På skattejakt i «søppel-DNA»
Man skulle kanskje forvente en slags logisk sammenheng mellom antall gener, mengden DNA (arvestoff) og en organismes kompleksitet, men slik er det ikke nødvendigvis.
Vi vet nå at det menneskelige genom (den totale mengden DNA i cellekjernen) består av drøyt tre milliarder basepar, men «bare» 20 000 til 25 000 gener, faktisk noe mindre enn det vi finner hos mus, og ikke imponerende mye mer enn bananfluens drøyt 15 000 gener.
Det millimeter store krepsdyret Daphnia har omtrent 30 000 gener, men da fordelt på et genom som bare er en femtedel av vårt. Nylig fant vi et annet lite krepsdyr, 3 millimeter lang, som har 10 ganger mer DNA er oss. Lungefisken, en meget fjern slektning, inneholder rekorden blant vertebratene (ryggstrengsdyrene), med et genom som inneholder 133 milliarder basepar. Er det logisk at denne lille fisken skal ha nesten 40 ganger mer DNA er oss?For ikke å snakke om den encellede dinoflagallaten Gonyaulax polyedra som har nesten like mye DNA som lungefisken. Hvorfor er det slik? Burde ikke naturen ha mer orden i sakene siden DNA og gener er så viktig? Dette har vi studert i det nylig avsluttede GENOME-prosjektet.
Hoppende gener og parasittisk DNA
Allerede to år før Watson og Crick beskrev den ikoniske DNA-spiralen i 1953, gjorde Barbara McClintock en oppdagelse som var langt forut for sin tid. Så langt forut at hun måtte vente til 1983 før hun, 81 år gammel, fikk Nobelprisen for den. Hun viste at det fantes biter av DNA som kunne flytte seg omkring i arvemassen og påvirke genene selv om de ikke var gener selv. Disse flyttbare elementene som fikk populærnavnet «jumping genesù, selv om de ikke er gener, men snarere virusliknende fragmenter. Disse elementene, nå kalt transposoner, viste seg å være av større betydning for geners funksjon enn man kunne ane.
McClintock studerte mais og oppdaget at disse transposonene fylte opp nesten hele maisens DNA. For det er nemlig slik at gener er DNA, mens DNA ikke nødvendigvis er gener. Og dette gjelder ikke bare mais. Hos mennesket utgjør de egentlige genene bare 1,5 — 2 prosent av vårt genom. Hva gjør da de resterende 98,5 prosent av DNAet i cellene våre? Er det parasittisk DNA eller søppel-DNA?Dersom vi betrakter våre 3,2 milliarder basepar som bokstavene i en bok, romanen om mennesket, så inneholder den bare fragmenter av tekst som gir mening (altså gener) i et hav av tilsynelatende meningsløs tekst.
Burde ikke evolusjonen ha ryddet opp i dette? Noen organismer har gjort ryddejobben, de har et ganske så strømlinjeformet genom der de har kvittet seg med det meste som ikke har direkte betydning (som Daphnia ), andre har gått motsatt vei (som lungefisken). Men de aller fleste organismer har en betydelig mengde DNA som ikke er gener, og mye av dette er transposoner. Ett av de store spørsmålene er hvorfor de fylles opp vårt genom, ett annet er om de har noen funksjon eller bare er der.
Søppel i genene?
Vi har flere hypoteser, men ingen entydige svar. Forskjellen mellom de med stort og lite genom er altså stort sett ikke antall gener, men mengden av ikke-gener. Om det virkelig er slags parasittisk søppel-DNA eller har en funksjon, er en av de store debatter innen dagens biologi. Men at det på ymse vis påvirker både gener og organisme er hevet over tvil.
Barbara McClintock oppdaget at transposoner kunne påvirke gener avhengig av hvor de havnet, det var nettopp dette som satte henne på sporet av transposonene. Transposoner og andre typer av ikke-kodende DNA kan også bli «domestisert», det vil si at de kan bli en del av de vi oppfatter som gener. Det er anslått at 4 prosent av våre egne regulære gener har sin opprinnelse i transposoner. Det er også godt dokumentert at både immunresponser og resistens (for eksempel mot sprøytemidler hos malariamygg) induseres av transposoner, og mye tyder på at de bidrar til genetisk fleksibilitet hos organismer. Jo mer de studeres, jo flere effekter finner man av dette «fyllstoffet», så det er definitivt ikke helt uten betydning.Les også:
Fant diabetesmekanismer i «søppel-DNA»
Ikke minst har det effekt rett og slett ved den økte mengden DNA. Mye DNA krever større celler, større celler deler seg langsommere, og organismer med store genom vokser ofte langsommere. Noen av de største genomer finner vi hos organismer på store havdyp der lav temperatur og lite næring gir langsom vekst, men ofte store genomer – og store organismer. Havedderkopper på størrelse med kongekrabber, og tanglopper på størrelse med hummer. Mye tyder på at så lenge det ikke er et sterkt evolusjonært press i retning rask celledeling, så kan organismen tillate genomet sitt å ese ut.
Kromosomforvirrede celler
For den som måtte ønske enda mer kompleksitet, her kommer det: Vi tenker på de fleste organismer som diploide . Altså at alle celler, med unntak av kjønnscellene, inneholder et dobbelt kromosomsett. Ett fra far og ett fra mor. Dette er også hovedregelen, men det finnes en del interessante unntak. Mange av våre matplanter er polyploide varianter av villformer med færre kromosomer.
En tetraploid plante har fire kopier av hvert kromosom i cellene. Poteten er et eksempel på en tetraploid plante. I Peru finnes ville slektninger til potet som er haploide med 12 kromosomer, mens den kultiverte poteten vi bruker har 48 kromosomer. Mange kornsorter er også polyploide, for eksempel hvete, som er heksaploid med 42 kromosomer. Det er en seksdobling av de opprinnelige 7 kromosomene.
Kanskje like forbløffende er det fenomen som innebærer at ulike vevstyper innen samme individ har vidt forskjellig kromosomtall, igjen uten at vi helt vet hvorfor. I noen tilfeller kan dette likevel være et viktig bidrag til å øke produksjonen av spesielle enzymer eller andre genprodukter. Cellene i spinnkjertlene hos silkeormen kan ha flere tusen kromosom-kopier. Dette tilfellet et resultat av menneskelig seleksjon, hvor de individer med størst silkeproduksjon systematisk er blitt valgt ut slik at neste generasjon produserer enda mer silke.
I andre tilfelle skjer dette uten noen åpenbar grunn. Det ser ut som alle dyr, oss selv inkludert, har en større eller mindre andel celler og vev med økt kromosomtall. Hvorfor kan man spørre? Er dette bare et resultat av at cellene ”gjør som de vil”, eller har det en verdi for organismen selv. Igjen, vi har noen spennende teorier, og jobber med saken. Det som er klart er at genomet har en mye større fleksibilitet og dynamikk enn vi engang trodde. DNA, og livet selv, byr på stadig nye overraskelser
