Cum te doare o mutație dacă ești util?

Ce face ca unele mutații să provoace boli într-un genom în timp ce au un efect benefic în altul? Articolul explicativ privind Natura atrage atenția asupra faptului că complexitatea este o proprietate esențială a genomului.

Cercetătorii de la Școala de Medicină a Universității Duke și de la Școala de Medicină Harvard au identificat un mecanism care explică faptul că există mutații care declanșează boli într-un genom, având în același timp un efect benefic în alt organism. Nicholas Katsanis este autor principal și colegi mii de mutații cauzatoare de boli umane comparativ cu secvențele analogice de ADN de la 100 de specii de animale. După cum s-a demonstrat în identificarea supresiei cis a mutațiilor bolii umane prin genomică comparativă, mutațiile care cauzează boli severe la om pot fi benigne.

Așa cum spune Katsanis, director de biologie celulară la Centrul Duke pentru Modelarea Bolilor Umane, această observație este în esență în concordanță cu cunoștințele noastre anterioare, dar fenomenul este atât de mare încât geneticienii cu siguranță au dorit să găsească o explicație pentru acest mister evident. Acest lucru se datorează faptului că cercetătorii au venit cu o mulțime de exemple în care specii întregi ar fi trebuit să sufere de o boală gravă, bucurându-se în schimb de o sănătate excelentă. Adică, adaugă Katsanis, dacă aflăm cum animalele evită efectele devastatoare ale mutațiilor genetice severe, putem face și multe progrese în vindecarea oamenilor.

Cercetătorii au analizat mai întâi ipoteza că, pentru multe mutații, poate exista un mecanism tampon, adică o altă mutație, care protejează animalul de efectele dăunătoare ale mutației patogene. Funcția acestui mecanism tampon poate fi imaginată în două moduri: tăcerea bolii poate fi cauzată de o altă mutație a aceleiași gene sau de „efectul scut protector” al multor mici modificări genetice împrăștiate în genom.

Biologul celular adaugă: conform teoriei evoluției, un astfel de scut protector trebuie să existe, dar până acum nu am avut idee cum poate funcționa; cu toate acestea, acum avem cel puțin o explicație parțială.

Cercetătorii au studiat mutațiile care cauzează boala misenței atunci când un codon de aminoacizi se transformă într-un codon care codifică un alt aminoacid, adică schimbări de ADN în cazul în care schimbul de nucleotide provoacă o schimbare de aminoacizi și duce la boli la om. Modificările secvenței de aminoacizi care apar mereu cu mutații patogene au fost, de asemenea, cartografiate, ceea ce le face să joace un rol protector. Dacă o specie a pierdut aceste modificări ale „adepților” în timpul evoluției, ar trebui să scape de mutație, altfel ar dispărea.

Pentru a testa ipoteza, cercetătorii au folosit instrumente moleculare pentru a identifica locurile posibilelor modificări ulterioare ale aminoacizilor. În primul rând, au fost create proteine mutante care nu au funcționat sau nu au funcționat defectuos și apoi, după alte modificări, au fost identificate modificările în care funcția a fost restabilită. După cum sa dovedit, este posibil să se contracareze efectul mutațiilor prin crearea unei alte mutații în cadrul aceleiași gene.

Ca rezultat al dezvoltării biologiei sintetice și a ingineriei genomului, cercetătorii introduc acum sute de mutații umane în genomul altor specii pentru a studia efectele acestora și a dezvolta noi medicamente, continuă Katsanis. Cu toate acestea, această abordare poate duce și la erori grave, deoarece schimbarea funcției proteinelor datorată mutației poate depinde de contextul mai larg oferit de genomul uman, avertizează biologul celular, adăugând că putem aprecia cu adevărat complexitatea fundamentală a omului. genomului și genomului în general. Anterior pur și simplu am evaluat efectul mutațiilor și am crezut că schimbarea a fost rea și a fost bine dacă nu s-a produs nicio mutație - dar astăzi s-a dovedit că toate acestea sunt mult mai complexe. Cu computerele noastre actuale, suntem deja capabili să calculăm efectul mutațiilor ținând cont de întregul genom. Toate acestea vor duce la îmbunătățiri în practica clinică, notează Katsanis.

Un alt autor al studiului, Shamil Sunyaev, medic la Harvard Medical School, a declarat într-o declarație de rezultate că studiul lor este un bun exemplu al utilității genomicii comparative și a modelelor evolutive în cercetarea medicală, dar demonstrează, de asemenea, că datele colectate de geneticienii medicali pot fi utilizate. ne pot ajuta să înțelegem mai bine evoluția. În plus față de medicină și cercetări evolutive, ar fi util să aruncăm lumină asupra mecanismelor biochimice responsabile de interacțiunile dintre mutații, a spus geneticianul medical.