Geny Zombie, czyli sekretne życie genów po naszej śmierci

BioLetyn 20/III/2016

ARLETTA BRZESZKIEWICZ

Co chwilę dowiadujemy się o kolejnym nowym odkryciu czy wynalazku, które ma zmienić oblicze współczesnej nauki. Zazwyczaj są to tylko hasła mające na celu zachęcenie do przeczytania artykułu na dany temat. Rzadko zdarza się, żeby była to prawdziwa sensacja.
W tym przypadku odkrycie tzw. „genów zombie” i ich przeznaczenia – moim zdaniem – jest czymś niesamowitym i wartym uwagi, chociażby ze względu na ich niebanalny pseudonim.

Kiedy nadchodzi śmierć, one budzą się do życia

Geny Zombie, bo o nich mowa, zyskały taki przydomek ze względu na swoją nadaktywność po śmierci organizmu. Ich odkrycie zawdzięczamy zespołowi naukowców Uniwersytetu Waszyngtońskiego pod kierownictwem Petera Noble’a. W czerwcu tego roku opublikowali oni pracę pod tytułem „Thanatotranscriptome: genes actively expressed after organismal death”. Motywem do podjęcia badań było intrygujące zjawisko śmierci. Jak wspomniał sam autor projektu: „Paradoksalnie dzięki niemu możemy jeszcze więcej dowiedzieć się o życiu”. Początkowym celem badaczy było wykazanie kolejności, w jakiej pośmiertnie geny przestają być eksprymowane, a przy okazji dokonali oni przełomowego odkrycia.

Mus musculus i Danio rerio w służbie nauki

Głównymi bohaterami zespołu Noble’a było 20 myszy domowych i 43 rybki z gatunku Danio pręgowany. Po uzyskaniu zgody komisji etycznej rozpoczęto badania nad aktywnością ekspresji genów po śmierci organizmu.

Dokładny przebieg doświadczenia zostawiam bardziej dociekliwym czytelnikom – można go znaleźć w opublikowanej pracy naukowej na ten temat [1]. Chcąc poznać aktywność genów, posłużono się metodą oznaczania stężenia mRNA, stanowiącego nośnik informacji genetycznej, na podstawie której prowadzona jest synteza białek. Pomiar wykonano w momencie śmierci rybek Danio, 15 i 30 min później, a także po upływie 1 h, 4 h, 8 , 12 h, 24 h, 48 h i 96 h. W przypadku myszy mierzono stężenie mRNA w momencie zgonu, 30 min a następnie: 1 h, 6 h, 12 h, 24 h i 48 h później. Jak przypuszczano, ogólny poziom mRNA spadał wraz z upływem czasu. Jednak przełomowym odkryciem było wykazanie wzrostu stężenia matrycowego RNA związanego z 548 genami u Danio i 515 genami myszy. W ten sposób odkryto ponad 1000 genów zombie! Ich aktywność utrzymywała się nawet do 4 dni po zgonie!

Dlaczego geny zombie są tak niezwykłe?

Wiąże się to z faktem odkrycia przez zespół z Uniwersytetu Waszyngtońskiego ról, jakie odgrywają „budzące się po śmierci” geny. Jedna z czterech głównych funkcji dotyczy konieczności utrzymania homeostazy i odpowiedzi na stres komórkowy. Ogólnie rzecz biorąc, aktywowane są geny dotyczące odpowiedzi na szok termiczny białek, niedobór tlenu w komórkach oraz inne czynniki stresujące. Ważną rolę odgrywają geny odpowiedzi immunologicznej, co ciekawsze, ich aktywność była znacznie wyższa
u myszy niż u ryb. W omawianej grupie znalazły się również geny odpowiedzialne
za apoptozę, czyli programowaną śmierć komórki. Największym zaskoczeniem okazał się jednak fakt obecności genów, które są aktywne tylko w okresie rozwoju prenatalnego. Czyżby życie zataczało krąg? Jednak najbardziej istotnym odkryciem z punktu widzenia nauki jest pośmiertna ekspresja genów powiązanych z początkami nowotworzenia – rzuca ona nowe światło na dziedzinę transplantologii, w której osoby po przeszczepie mają podwyższone ryzyko zachorowania na raka (co może też być spowodowane zażywaniem leków zapobiegających odrzutom).

