V přírodě existují dva způsoby, jak se mohou předávat geny. Vertikální a horizontální. Vertikální přenos genů je předání genů z rodiče/rodičů na potomka. Při horizontálním přenosu genů se zapojují různé strategie, jak si geny mohou předávat dva jedinci, které rodinné pouto neváže. Nemusí být dokonce ani stejného druhu. Dobře popsaný je tento mechanismus mezi bakteriemi, ale týká se i nás.
Obrovské úseky naší DNA k nám velmi pravděpodobně přišlo právě horizontálním genovým transferem. Nejčastějším vektorem jsou některé viry, které dokáží svou DNA vsunout do té naší. Nejznámějším případem je HIV. Tento virus začleňuje svou DNA do DNA našich imunitních buněk a tento proces opakuje tak dlouho, dokud kvůli tomu nezačne klesat účinnost imunity. Pro organismus s nefunkční imunitou pak představuje smrtelné riziko i virus rýmy. Schopnost inkorporace své DNA do naší má mnoho virů, bakterií, a také transpozony, takzvané skákavé geny. Jde o úseky DNA, které se samy dokáží z DNA vystřihnout, zkopírovat a vložit se jinam. Tato semiparazitická DNA můžeme tvořit až třetinu z celé naší DNA. Většina z nich pro nás velké riziko nepředstavuje, ale některé můžou vést k rozvoji různých typů rakoviny – záleží na tom, jestli se vmezeří do nějakého důležitého genu a tím změní výsledný protein. Pravděpodobně nám ale také přináší benefity. Podle jedné z hypotéz by mohly transpozony hrát roli v kognitivních schopnostech. Například byly ve vysoké míře objeveny v té části mozkové zauzliny chobotnic, která je spojována se schopností řešit problémy. Vraťme se ale k horizontálnímu transferu genů a k našim očím.
V nové studii, která vyšla v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences, identifikovali vědci jeden z genů, který se nápadně podobá skupině bakteriálních genů kódující enzymy peptidázy (určené ke štěpení proteinů). Jde o gen IRBP (interphotoreceptor retinoid-binding protein). Kóduje protein, který se nachází mezi sítnicí a membránou tvořenou buňkami RPE (retinal pigment epithelium). Když světlo vstoupí do oka obratlovce, spustí se světločivný fotoreceptor v buňkách sítnice, což způsobí změnu konformace retinoidů, které jsou upraveny – tato změna vyšle signalizační kaskádu vedoucí až do mozku. Upravené retinoidy jsou následně přeneseny do buňky RPE pomocí proteinu IRBP (Obrázek 1). IRBP tedy funguje jako přenašeč signálu mezi těmito dvěma buňkami. RPE retinoidy přeměňuje do původního stavu a dokáže řídit, kolik retinoidů bude proudit do fotoreceptoru, což je klíčové pro adaptaci na různé úrovně světla v prostředí.
IRBP se nachází u všech obratlovců, ale chybí u velkého množství blízce příbuzných bezobratlých. Vědci z Washington University v St. Luis na základě analýzy více než 900 genů tvrdí, že se před 500 miliony let gen pro peptidázu přenesl z bakterie do předchůdce dnešních obratlovců. Zůstal prý v naší DNA a byl evolučně upraven tak, aby nám sloužil jako přenašeč pro jiné molekuly.
Vzhledem k tomu, že mnozí bezobratlí vidí dobře i bez IRBP, nemusí jít o protein tak klíčový, že bychom bez něj nebyli schopni vidět vůbec. Retinoidy v očích bezobratlých zůstávají v sítnici, ve které mají navíc molekuly, které za určitých podmínek umí aktivované retinoidy opět deaktivovat. Pravděpodobně by se ale oči nás obratlovců nemohly zdokonalit na úroveň jestřábů či koček.
Tato studie nám přináší další důkaz o významu horizontálního genového přenosu mezi námi a bakteriemi a o tom, jak se dokážeme darované geny využít k našemu prospěchu.
Foto: David Travis, Unsplash
Zdroje:
https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2214815120
Více z genetiky na CZECHSIGHT:
Kristýna Molnárová
Filip Šlapal
Vstup do diskuze