Αλλάζει το ανθρώπινο DNA με το χρόνο;
Υπάρχει μια μείωση στη μεθυλίωση της κυτοσίνης στο DNA καθώς γερνάμε, γεγονός που αυξάνει τον κίνδυνο καρκίνου και τέτοιες αλλαγές σε εκατομμύρια χρόνια μπορούν να οδηγήσουν στην εξέλιξη.
Η τεχνολογία DNA έχει γίνει απίστευτα δημοφιλής και σημαντική τα τελευταία χρόνια λόγω της ικανότητάς της να διευκολύνει ποινικές έρευνες, τεστ πατρότητας και αρχαιολογικά αρχεία, για να αναφέρουμε μόνο μερικούς από τους τομείς εφαρμογής της. Ποιος ήξερε ότι μια μικρή διπλή έλικα θα μπορούσε να περιέχει τόσες πολλές δυνατότητες;! Ακόμη και ο Johann Friedrich Miescher, ο Ελβετός επιστήμονας που ανακάλυψε το DNA (από λευκά αιμοσφαίρια), δεν ήταν σίγουρος πώς αυτό το ένα μόριο μπορούσε να καταγράψει όλες τις διαφορετικές πληροφορίες για ένα συγκεκριμένο είδος!
Τι είναι το DNA;
Αυτό είναι DNA.
DNA (Φωτογραφία:Forluvoft / Wikimedia Commons)
Το DNA είναι το συντομευμένο όνομα για το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ , ένα βιομόριο. Η αδενίνη (Α), η θυμίνη (Τ), η κυτοσίνη (C) και η γουανίνη (G) είναι τα 4 μονομερή (νουκλεοτίδια) που συνδυάζονται για να σχηματίσουν DNA. Αυτό που συγκρατεί όλα αυτά τα μονομερή στην αλληλουχία είναι η δομή του φωσφορικού σκελετού. Τώρα, εκτός και αν είστε εξοικειωμένοι με τη βιολογία, μπορεί να μην καταλαβαίνετε πραγματικά τι σκέφτομαι.
Για να το θέσω με ακόμη πιο απλά λόγια, το DNA είναι ο λόγος που πήρες το χρώμα των ματιών της μητέρας σου ή το χρώμα των μαλλιών του μπαμπά σου, επειδή το DNA αποθηκεύει όλες τις γενετικές πληροφορίες. Η κληρονομικότητα υπάρχει επειδή έχετε το DNA που αποθηκεύει όλα τα χαρακτηριστικά των γονιών σας!
Πώς μάθαμε ότι το DNA φέρει γενετικές πληροφορίες;
Μόλις τις δεκαετίες του 1930 και του 1940 συνειδητοποιήθηκε πλήρως η σημασία του DNA. Πειράματα σε βακτήρια έδειξαν ότι όταν τα βακτήρια ανταλλάσσουν το DNA τους, ορισμένα χαρακτηριστικά θα μπορούσαν να μεταβιβαστούν από το ένα βακτήριο στο άλλο.
Επίσης, όταν μελετήθηκε η συμπεριφορά του ιού, διαπιστώθηκε ότι οι ιοί εγχέουν το DNA τους σε ένα κύτταρο ξενιστή, το οποίο αναγκάζει το κύτταρο ξενιστή να σχηματίσει αντίγραφα του ιού.
Κύκλος ζωής ενός ιού (Φωτογραφία :Designua/Shutterstock)
Τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων δείχνουν ότι το DNA περιέχει όντως πληροφορίες που καθοδηγούν τα κύτταρα να κάνουν αυτό που κάνουν.
Πού ακριβώς αποθηκεύονται αυτές οι γενετικές πληροφορίες;
Τα τέσσερα μονομερή (A, T, C και G) συνδέονται για να σχηματίσουν ένα μόριο DNA. Κάθε δομή μονομερούς αποτελείται από ένα μόριο σακχάρου, ένα μόριο φωσφορικού άλατος και μια αζωτούχα βάση.
Αλλάζει το DNA;
Το DNA περιέχει 4 διαφορετικά νουκλεοτίδια και η αλληλουχία αυτών των νουκλεοτιδίων στα γονίδια καθοδηγεί τα κύτταρα να δημιουργήσουν πρωτεΐνες. Για τον έλεγχο της ποσότητας της πρωτεΐνης που παράγεται, τα γονίδια ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται περιοδικά. Οι επιγενετικές αλλαγές είναι χημικές παραλλαγές που βοηθούν στη ρύθμιση των γονιδίων χωρίς να επηρεάζουν τις πληροφορίες κληρονομικότητας. Αυτές οι αλλαγές συχνά περιλαμβάνουν την προσθήκη χημικών ενώσεων στη δομή του DNA που λειτουργούν ως ενεργοποιητές για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του γονιδίου.
Ο Manel Esteller, ερευνητής επιγενετικής στο Bellvitge Biomedical Research Institute στη Βαρκελώνη, υποψιάστηκε ότι οι επιγενετικές τροποποιήσεις επηρεάζουν τη δομή του DNA μακροπρόθεσμα.
Παρατήρησε ότι το DNA ενός νεογέννητου μωρού είναι δομικά πολύ διαφορετικό από το DNA ενός μεγαλύτερου ατόμου. Για να μελετήσει την επίδραση των επιγενετικών αλλαγών στο DNA, μελέτησε την πιο κοινή από τις αλλαγές - τη μεθυλίωση. Εδώ, μια ομάδα μεθυλίου προστίθεται στην αζωτούχα βάση (κυτοσίνη) για να απενεργοποιηθεί το γονίδιο.
