Magyarország, 1985. január-június (22. évfolyam, 1-26. szám)
1985-03-17 / 11. szám
Biokémia Quagga ,„összeszerelt” állatok A quagga (hegyi zebraféle) a múlt század végén kihalt; utolsó élő példánya 1883-ban múlt ki az amszterdami állatkertben. Nem elképzelhetetlen azonban — írja a New Scientist egyik utóbbi számában —, hogy az ember a quaggát a molekuláris biológia legújabb eredményeire támaszkodva újraélessze. E merész és egyelőre inkább a tudományos-fantasztikus mesék birodalmába tartozó, de nem teljesen abszurd feltevés egy kaliforniai kutatócsoportnak a Nature-ben nemrégiben közreadott eredményein alapszik. Russel Higuchi és munkatársai Berkeleyben egy 140 éves, sórban tartósított múzeumi guaggaizom-mintából DNS-t vontak ki. S mivel a kihalt állat DNS-részlete csak kis mértékben különbözik a ma élő hegyi zebra DNS-ének megfelelő részletétől, el lehet játszani a gondolattal: egy zebrazigotába (megtermékenyített petesejtbe) beültethető a quagga örökítő anyaga, s végül is a zebra nem zebrát, hanem quaggát ellik • ■ ■ Három gramm kellene A gondolat érdekes, de éppen ilyen érdekes a módszer is, amellyel a kutatók a quagga-DNS részletéhez jutottak. Higuchi a Mainzból (NSZK) kapott izomszövetmintából a szokásos eljárással vonta ki a DNS-t. A művelet eredményeként a friss izomból kinyerhető nukleinsav-mennyiségnek csak körülbelül egy százalékához jutott. A DNS-töredékek kicsik voltak, átlagosan 500 bázist tartalmaztak. És egyáltalán nem volt biztos, hogy a guagga-mintából származnak. Származhattak az elkerülhetetlen baktériumszennyezésből is. A kérdés eldöntése céljából a tartósított mintából kivont DNS-töredékeket reagáltatták ma élő hegyi zebra DNS-ének tiszta kivonatával. Mivel a két állat a feltevések szerint egymás közeli rokona, a két DNS-nek csak kis mértékben szabad különbözni egymástól, s így a DNS-töredékeknek az azonos pontokon reagálniuk kell egymással. A várt biokémiai reakció le is játszódott, a kutatók tehát meggyőződtek arról, hogy az előállított DNS valóban a quaggától származik. A mennyiség azonban rendkívül csekély volt, alkalmatlan a további részletes vizsgálatok elvégzéséhez. Tehát a DNS-t szaporítani kellett. Erre szerencsére már vannak módszerek. A quagga DNS-töredékét beültették egy bakteriofág DNS-ébe. Megjelölték, hogy a továbbiakban elkülöníthető legyen majd a bakteriofág vektortól (hordozótól). Ezzel a bakteriofággal (lényegét tekintve vírussal) Escherichia coli baktériumokat fertőztek meg, s így e baktériumok szaporodásuk során szaporították a vírus által „beléjük csempészett” quagga DNS-töredéket is. Hogy mely sejttenyészetek „fertőződtek” valóban a quagga DNS-sel, azt ismét a hegyi zebra DNS-ével való reakció útján ellenőrizték. Ezután a már megfelelő mennyiségű quagga DNS- nek feltárták a szerkezetét, összesen 229 bázispár helyzetét sikerült meghatározniuk, összevetve az eredményeket a hegyi zebra DNS-ének szerkezetével, megállapították, hogy mindössze 12 esetben észlelhető eltérés, s ezek közül is 10 a töredék végén volt, ami pedig nem lényeges a DNS által irányított aminosavszintézis szempontjából. A csekély eltérés egyben igazolta a hegyi zebrával való rokonságot, hiszen ilyen eredmény várható az egymáshoz közelálló fajok esetében. Felvetődhet tehát