Lendületesek – Szöllősi Gergely

Az Eötvös Loránd Tudományegyetemen működő Lendület Evolúciós Genomika Kutatócsoport munkatársai brit és ausztrál kollégáikkal együtt legutóbb tavaly májusban keltettek nemzetközi tudományos szenzációt, amikor egészen formabontó filogenetikai és matematikai eljárások segítségével kimutatták, hogy a baktériumok leszármazási törzsfájának gyökere (vagyis minden ma élő baktérium közös őse) nem ott helyezkedik el a törzsfán, ahol korábban sejtették. A felfedezésről (amelyről mi is beszámoltunk) a Science folyóiratban publikáltak tanulmányt.

Szöllősi Gergely Fotó: ttk.elte.hu

Szomatikus evolúció

A kutatócsoport folytatja munkáját. Az új téma organikus folytatása az előzőnek: a kutatócsoport az evolúciós átmenetek dokumentumaiként igyekszik értelmezni a genomokat. „A korábbi és a jelenlegi Lendület-pályázatunknak is egyik fő témája a szomatikus evolúció. Amikor az evolúcióra hagyományos értelemben gondolunk, akkor populációkat látunk magunk előtt, amelyeket egyedek alkotnak. Az egyedek között genetikai különbségek vannak, hat rájuk a szelekció, és a fittebbek nagyobb valószínűséggel örökítik át
a genomjukat a következő nemzedékbe – mondja Szöllősi Gergely,
a Lendület-kutatócsoport vezetője, az ELTE Biológiai Fizika Tanszék adjunktusa. – De ha többsejtű élőlényekről beszélünk, akkor óhatatlanul felmerül, hogy hasonló evolúciós folyamat az egyeden belül is végbemegy.
A testi (szomatikus) sejtekben is létrejönnek mutációk, ezek befolyásolhatják az osztódási sebességüket, vagyis evolúció indul be köztük. Ennek a sejtek differenciálódásában és a daganatok kialakulásában is alapvető szerepe van.”

E szomatikus evolúció nagyon különbözik
a populációk és egyedek között zajló klasszikus evolúciótól.

Nagy különbség, hogy míg az egyedek nagyon hasonlók egymáshoz (kis genetikai különbségek vannak közöttük), addig a testi sejtek nagyon különböznek egymástól. A legtöbb testi sejtünknek az a sorsa, hogy ne jöjjön létre utóda. Amelyek mégis tudnak szaporodni, a szövetspecifikus őssejtek, azok olyan sejteket hoznak létre, amelyek egyre inkább elveszítik szaporodóképességüket, és ezzel párhuzamosan egyre differenciáltabbá (szakosodottá) válnak.

A kutatócsoport azt vizsgálta korábban, hogyan változtatja meg az evolúció szabályait az, hogy az egyre differenciáltabbá váló sejtek hierarchikusan épülnek egymásra. Felfedezték, hogy a szövetek egészen hatékonyan képesek szabályozni azt, hogy a hierarchia különböző szintjein lévő sejtek mennyit osztódhatnak (ez elsőrendű jelentőségű, hiszen a fékevesztett osztódás daganat kialakulásához vezethet). Azt is megmutatták, hogy ha filogenetikai fákban (konkrétan sejtleszármazási fákban) gondolkodnak, és ezt
a megközelítést használják modellként, az remek eszköz a szövetek felépülésének és a szomatikus evolúció mechanizmusainak megértéséhez.

Egy új gondolat

Az eddigi kutatások másik nagy témája az evolúciós régmúltban lezajlott változások vizsgálata és a ma élő élőlénycsoportok közötti filogenetikai kapcsolatok kutatása volt. E kérdést is leszármazási fák segítségével kutatják, csak itt egyes gének vagy akár teljes genomok, fajok alkotják a fa „leveleit”.
A fa rekonstrukciójában hatalmas problémát okoz, hogy az egyes gének szekvenciája alapján megalkotott fa nem fog tökéletesen egyezni a teljes fajok leszármazási történetével, ezért általában konzervatív (lassan változó) és pótolhatatlan, minden sejtes élőlényben megtalálható géneket igyekeznek használni. De még így is rendkívül összetett matematikai eljárásokat kell alkalmazni, hogy az ezernyi felmerülő hibaforrást kiküszöböljék.

„Ezek a nagyon fontos gének is képesek eltérő utakon fejlődni az evolúció során, hiszen a belőlük kiolvasható leszármazási kapcsolatokat bonyolíthatja
a gének duplikációja, a gének elvesztése, illetve – amivel mi a legtöbbet foglalkoztunk – a horizontális géntranszfer (vagyis a nagy filogenetikai távolságban lévő fajok közötti génáramlás) – folytatja Szöllősi Gergely. –
A hagyományos hozzáállás e mechanizmusok hatását igyekszik a lehető legjobban kiszűrni.

A mi merőben új gondolatunk viszont az volt, hogy e történéseket nem szabad törölni az adatok közül, hiszen ezzel nemcsak elveszítjük a vizsgálható gének 90 százalékát, de a horizontális géntranszfer önmagában is értékes információforrásként használható.

Főként az időbeliségről árulkodik, hiszen ha két faj között géncsere történt, akkor ezek egy időben éltek. Ezen információ kinyerésére fejlesztettünk módszereket.”

Két változatlan fő kutatási irány

A Lendület-pályázatban tervezett kutatások ezekből az eredményekből indulnak ki, mert az evolúcióbiológusok meggyőződhettek arról, hogy
a filogenetikai kutatások rendkívül sikeres eszköze a fákban való gondolkodás (vagyis a „tree-thinking”). A kutatások két fő iránya nem változik. Tovább vizsgálják a sejtleszármazási fák (cell lineage trees) segítségével a szomatikus evolúciót. A kutatók hipotézise szerint a szomatikus evolúció kordában tartása vezet a szövetek egyre jobban differenciálódott sejtjeinek hierarchikus szerveződéséhez. E megközelítés alkalmazásával szélesebb értelemben is vizsgálni fogják a soksejtűség kialakulását, például azt a mai napig nyitott kérdést, hogy a növénynél is van-e elkülöníthető csíravonal.

A filogenetikai vonalon tervezett vizsgálatok egy a kutatócsoport által elnyert nemzetközi pályázathoz kapcsolódnak, és az eukarióta (vagyis sejtmaggal rendelkező) sejt eredetét firtatják. A kutatócsoport által kifejlesztett módszereket alkalmazzák e kérdésnél is. Azt keresik például, hogy az eukarióta sejt ősében milyen gének lehettek jelen, és az eukariótává válás során mely gének honnan és mikor érkeztek. „Ehhez modellezni fogjuk az akkor működő legforgalmasabb horizontális géntranszfer-útvonalakat” – mondja Szöllősi Gergely.