Όταν σκεφτόμαστε την κληρονομικότητα, το μυαλό μας πάει αμέσως στα γονίδια που παίρνουμε από τους γονείς μας. Η φύση όμως κρύβει εκπλήξεις και ακολουθεί τους δικούς της, ανατρεπτικούς κανόνες.
Μια νέα επιστημονική ανακάλυψη έρχεται να ανατρέψει όσα ξέραμε, φέρνοντας στο φως ένα απίστευτο γενετικό «πάρε-δώσε» μεταξύ τελείως διαφορετικών οργανισμών.
Οριζόντια μεταφορά γονιδίων μεταξύ διαφορετικών ειδών
Τα γονίδια δεν μεταφέρονται μόνο από τους γονείς στους απογόνους τους. Η φύση έχει βρει κι άλλους τρόπους για να μεταβιβάζει γενετικές πληροφορίες, ακόμη και μεταξύ διαφορετικών ειδών.
Μια νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences, αναφέρει ότι οι κατσαρίδες, συγκεκριμένα, είναι γεμάτες με DNA που μεταφέρθηκε από ένα άλλο είδος.
Η μεταφορά γονιδίων μεταξύ διαφορετικών ειδών, η οποία τυπικά ονομάζεται οριζόντια μεταφορά γονιδίων (HGT), είναι συχνή στα βακτήρια και τους μικροοργανισμούς.
Τα βακτήρια ανταλλάσσουν συχνά DNA με αυτόν τον τρόπο, γεγονός που τους επιτρέπει να διαδίδουν γρήγορα ωφέλιμα χαρακτηριστικά σε διαφορετικά είδη. Ένα πολύ γνωστό παράδειγμα είναι η εξάπλωση της βακτηριακής ανθεκτικότητας, η οποία έχει επιτρέψει σε πολλαπλά είδη βακτηρίων να αποκτήσουν ανοσία στα αντιβιοτικά.
Ωστόσο, η οριζόντια μεταφορά γονιδίων (HGT) θεωρούνταν μέχρι τώρα πολύ λιγότερο συχνή σε πιο σύνθετους οργανισμούς, όπως τα ζώα και τα φυτά. Εντούτοις, έχει καταγραφεί και φαίνεται να είναι κάπως πιο συνηθισμένη στις ενδοσυμβιωτικές σχέσεις, όπου ένας οργανισμός ζει μέσα στο σώμα ή στα κύτταρα ενός άλλου οργανισμού.
Ορισμένες παλαιότερες μελέτες έχουν υποδείξει ότι οι μακροχρόνιοι βακτηριακοί εταίροι σε ενδοσυμβιωτικές σχέσεις σπάνια αφήνουν πολύ DNA στα γονιδιώματα των ξενιστών, όμως η έρευνα με τη χρήση σύγχρονης αλληλούχησης μακράς ανάγνωσης (long-read sequencing) ήταν περιορισμένη, και η προηγούμενη έρευνα είχε επικεντρωθεί κυρίως σε γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες.
Τα μικρά, μη κωδικοποιητικά τμήματα DNA από βακτήρια έχουν σε μεγάλο βαθμό αγνοηθεί, παρόλο που μπορούν ακόμα να επηρεάσουν την εξέλιξη του γονιδιώματος.
Κατσαρίδες που φιλοξενούν το Blattabacterium και το DNA τους
Οι συγγραφείς της νέας μελέτης ήλπιζαν να αποκτήσουν μια σαφέστερη εικόνα της οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων (HGT), μετρώντας την πραγματική κλίμακα μεταφοράς βακτηριακού DNA από έναν υποχρεωτικό συμβιώτη στο γονιδίωμα ενός ζώου.
Διαπίστωσαν ότι η σχέση μεταξύ των κατσαρίδων και του ενδοσυμβιώτη Blattabacterium cuenoti παρείχε την τέλεια βάση για τη μελέτη τους. Οι ίδιοι αναφέρουν ότι το γονιδίωμα του Blattabacterium είναι πιθανό να έρχεται σε στενή επαφή με το πυρηνικό DNA του ξενιστή κατά τη διάρκεια της δημιουργίας και της ανάπτυξης των αυγών.
