• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Kopia kopii nierówna - to statystyka różnicuje komórki

    22.12.2010. 00:11
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Odkryte przez naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie nowe prawo statystyczne wyjaśnia, dlaczego sklonowany kot wygląda inaczej niż oryginał, a bliźniacy wcale nie są tacy sami. Prawo to wyjaśnia najprostszy mechanizm, dzięki któremu w rosnącej populacji identycznych genetycznie komórek tworzą się grupy wykonujące różne funkcje. W pewnych warunkach populacja namnażających się komórek spontanicznie dzieli się na dwie grupy o różnych funkcjach.

    Odkryty, dzięki obliczeniom i symulacjom komputerowym, mechanizm może tłumaczyć jedno ze źródeł oporności bakterii na antybiotyki oraz wyjaśnić, dlaczego mimo tego samego zestawu genów bliźnięta jednojajowe i organizmy sklonowane nie są swoimi dokładnymi kopiami.

    Artykuł opisujący odkrycie ukazał się w prestiżowym piśmie "Proceedings of the National Academy of Sciences".

    Już w połowie ubiegłego wieku zauważono, że populacja bakterii Escherichia coli może podzielić się na dwie grupy, z których jedna wykazuje ekspresję genu, np. odpowiedzialnego za produkcję enzymu trawiącego określony rodzaj cukru, a w drugiej gen pozostaje nieczynny - choć wszystkie komórki miały to samo DNA i przebywały w tych samych warunkach. Co więcej, mimo braku zmian w zestawie genów, kolejne pokolenia dziedziczyły nowe funkcje.

    Efekt ten jest znany, jako bimodalność populacji. Naukowcy z IChF PAN przeprowadzili obliczenia teoretyczne, a następnie sprawdzili je przy pomocy symulacji komputerowych metodą Monte Carlo. Odwzorowano w nich reakcje chemiczne zachodzące w komórce. Informacja genetyczna jest zawarta w DNA, jednak białka są syntetyzowane na podstawie sekwencji informacyjnego RNA (mRNA). Aby wyprodukować białko, trzeba informację przenieść z DNA na mRNA. Proces ten - transkrypcja - jest kontrolowany przez cząsteczki zwane czynnikami transkrypcyjnymi. Cząsteczki te po przyłączeniu do DNA mogą utrudniać odczyt genu (represory) lub go umożliwiać (aktywatory).

    "Komórka to worek z cząsteczkami chemicznymi, poruszającymi się przypadkowo wskutek ruchów cieplnych. Po podziale w jednej komórce potomnej może być więcej czynników transkrypcyjnych niż w drugiej" - opisuje dr Anna Ochab-Marcinek z IChF PAN. Przy pomocy symulacji komputerowych badacze analizowali, jak niejednakowa ilość represorów czy aktywatorów wpływa na populację komórek.

    Ponieważ liczba cząsteczek określonego typu w danej komórce jest stosunkowo mała, podczas podziałów dochodzi do niejednorodnego ich rozdziału pomiędzy komórki potomne. W czasie wzrostu populacji pojawiają się komórki produkujące znacznie więcej danego białka niż pozostałe lub nieprodukujące go wcale. Zależność między tempem produkcji danego białka a ilością represorów lub aktywatorów w komórce nie jest proporcjonalna. Efekt ten jest zwany nieliniowością. Naukowcy z IChF PAN pokazali, że z powodu nieliniowości w populacji formują się dwie wyraźne grupy: w jednej gen jest aktywny, w drugiej nie.

    Podział populacji komórek na dwie grupy ma istotne znaczenie ewolucyjne. Zróżnicowanie zwiększa szansę przeżycia części populacji w przypadku wystąpienia w środowisku zmian niekorzystnych dla jednej z grup - tak jest na przykład z odpornością bakterii na leki.

    Naukowcy zaproponowali także prostą konstrukcję geometryczną, przy pomocy, której można przewidzieć, kiedy w danej populacji komórek może dojść do zróżnicowania. Dzięki niej można wyjaśnić na przykład pojawianie się w populacji bimodalności tylko przy pewnych stężeniach antybiotyku.

    "Ponieważ odkryty przez nas mechanizm jest najprostszy z możliwych, przypuszczamy, że jest on bardzo powszechny" - mówi dr Marcin Tabaka, współodkrywca zjawiska. Dr Ochab-Marcinek podsumowuje: "Odkryte przez nas prawo statystyczne opisuje, w jaki sposób losowy nieporządek we wnętrzu pojedynczych komórek przekształca się w uporządkowanie prowadzące do korzystnego dla przetrwania populacji różnicowania". PMW

    PAP - Nauka w Polsce

    krf/bsz



    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Pula genowa (ang. gene pool) − suma wszystkich genów obecnych w danej populacji w określonym czasie. Pula genowa powstaje poprzez proces różnicowania populacji. Geny w obrębie jednej populacji mogą się ze sobą mieszać w sposób losowy, w wyniku krzyżowania się osobników o różnych genotypach.

