna u najodleglejszych przodków „korony stworzenia”. Trudno w to uwierzyć, ale ponad połowa naszych genów była nadal obecna w takiej czy innej formie w organizmach jednokomórkowych, a większość z tej połowy powstała jeszcze przed pojawieniem się jąder komórkowych w komórkach. Ale cały rozwój ssaków dodał tylko około 10% całkowitej liczby genów w naszym organizmie.
Prosta logika podpowiada, że geny odpowiedzialne za najbardziej podstawowe procesy komórkowe zostały odziedziczone po najstarszych organizmach. Dlatego mutacje w nich powinny prowadzić do wad nie dających się pogodzić z życiem i nie mogą one należeć do kategorii „wrodzonych”, co zakłada właśnie te narodziny. Ponadto geny te znajdowały się pod wpływem procesu selekcji przez miliardy lat i mogą w jakiś sposób „ustabilizować się” w postaci, dla której mutacje nie są tak ważne.
Jednocześnie geny oddzielające ludzi od małp - nie Bóg wie, jaka jest różnica w globalnym obrazie ewolucji - nie są tak ważne. Cóż, co powstrzymuje osobę przed urodzeniem się pokrytą skórą lub niezdolną do analizy matematycznej? A czym jest milion lat w porównaniu z miliardami? Dlatego naukowcy wierzyli, że wśród genów nowicjuszy będzie większy odsetek genów, które prowadzą do chorób wrodzonych.
Okazało się, że wszystko jest odwrotnie - choroby genetyczne częściej kojarzone są ze starożytnymi genami
Jak pokazuje analiza prawie dwóch tysięcy genów, które powodują różne wrodzone choroby, nadal chorujemy z powodu genów odziedziczonych po naszych najdalszych przodkach. A te innowacje, które natura po raz pierwszy wprowadziła u ssaków, prawie nigdy nie prowadzą do chorób genetycznych.
Jednocześnie nie mówimy o wartościach absolutnych - są po prostu starsze geny, ale o genach względnych. Jeśli na 8 tysięcy genów najstarszego poziomu filostratygraficznego niewiele mniej niż tysiąc jest związanych z chorobami genetycznymi, to wśród dwóch tysięcy genów, które pojawiły się w ciągu 100 milionów lat rozwoju ssaków łożyskowych, jest mniej niż tuzin genów „chorobotwórczych”. Przede wszystkim udział takich genów wśród tych reliktów, które otrzymaliśmy od organizmów przedkomórkowych i ostatnich prekursorów organizmów wielokomórkowych, które rozkwitły podczas słynnej „eksplozji kambryjskiej”.
Liczba genów na różnych poziomach filostratygrafii, położonych poziomo. Wszystkie geny ludzkiego ciała są pokazane na niebiesko, geny związane z chorobami genetycznymi są pokazane na czerwono i zielono. Oznaczono poziomy odpowiadające poszczególnym pikom. // Domazet-Loo & Tautz / Molecular Biology and Evolution
Autorzy nie wyciągają żadnych przekonujących wniosków z ich nieoczekiwanego wyniku, ograniczając się do uwagi, że choroby dziedziczne wydają się być nieuniknionym składnikiem samego życia. Ponadto, jak zauważają, ich praca sprawia, że biologiczny cel tych genów, które pojawiły się w naszym kraju w ciągu ostatnich milionów lat - na przykład półtora tysiąca charakterystycznych dla naczelnych, staje się jeszcze bardziej niejasny.
Dzieło ma jednak również niezwykłe praktyczne brzmienie. Eksperymenty na myszach są obecnie uważane za „złoty standard” w badaniach chorób genetycznych. Ale jeśli większość z nich można wzorować na nicieniach i muszkach owocowych, po co marnować czas, pieniądze i wysiłek na pracę ze ssakami? Zdaniem autorów, jeśli nie mówimy o funkcji biologicznej, ale o kwestiach czysto teoretycznych, takich jak przyczyny chorób genetycznych, lepiej pracować z tymi organizmami modelowymi, w których te choroby powstały.