Για να ανακαλύψει η ομάδα πόσο ακριβώς DNA είχε μεταφερθεί στις κατσαρίδες από το Blattabacterium, τεμάχισε τα γονιδιώματα του βακτηρίου σε μικρά τμήματα και τα ευθυγράμμισε με 18 γονιδιώματα κατσαρίδας, ώστε να εντοπίσει συμβατές αλληλουχίες που μοιάζουν με βακτηριακές. Καταμετρήθηκαν μόνο οι αντιστοιχίες μήκους τουλάχιστον 50 ζευγών βάσεων, ενώ πολλαπλοί ποιοτικοί έλεγχοι αφαίρεσαν πιθανά σφάλματα συναρμολόγησης ή απλές διπλασιάσεις.
Οι ερευνητές εντόπισαν 40.485 εισαγωγές προερχόμενες από το Blattabacterium στα 18 διαφορετικά γονιδιώματα κατσαρίδων, αριθμός που αντιστοιχεί σε 93 έως 4.900 εισαγωγές ανά γονιδίωμα.
Διαπίστωσαν ότι ορισμένες αυστραλιανές κατσαρίδες που ανοίγουν λαγούμια (burrowing cockroaches) φέρουν περισσότερες από 3.000 εισαγωγές βακτηριακού DNA η καθεμία, δηλαδή πάνω από 10 φορές περισσότερες από το προηγούμενο ρεκόρ για τους ευκαρυώτες, με εξαίρεση ένα μικροσκοπικό ζώο του γλυκού νερού που ονομάζεται τροχόζωο (rotifer).
Οι συγγραφείς της μελέτης γράφουν: «Οι εισαγωγές ήταν συγκεντρωμένες σε ορισμένα contigs (τμήματα αλληλουχίας), αλλά γενικά ήταν ευρέως κατανεμημένες στα γονιδιώματα των ξενιστών και συμπεραίνεται ότι μεταφέρθηκαν σε πολλαπλά διαφορετικά χρονικά σημεία, γεγονός που συνάδει με πολλά ανεξάρτητα συμβάντα οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων (HGT)».
Η ομάδα βρήκε στοιχεία που αποδεικνύουν ότι οι εισαγωγές κληρονομούνταν κάθετα μετά την οριζόντια μεταφορά γονιδίων (HGT). Ένα υποσύνολο από αυτές χρονολογείται πολύ πίσω στην εξέλιξη της κατσαρίδας, επιβιώνοντας για τουλάχιστον περίπου 29 εκατομμύρια χρόνια σε ορισμένες γενεές κατσαρίδων.
Λειτουργικές, ουδέτερες ή κάπως επιβλαβείς;
Οι ερευνητές ήταν επίσης περίεργοι να μάθουν αν αυτά τα μεταφερόμενα γονίδια ήταν λειτουργικά. Η επιβίωσή τους σε βάθος πολλών γενεών υποδηλώνει ότι ήταν είτε λειτουργικά, είτε ουσιαστικά ουδέτερα, είτε μόνο ελαφρώς επιβλαβή, καθιστώντας αναποτελεσματική ή μη πρακτική την εξάλειψή τους από την εξέλιξη.
Για να ελέγξει αν κάποια από τα εισαγόμενα βακτηριακά τμήματα μεταγράφονταν, η ομάδα χρησιμοποίησε αλληλούχηση RNA (RNA sequencing) από διάφορα είδη κατσαρίδων. Διαπίστωσαν ότι το 91,42% έως 94,96% των εισαγωγών δεν μεταγράφεται ενεργά σε RNA, αλλά ένα μικρό ποσοστό μεταγράφεται και μερικές φορές ενσωματώνεται σε εξώνια, υποδηλώνοντας πιθανούς λειτουργικούς ρόλους.
Αναφέρουν επίσης ότι πολλές εισαγωγές είναι «χιμαιρικές», δηλαδή συρραμμένες από πολλαπλές απομακρυσμένες περιοχές του βακτηριακού γονιδιώματος, γεγονός που παραπέμπει σε περίπλοκες διαδικασίες επιδιόρθωσης του DNA.
Αν και η μελέτη δείχνει ότι οι εισαγωγές υπάρχουν και μπορούν να επιβιώσουν, δεν δοκιμάζει άμεσα τις επιπτώσεις τους στη βιολογία της κατσαρίδας. Οι συγγραφείς της μελέτης αναφέρουν ότι η μελλοντική έρευνα στις κατσαρίδες και σε άλλες ενδοσυμβιωτικές σχέσεις μπορεί να βοηθήσει στην αποκάλυψη των λειτουργικών επιπτώσεων των εισαγωγών και να προσφέρει μια καλύτερη κατανόηση του πώς η οριζόντια μεταφορά γονιδίων (HGT) διαμορφώνει την εξέλιξη του γονιδιώματος.