    Transkryptom jest to zestaw cząsteczek mRNA lub ogólniej transkryptów obecny w określonym momencie w komórce, grupie komórek lub organizmie. Transkryptom w przeciwieństwie do genomu jest tworem bardzo dynamicznym. Komórki w odpowiedzi na różne czynniki uruchamiają i wyłączają transkrypcję genów, zmieniając w ten sposób swój transkryptom. Często już kilka minut po zadziałaniu jakiegoś czynnika (np. stresu) na komórki można obserwować powstawanie transkryptów genów reakcji na ten czynnik.

    Komórki NK (ang. Natural Killer – naturalni zabójcy) – główna grupa komórek układu odpornościowego odpowiedzialna za zjawisko naturalnej cytotoksyczności. Komórki NK zostały odkryte w latach 70. XX w. u osób zdrowych, wśród których nie spodziewano się odpowiedzi przeciwnowotworowej. Okazało się, że taka odpowiedź jednak występuje i jest silniejsza niż u osób chorych. Obok komórek NK za taki efekt odpowiadają hipotetyczne komórki NC. Ze względu na swoje właściwości komórki NK są zaliczane do komórek K. Efekt cytotoksyczny jest widoczny już po 4 godz. od kontaktu z antygenem i standardowo testuje się go na linii białaczkowej K562.

    Komórki NK (ang. Natural Killer – naturalni zabójcy) – główna grupa komórek układu odpornościowego odpowiedzialna za zjawisko naturalnej cytotoksyczności. Komórki NK zostały odkryte w latach 70. XX w. u osób zdrowych, wśród których nie spodziewano się odpowiedzi przeciwnowotworowej. Okazało się, że taka odpowiedź jednak występuje i jest silniejsza niż u osób chorych. Obok komórek NK za taki efekt odpowiadają hipotetyczne komórki NC. Ze względu na swoje właściwości komórki NK są zaliczane do komórek K. Efekt cytotoksyczny jest widoczny już po 4 godz. od kontaktu z antygenem i standardowo testuje się go na linii białaczkowej K562.

    Komórki NK (ang. Natural Killer – naturalni zabójcy) – główna grupa komórek układu odpornościowego odpowiedzialna za zjawisko naturalnej cytotoksyczności. Komórki NK zostały odkryte w latach 70. XX w. u osób zdrowych, wśród których nie spodziewano się odpowiedzi przeciwnowotworowej. Okazało się, że taka odpowiedź jednak występuje i jest silniejsza niż u osób chorych. Obok komórek NK za taki efekt odpowiadają hipotetyczne komórki NC. Ze względu na swoje właściwości komórki NK są zaliczane do komórek K. Efekt cytotoksyczny jest widoczny już po 4 godz. od kontaktu z antygenem i standardowo testuje się go na linii białaczkowej K562.

    Komórki NK (ang. Natural Killer – naturalni zabójcy) – główna grupa komórek układu odpornościowego odpowiedzialna za zjawisko naturalnej cytotoksyczności. Komórki NK zostały odkryte w latach 70. XX w. u osób zdrowych, wśród których nie spodziewano się odpowiedzi przeciwnowotworowej. Okazało się, że taka odpowiedź jednak występuje i jest silniejsza niż u osób chorych. Obok komórek NK za taki efekt odpowiadają hipotetyczne komórki NC. Ze względu na swoje właściwości komórki NK są zaliczane do komórek K. Efekt cytotoksyczny jest widoczny już po 4 godz. od kontaktu z antygenem i standardowo testuje się go na linii białaczkowej K562.

    Efekt założyciela – szczególny przypadek dryfu genetycznego występujący, gdy populacja w przeszłości przeszła przez stadium z bardzo niewielką liczbą osobników wskutek migracji niewielkiej liczby osobników na izolowaną wyspę. Przypadek spowoduje, że taka populacja będzie miała drastycznie odmienną i zubożoną pulę genetyczną w stosunku do populacji wyjściowej. Do podobnego efektu może dochodzić także wskutek gwałtownej redukcji liczby osobników w populacji, na przykład na skutek tępienia przez człowieka, katastrof sztucznych, czy też naturalnych (efekt wąskiego gardła). Pozostaje wtedy bardzo mała liczba osobników, które krzyżują się między sobą. Następnie dochodzi do wzrostu homozygotyczności, ujawniają się niekorzystne allele recesywne i defekty genetyczne. Populacja może odbudować swą pierwotną liczbę osobników, ale pod względem genetycznym nie będzie to już ta sama populacja.

    Dodano: 22.12.2010. 00:11  


    Najnowsze