Dodano: 20 luty 2019r.

Genetyczne sekrety żarłacza białego

Genom żarłacza białego został rozkodowany ujawniając przy tym bogactwo niezwykłych cech genetycznych, które mogą wyjaśnić ich ewolucyjny sukces. Rekiny te mają kilka wyjątkowych zdolności - ich organizmy potrafią chociażby zapobiegać koncentracji uszkodzeń DNA, dlatego rzadko cierpią na nowotwory.

 

Żarłacz biały jest jednym z najbardziej rozpoznawalnych stworzeń morskich na Ziemi. Przyciąga uwagę mediów i jest obiektem powszechnej fascynacji. To duże i silne zwierzęta. Osiągają rozmiar nawet sześciu metrów i mogą ważyć trzy tony. Potrafią zejść na głębokość ponad kilometra. Są bardzo szybkie, co sprawia, że są jednymi z najskuteczniejszych morskich drapieżników.

Rekiny te mają równie niezwykłe, ale mniej znane cechy. Sekrety te poznaliśmy dzięki uczonym z Nova Southeastern University (NSU), Cornell University College of Veterinary Medicine, Monterey Bay Aquarium oraz kilku innych instytucji, którym udało się poznać cały genom żarłacza białego. Okazuje się, że organizmy rekinów posiadają zdumiewające zdolności przetrwania. Potrafią niezwykle szybko poradzić sobie z ranami. Są długowieczne i co najważniejsze, mają szereg adaptacji DNA wpływających na stabilność genomu, co zapobiega tworzeniu się niepożądanych mutacji. Dlatego też u tych zwierząt rzadko występują nowotwory.

Wyniki badań zostały opublikowane na łamach „Proceedings of National Academy of Sciences”.

 

Sekwencjonowanie genomu żarłacza białego nie było łatwym zadaniem. Genom tego rekina składa się z 4,63 miliarda par zasad tworzących cząsteczki DNA i jest półtora razy większy niż ludzki genom. Badacze porównali genom żarłacza białego z genomami kilku innych kręgowców, w tym rekina wielorybiego i ludzi.

Podczas badań zespół odkrył mnóstwo specyficznych zmian w sekwencji DNA. Adaptacje te zauważono w licznych genach odgrywających ważną rolę w utrzymaniu stabilności genomu – takich genetycznych mechanizmów obronnych, które przeciwdziałają akumulacji uszkodzeń DNA, zachowując w ten sposób integralność genomu.

Zmiany znaleziono w genach ściśle związanych z naprawą DNA, odpowiedzią na uszkodzenie DNA i tolerancją uszkodzeń DNA wśród innych genów. Zjawisko przeciwne - niestabilność genomu, która wynika z nagromadzonego uszkodzenia DNA, jest dobrze nam znane. Predysponuje ludzi do licznych nowotworów i chorób związanych z wiekiem.

- Zaobserwowaliśmy zaskakująco dużą liczbę genów odpowiedzialnych za stabilność DNA, które zawierały nie tylko te zmiany adaptacyjne, ale były także w kilku przypadkach udoskonalone, wspierając skuteczność tego mechanizmu - powiedział Mahmood Shivji, dyrektor Save Our Seas Foundation Shark Research Center przy Nova Southeastern University.

Badacze zauważyli także, że genom żarłacza białego zawiera bardzo dużą liczbę transpozonów nazywanych też „skaczącymi genami”. Sekwencje te mogą przemieszczać się na inną pozycję w genomie. W tym przypadku uczeni dopatrzyli się specyficznego typu transpozonu znanego jako LINIE.

- To często powoduje niestabilność genomu poprzez tworzenie przerw w DNA, które wymagają naprawy - powiedział Michael Stanhope z Cornell University College of Veterinary Medicine, współautor publikacji. - Jest prawdopodobne, że właśnie to stanowi silny czynnik ewolucyjny dla skutecznych mechanizmów naprawy DNA i znajduje odzwierciedlenie w obecności tak wielu genów stabilności DNA – dodał.

- Rozkodowanie genomu żarłacza białego dostarcza nauce nowego zestawu kluczy do poznania tajemnic dotyczących tych budzących lęk drapieżników. Dlaczego rekiny dobrze prosperują od jakichś 500 milionów lat? To dłużej niż prawie każdy kręgowiec na świecie – podkreślił Salvador Jorgensen z Monterey Bay Aquarium, również jeden z autorów pracy.

Badacze znaleźli także inne intrygujące adaptacje ewolucyjne w genach powiązanych z procesem gojenia się ran. - Odkryliśmy kilka podobnie wzmocnionych genów związanych z niektórymi z najbardziej podstawowych ścieżek gojenia się ran, w tym z kluczowym genem krzepnięcia krwi - powiedział Stanhope. - Te adaptacje obejmujące procesy gojenia się mogą leżeć u podstaw osławionej zdolności rekinów do skutecznego leczenia nawet dużych ran dodał.

- Niestabilność genomu jest bardzo istotną kwestią w wielu poważnych chorobach ludzi. Okazuje się, że natura opracowała sprytne strategie, aby utrzymać stabilność genomów u tych dużych, długowiecznych stworzeń - powiedział Shivji. – Możemy się jeszcze wiele nauczyć od tych cudów ewolucji. Dzięki nim możemy poznać informacje, które potencjalnie mogą być przydatne w walce z rakiem i chorobami związanymi z wiekiem. Być może uda się też poprawić proces gojenia się ran u ludzi – dodał.

 

Źródło: Nova Southeastern University, fot. CC BY 2.0/ Hermanus Backpackers/ Wikimedia Commons