Συγκρίθηκαν εκχυλίσματα DNA από τα λευκά αιμοσφαίρια (WBCs) ενός ηλικιωμένου άνδρα και τα WBC από τον ομφάλιο λώρο ενός νεογέννητου μωρού. Υπήρχε υψηλότερο επίπεδο μεθυλίωσης κυτοσίνης στο νεογέννητο, σε σύγκριση με τον ηλικιωμένο άνδρα.
Επιπλέον, η ομάδα μελέτησε τη δομή του DNA, το οποίο έχει παρόμοια νουκλεοτιδική αλληλουχία, έτσι ώστε οι επιγενετικές αλλαγές να μην επηρεάζονται από τις ιδιότητες των νουκλεοτιδίων. Συνειδητοποιήθηκε ότι υπάρχουν πολλές διαφορετικές μεθυλιωμένες περιοχές (DMR) που επηρεάζουν πολλά γονίδια. Οι αλλαγές του DMR έχουν συνδεθεί με την ανάπτυξη καρκίνου για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Ως εκ τούτου, συνήχθη το συμπέρασμα ότι η μεθυλίωση της κυτοσίνης μειώνεται με την πάροδο του χρόνου καθώς οι άνθρωποι γερνούν. Αυτή η μείωση της μεθυλίωσης οδηγεί τελικά σε καρκίνο και ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία.
Πώς έχει συνεισφέρει η αλλαγή DNA στην εξέλιξη;
Λοιπόν, οι επιγενετικές αλλαγές δεν έχουν βαθιά επίδραση στο είδος στο σύνολό του, αλλά ένας συνδυασμός μετάλλαξης DNA και φυσικής επιλογής είναι ο λόγος που έχουμε εξελιχθεί διαφορετικά από τους χιμπατζήδες, με τους οποίους μοιραζόμαστε πάνω από το 95% του DNA μας.
Τώρα, το DNA είναι μια μακρά δομή διπλής έλικας. Ορισμένα μέρη αυτής της δομής υφίστανται επιγενετικές αλλαγές για τη ρύθμιση των γονιδίων, ορισμένα μέρη του DNA δεν έχουν καμία λειτουργία και άλλες πτυχές του DNA εξακολουθούν να παραμένουν πέρα από την κατανόησή μας. Για να παρατηρήσετε την επίδραση μιας μετάλλαξης σε έναν οργανισμό, είναι απαραίτητο να συμβαίνουν μεταλλάξεις σε εκείνα τα μέρη του DNA που ελέγχουν άλλα γονίδια!
Οι περισσότερες μεταλλάξεις που βοήθησαν στην εξέλιξη της εξέλιξης είναι εκείνες όπου ένα κύτταρο αποτυγχάνει να δημιουργήσει ένα τέλειο αντίγραφο του DNA. Οι μεταλλάξεις προκύπτουν επίσης λόγω των εξωτερικών επιδράσεων χημικών ή ραδιενεργών στοιχείων, όπου το DNA διασπάται λόγω ακραίας έκθεσης. Εάν το DNA δεν επιδιορθωθεί τέλεια, το κύτταρο καταλήγει με παραμορφωμένο DNA, το οποίο στη συνέχεια επηρεάζει τον οργανισμό ως σύνολο.
Η Esther και ο Joshua Lederberg πραγματοποίησαν ένα πείραμα όπου αναπτύχθηκαν βακτήρια σε ένα γονικό πιάτο. Οι αποικίες βακτηρίων της μητρικής πλάκας αντιγράφηκαν σε δύο πλάκες, όπου μία από τις πλάκες επικαλύφθηκε με ένα θρεπτικό μέσο και πενικιλίνη (ένα αντιβιοτικό). Το άλλο πιάτο περιείχε μόνο το θρεπτικό μέσο.
Μόνο μερικές αποικίες από την επικαλυμμένη με πενικιλίνη πλάκα επέζησαν, πράγμα που σημαίνει ότι όλες οι αποικίες που δημιουργήθηκαν από την ίδια μητρική πλάκα δεν είχαν τη μετάλλαξη για να αντισταθούν στην πενικιλλίνη.
Αυτό το πείραμα έδωσε δύο σημαντικά αποτελέσματα:
- Οι μεταλλάξεις είναι τυχαίες.
- Οι μεταλλάξεις δεν είναι αποτέλεσμα εξωτερικών συνθηκών.
Επιπλέον, για να επηρεάσουν οι αλλαγές του DNA ένα είδος στο σύνολό του, είναι απαραίτητο:
- Η μετάλλαξη είναι φυσικά επιλεγμένη.
- Οι τροποποιήσεις είναι στα αναπαραγωγικά κύτταρα, διαφορετικά η μετάλλαξη δεν μεταδίδεται.
Το ταξίδι από έναν μονοκύτταρο οργανισμό στην απίστευτη ποικιλομορφία των οργανισμών που βλέπουμε σήμερα εκτείνεται σε δισεκατομμύρια χρόνια. Οι τροποποιήσεις του DNA οδηγούν στην εξέλιξη, αλλά υπάρχουν πολλά κριτήρια που πρέπει να πληρούνται για να επιβιώσει η μετάλλαξη.
Οπότε ναι, το DNA αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Τροποποιείται καθώς γερνάμε και αυτές οι τροποποιήσεις οδηγούν επίσης σε εξελικτικές αλλαγές με την πάροδο του χρόνου. Ποιος θα μπορούσε να φανταστεί ότι αυτό το λεπτό μόριο διπλής ελίκωσης, το οποίο ήταν σχεδόν απερίγραπτο μέχρι τη δεκαετία του 1950, θα έφερνε επανάσταση σε ολόκληρο το πεδίο της γενετικής μηχανικής και θα άλλαζε τον τρόπο με τον οποίο κατανοούμε τη ζωή σε αυτόν τον πλανήτη!