az ötlet: a hegyi zebra zigótájának a klónozása. A kutatók becslése szerint a preparált quagga-izomból három grammra lenne szükségük ahhoz, hogy úgy 30 milliónyi DNS-töredéket gyűjthessenek össze, amelyből — mint egy könyvtárból — összeállíthatják a quagga teljes genomját (örökítő anyagát). A DNS-töredék „könyvtárból” a hegyi zebra DNS-ét használva templátként (olyan mintaként, amelynek segítségével a quagga DNS- töredékek helyes sorrendben lennének polimerizálhatók) előállíthatnák a géneket. S ezt a teljes genomot lehetne beültetni a hegyi zebra zigóta kioperált sejtmagja helyébe. Molekuláris óra A kutatások célja, persze, nem a hegyi zebra újjáélesztése, sem pedig a mammuté. Amikor ugyanis előkerül egy-egy jó állapotban lévő mammuttetem — mint például néhány évvel ezelőtt a szibériai mammutbébi —, felvetődik az újraélesztés gondolata is. A mammutbébiből is megpróbáltak kivonni DNS-t, de kevés sikerrel. Hiszen a tetem 40 000 évet töltött Szibéria jegébe fagyva. Ez alatt az idő alatt DNS-e nagy mértékben lebomlott, a kivont DNS túlnyomó része bakteriális eredetűnek bizonyult. Így feltehetően véglegesen le kell mondani arról, hogy egy szép napon egy elefánttehén „összeszerelt” mammutbébinek adjon életet. A kihalt állatok, illetve a kövületek szerves anyagainak vizsgálata azonban értékes adatokkal szolgálhat a törzsfejlődésre vonatkozó ismeretek pontosítását illetően. Higuchi és munkatársai a quagga és a hegyi zebra örökítő anyagának vizsgálatával megállapították, hogy a két faj 3—4 millió évvel ezelőtt válhatott el egymástól. Ez a következtetés a páratlanujjú patások közé tartozó zebrák, valamint a párosujjú patások közé tartozó szarvasmarha, illetve a főemlős ember DNS-ének összevetéséből vonható le az ősrégészeti leletek alaktanának és a ma élő állatfajok DNS-szekvenciás eltéréseinek alapján. A szarvasmarha és az ember DNS-e között 230 eltérés figyelhető meg. A paleozoológia szerint a szétválás 80 millió évvel ezelőtt következett be. E kalibrált „molekuláris óra” szerint a quagga és a hegyi zebra esetében talált 12 eltérés 3—4 millió évnek felel meg. Kollagén a kövületekben Hasonló következtetések egyébként nemcsak a DNS, hanem a fehérjék vizsgálatából is levonhatók. Sőt ez utóbbi módszer hamarabb született meg. Jerold Lowenstein San Franciscóban már 1980-ban alkalmazta a radioimmuno-analízist a kövületekből kivont minimális mennyiségű fehérje vizsgálatára. Az a tény pedig, hogy a kövületekben bizonyos mennyiségű szerves anyag található, már a század eleje óta ismeretes volt. Felfedezték, hogy egyes halkövületek fogához szervesanyag-maradék tapad. Később kimutatták a csontokban lévő kollagén (fehérje) jelenlétét kövületekben is; a vékony metszeteken felismerhető volt a kollagén kötegek helye. Sikerült is kinyerni a kollagént a kövületekből, csak természetesen sokkal kisebb mennyiségben, mint a friss csontokból. Míg a friss csontnak 20 százaléka kollagén, a „fiatal”, mindössze az egymillió évvel ezelőtti pleisztocénből származó csontokból már csupán 0,01 százaléknyi kollagén nyerhető ki. Ennek ellenére már a hatvanas években vizsgálták egy pleisztocén lelőhelyen talált csontokban lévő kollagén összetételét. Megállapították, hogy az aminosavak aránya hasonló a modern kollagénben