Ruđerovci otkrili dva važna misterija DNA

Hrvatski su znanstvenici otkrili da je već i prvi predak svih životinja imao vrlo složen genom te da je i tzv. 'junk DNA' važan, odnosno da nije beskorisno smeće.

Stručnjaci iz Zavoda za molekularnu biologiju IRB-a nedavno su objavili dva rada u vrlo uglednom znanstvenom časopisu Molecular Biology and Evolution, koji je rangiran kao drugi najbolji časopis u području evolucijske biologije i ima izuzetno visok faktor utjecaja (9.872). Oba rada donose novosti u području istraživanja genoma višestaničnih organizama, a kao model koriste spužve i kukce kornjaše.

Današnja tehnologija omogućuje brzo i relativno jednostavno 'čitanje' genetičke informacije sadržane u strukturi, odnosno u sekvenci molekule DNA. Tako je u genomskim projektima određena sekvenca DNA mnogih organizama, uključujući i čovjeka, no unatoč tome uloga najvećeg dijela te molekule još uvijek nije poznata. Naime, geni, odnosno zapisi u kojima je sadržana informacija koja određuje izgled i funkciju organizama, čine tek oko 2% ukupnog genoma. Preostali sadržaj u najvećem dijelu predstavlja nepoznanicu, nešto poput tamne materije u svemiru.

Izvorni predak svih životinja imao je složen genom

Autori rada nazvanog 'Demosponge EST sequencing reveals a complex genetic toolkit of the simplest metazoans' su dr. sc. Matija Harcet, dr. sc. Helena Ćetković i dipl. ing. Drago Perina iz Laboratorija za molekularnu genetiku u suradnji s profesorom Kristianom Vlahovičekom i dipl. ing. Mašom Roller s Biološkog odsjeka PMF-a u Zagrebu, te profesorom Wernerom E.G. Müllerom i dr. sc. Matthiasom Wiensom sa Sveučilišta u Mainzu.

Ovaj rad predstavlja prvu sustavnu studiju gena i genoma spužava. Spužve su jedna od najjednostavnijih skupina višestaničnih životinja, koje su se među prvima razvile na Zemlji. Vrlo su jednostavne građe, ne posjeduju prava tkiva ni organe (za razliku od složenijih životinja), i imaju svega desetak vrsta stanica. Upravo evolucijski položaj spužvi i njihova izravna srodnost sa zajedničkim pretkom svih životinja čine ih izuzetno zanimljivim modelom istraživanja, posebno na razini DNA. Takva istraživanja nam mogu dati uvid u 'početno stanje' genoma zajedničkog pretka prije no što je nastala većina raznolikih životinjskih vrsta kakve poznajemo danas, a također mogu ukazati i na trendove u evoluciji genoma pojedinih razvojnih linija životinja.

Istraživači su ustanovili da spužve imaju složen genom koji se sastoji od neočekivano velikog broja gena koji obavljaju raznolike funkcije što ukazuje na to da je složenost genoma svojstvo koje je bilo prisutno već kod zajedničkog pretka svih životinja, prije pojave drugih složenijih elemenata tjelesne građe.

Osim toga uočili su neobično veliku sličnost između proteina spužve i čovjeka što upućuje na razmjerno sporu evoluciju unutar te dvije razvojne linije te dodatno pokazali i da je u evoluciji nekih razvojnih linija unutar skupine životinja gubitak gena vrlo važan evolucijski proces.

Objavljeni rad autori su posvetili pokojnoj dr. sc. Veri Gamulin, dugogodišnjoj voditeljici Laboratorija za molekularnu genetiku na IRB-u, koja je velik dio svojeg znanstvenog rada posvetila istraživanjima molekularne genetike spužava, a potaknula je i ovo istraživanje.

Jedan od voditelja projekta, dr. Matija Harcet, za tportal je istaknuo da život od samog početka nije bio tako kompleksan. 'Međutim, mi smo otkrili da su geni za koje se vjerovalo da su nastali tek znatno kasnije u evoluciji zapravo postojali od samih početaka. Geni i proteini koji se smatraju jako sofisticiranim, a od kojih neki danas sudjeluju u razvoju tumora, postojali su i kod prvih životinja. No pitanje je kakvu su funkciju tada imali. Rane životinje naravno nisu obolijevale od karcinoma. U daljnjim istraživanjima nastojat ćemo otkriti upravo koje su funkcije proteina bile kod ranih životinja i moguće zdravstvene implikacije. To se pitanje nametnulo samo po sebi. Projekt je ostvaren u odličnoj suradnji s kolegama s PMF-a Kristianom Vlahovičekom i Mašom Roller', rekao je dr. Harcet.

Tzv. 'junk DNA' nije beskorisno smeće

Rad pod nazivom 'Parallelism in Evolution of Highly Repetitive DNA's in Sibling Species koji su u istom časopisu objavili dr. sc. Brankica Mravinac i dr. sc. Miroslav Plohl iz Laboratorija za strukturu i funkciju heterokromatina Instituta 'Ruđer Bošković', donosi rezultate istraživanja na misterioznim sekvencama DNA.

Radi se o motivima koji se u određenim dijelovima genoma ponavljaju na desetine tisuća puta, kao kada bi se u tekstu koji čitamo neka nerazumljiva riječ uzastopno ponavljala u dugom nizu. Takve motive nalazimo u područjima ključnim za funkcioniranje kromosoma, a time i genoma u cjelini, kao što su centromerna područja, presudna u diobi stanica. Jedna od osobitosti uzastopno ponovljenih nizova sekvenci DNA jest i ta da se razlikuju čak i među blisko srodnim vrstama i vjerojatno su odgovorne za reproduktivnu izolaciju, odnosno nemogućnost križanja među vrstama.

U objavljenom radu proučavana je struktura i evolucija uzastopno ponovljenih sekvenci DNA u genomima dviju blisko srodnih vrsta kukaca kornjaša, koje je gotovo nemoguće razlikovati po morfološkim osobinama.

Autori su otkrili da razlika među vrstama postoji u sekvenci DNA dva tipa uzastopno ponovljenih elemenata, ali ne i u njihovoj organizacijskoj strukturi unutar centromernog područja. Rezultat navodi na zaključak da su ovi elementi evoluirali usporedno u obje vrste, stvarajući time komplementarne, ali ipak različite strukture. Usporedna evolucija ukazuje na selektivni pritisak koji održava moguću ulogu ponovljenih genomskih elemenata, za koje se dugo vremena mislilo da predstavljaju beskoristan genomski 'otpad'.

Ovaj rad razrješava određena pitanja vezana uz strukturu, evoluciju i ulogu uzastopno ponovljenih sekvenci DNA, a predstavlja dio dugogodišnjih istraživanja u Laboratoriju za strukturu i funkciju heterokromatina, po čemu su znanstvenici ovog laboratorija prepoznati u svijetu.

Posebna vrijednost ovog rada objavljenog u jednom od najprestižnijih svjetskih znanstvenih časopisa iz područja molekularne evolucije jest u tome što je u cijelosti 'domaći proizvod', osmišljen i izrađen u Institutu 'Ruđer Bošković', ističe se u priopćenju IRB-a.