Ostatnie tchnienie czy próba zmartwychwstania?

Pośmiertne zachowanie genów jest bardzo chaotyczne i nieuporządkowane, gdyż DNA ulega rozpadowi, natomiast niesamowite jest to, że w przypadku tzw. zombie genes zaobserwowano jednorazowe lub kilkukrotne wzmożenie aktywności. Najprawdopodobniej dzieje się tak, ponieważ czynniki hamujące ekspresję tych genów przestają być produkowanie po śmierci organizmu, co daje im pole do popisu. Może to również oznaczać, że komórki mają wystarczająco dużo energii, aby jeszcze przez 4 dni po śmierci zwierzęcia prowadzić procesy, które naturalnie zachodzą w żywym organizmie. Istnieje też teoria, zgodnie z którą organizm podejmuje próbę naprawy i ratowania się, co jest związane z fizjologicznym procesem powrotu do zdrowia po ciężkich urazach, jak gdyby ciało próbowało znowu ożyć. Oczywiście póki co, nie jest to możliwe.

Geny Zombie i co dalej?

Śmierć  jest źródłem wiedzy, z którego mogą skorzystać w przyszłości przede wszystkim dwie dziedziny: medycyna sądowa i transplantologia. Dla tej pierwszej, wykorzystanie tanatotranskryptomu da możliwość poznania bardziej dokładnego czasu zgonu.
W przypadku przeszczepów będzie można lepiej określić, czy dany narząd spełnia warunki, które pozwolą zmniejszyć ryzyko nowotworu.

Transkryptomem nazywamy zestaw cząsteczek mRNA powstający w określonym momencie w komórce; jest tworem bardzo dynamicznym. Komórki w odpowiedzi na różne czynniki uruchamiają i wyłączają transkrypcję genów, zmieniając w ten sposób swój transkryptom. Już kilka minut po zadziałaniu jakiegoś czynnika (np. stresu) na komórki można obserwować powstawanie transkryptów genów reakcji na ten czynnik. Z kolei określenie „tanatotranskryptom” (od greckiego boga śmierci Tanatosa) analogicznie dotyczy zbioru pośmiertnie tłumaczonych na mRNA genów.

Odkrycie zespołu Petera Noble’a daje ogromną nadzieję, ale stawia także przed dylematem etycznym. Aby praca naukowców miała zastosowanie w praktyce, konieczne są dalsze badania na ludziach…

Źródła bibliograficzne:

Pozhitkov A., Neme R. , Domazet-Lošo T. , Leroux B. G. , Soni S., Tautz D., Noble P., Thanatotranscriptome: genes actively expressed after  organismal death, http://www.biorxiv.org/content/biorxiv/early/2016/06/11/058305.full.pdf [data ostatnich odwiedzin strony: 30.09.2016]
http://biotechnologia.pl/biotechnologia/doniesienia-naukowe/fascynujace-zycie-genow-po-naszej-smierci,16248 [data ostatnich odwiedzin strony: 30.09.2016]
http://biotechnologia.pl/informacje?tag=transkryptom [data ostatnich odwiedzin strony: 30.09.2016]
http://www.e-biotechnologia.pl/Artykuly/mrna [data ostatnich odwiedzin strony: 30.09.2016]
http://naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news,410286,geny-jak-zombie.html [data ostatnich odwiedzin strony: 30.09.2016]
http://popnauka.pl/geny-zombie-pozostaja-aktywne-nawet-smierci [data ostatnich odwiedzin strony: 30.09.2016]
http://tylkonauka.pl/wiadomosc/w-organizmach-ludzkich-zwierzecych-tuz-po-smierci-aktywuje-sie-setki-genow [data ostatnich odwiedzin strony: 30.09.2016]
https://pl.wikipedia.org/wiki/Kwasy_rybonukleinowe [data ostatnich odwiedzin strony: 30.09.2016]
https://pl.wikipedia.org/wiki/Transkryptom [data ostatnich odwiedzin strony: 30.09.2016]
http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/46404/title/Genes-Expressed-After-Death/ [data ostatnich odwiedzin strony: 30.09.2016]