észlelthez. Nehezebb a helyzet a régebbi leletek vizsgálatakor. Mivel a csontok az évmilliók során reakcióba lépnek a környezettel, erőteljes kicserélődés megy végbe a talajban és a csontokban található aminosavak között. Ezen felül az aminosavösszetételt a bakteriális hatások is megváltoztatják. Négyszáz millió éves leleteknél például a környezet és a leletek aminosavösszetétele teljesen azonos volt, és bakteriális hatásra volt viszszavezethető. Fiatalabb leletek esetében azonban reális esély van az eredeti fehérje egy részének kinyerésére. Így például nincs kizárva, hogy a 150 millió éves dinoszauruszcsontokból — ha DNS nem is — fehérje vonható ki. (A DNS egyébként „könnyűszerrel” nyerhető ki a 25 millió éves, borostyánba dermedt rovarokból.) Lowenstein módszere a szervezet immunreakcióján és a radioaktív méréstechnikán alapszik. A porrá őrölt csontokból kivont kollagénnel nyulakat oltott be. Azok szervezetében az idegen fehérje ellen antitest képződött, amely a továbbiakban felismerte ezt a kollagént, s annak összegyűjtésére biokémiai reagensként volt alkalmazható. Ha a nyulakat a kövületekből nyert, illetve az ősállat ma feltételezett rokonának a kollagénjével oltotta be, akkor — ha a feltételezett rokonság valóban fennállt — a két antitest bizonyos mértékig reagált mindkét fehérjével. A reakció — azaz a rokonság — mértékét radioaktív atomokkal jelzett antitestekkel mérték meg. Hibás feltevés volt Lowenstein tavaly az ember törzsfejlődésének ellenőrzésére alkalmazta a radioimmuno-analízist. Vizsgált 3000 éves egyiptomi múmiát, 1,9 millió éves Australopithecust, embert, ma élő majmokat. Mérései szerint az ember és a majom csupán 5—10 millió évvel ezelőtt különült el egymástól, nem pedig 15—30 millió évvel ezelőtt, mint azt a kövületek alapján vélték. Nemrégiben kihalt állatokkal kapcsolatosan is végzett hasonló vizsgálatokat. A századunk harmincas éveiben kihalt tasmániai farkasról (amely csak külsejében emlékeztet farkasra, valójában erszényes) megállapította, hogy az állat inkább az ausztráliai erszényesek rokona volt, semmint a Dél-Amerikában élt, mára már kihalt kutyaszerű erszényeseké. A vizsgálatokhoz egy kitömött példány izom- és bőrmintáját használta fel. Kimutatta továbbá, hogy a tengeri tehén a dugongtól 4—8 millió évvel ezelőtt különült el — a korábbi, paleozoológiai adatok az elválást 20—30 millió évre tették. Figyelemre méltó, hogy az immunológiai adatok szinte minden esetben későbbi, hozzánk közelebb eső időpontra hozzák a szétválást. A komplex vizsgálatok például kimutatták, hogy a Ramapithecus nem emberelőd, mint vélték, hanem a főemlősök közös őse, tehát a legalább 14 millió évvel ezelőtti elkülönülés hibás feltevés volt, az immunológia adatai látszanak helytállónak. Hasonló a helyzet a tengeri tehenekkel is: a 45 millió éves, és már dugongnak tartott állat az újabb morfológiai vizsgálatok szerint „általános” tengeri tehén volt. A molekuláris biológia legújabb eredményei tehát az ősrégészettel együtt alkalmasak a törzsfejlődés állomásainak pontosítására. Hogy a nemrégiben kihalt állatok „feltámasztására” is alkalmasak-e, azt egyelőre még nem tudjuk. ZÁDOR ERIKA : AZ 1883-BAN KIHALT AFRIKAI QUAGGA öt-tíz millió évvel ezelőtt különült el egymástól magyarország 1985/11