Geni paradajza otkrivaju budućnost: Kako kriptične mutacije oblikuju prinose i otvaraju vrata novim lekovima

Naizgled običan prizor – sočni, crveni plodovi paradajza koji vise sa razgranatih stabljika – krije u sebi priču o evoluciji, genetskim mrežama i potencijalu za revoluciju u poljoprivredi i medicini. Iza jednostavne razlike u obliku stabljike – da li je prava ili razgranata – nalazi se kompleksna mreža gena, mutacija i interakcija koje su sada, zahvaljujući istraživačima iz Cold Spring Harbor laboratorije, konačno osvetljene, piše Phys.org.

U pitanju je otkriće koje povezuje ne samo botaniku i genetiku, već i najnaprednije tehnologije današnjice – CRISPR uređivanje gena, pan-genomsku analizu i kompjutersko modeliranje. Tim predvođen profesorom Zekarijem Lipmanom, u saradnji sa docentom Dejvidom Mekendlišem i izraelskim profesorom Juvalom Ešedom, došao je do dokaza da za promene u razgranatosti paradajza nisu odgovorne obične mutacije koje menjaju izgled biljke, već takozvane kriptične mutacije – genetske razlike koje deluju u senci, tiho i neprimetno, sve dok se ne ukrste s određenim drugim mutacijama.

Preporučujemo

Ove mutacije, koje pojedinačno ne izazivaju vidljive promene, mogu – kada se jave u paru ili u određenoj kombinaciji – imati snažan uticaj na to koliko će biljka razviti cvetnih grozdova, koliko će imati grana, plodova, pa čak i semenki. To znači da ono što smo nekada smatrali slučajnom razlikom među sortama, zapravo ima precizno genetsko objašnjenje.

Središnji element ove studije bio je pan-genom paradajza, ogroman genetski atlas koji objedinjuje DNK kako kultivisanih, tako i divljih vrsta roda Solanum iz različitih delova sveta. Za razliku od klasičnih genoma koji prikazuju genetsku sliku jedne vrste, pan-genom obuhvata varijacije između brojnih srodnih vrsta – što omogućava da se uoče retke, skrivene mutacije koje ne bi bile primećene u izolovanom uzorku.

Pan-genomska analiza uputila je Lipmanov tim na prirodne kriptične mutacije koje utiču na grananje biljke. Međutim, kako bi sa sigurnošću utvrdili njihovu funkciju, postdoktorantkinja Sofija Zebel upotrebila je CRISPR tehnologiju da precizno ubaci dodatne mutacije u ciljne gene. Na osnovu toga su analizirane 216 biljaka paradajza, a na njima više od 35.000 pojedinačnih cvetnih grozdova – što je čini jednom od najobimnijih eksperimenata te vrste.

Ključnu ulogu u dešifrovanju rezultata imao je Karlos Marti-Gomez iz Mekendliševog tima, koji je pomoću naprednih računarskih modela predviđao kako različite kombinacije mutacija utiču na broj grana i plodova. Ti modeli ne samo da su potvrdili eksperimentalna zapažanja, već su omogućili istraživačima da mapiraju buduće genetske intervencije sa većom preciznošću nego ikada pre.

Posebnu pažnju u ovom istraživanju zaslužuju paralogi – geni nastali dupliranjem tokom evolucije. Oni su često „genetski rezervni delovi“ koji mogu preuzeti funkciju oštećenog originala. Ali, kako pokazuje ova studija, paralogi mogu i međusobno delovati na načine koji menjaju fenotip – odnosno izgled i funkcionalnost biljke. To znači da naučnici sada ne posmatraju gene izolovano, već kao članove složenih mreža u kojima interakcije imaju odlučujuću ulogu.

Šta to sve znači za budućnost? Pre svega, mogućnost da se uz pomoć kriptičnih mutacija precizno poboljša prinos biljaka. Umesto nasumičnog ukrštanja ili oslanjanja na tradicionalne metode selekcije, uzgajivači bi mogli genetski da programiraju biljku tako da razvije idealan broj grana, cvetova i plodova – čime bi se povećala produktivnost, ali i prilagodljivost različitim klimatskim uslovima.

Međutim, tu priča ne staje. Kako objašnjava Mekendliš, isti pristup može se primeniti i u medicini. Naime, kada se koristi lek koji oponaša efekat mutacije, često dolazi do neželjenih efekata. Ako bi se znalo kako interakcije među kriptičnim mutacijama oblikuju odgovor organizma, bilo bi moguće odabrati onu genetsku putanju koja ima najmanje neželjenih posledica. Dakle, ova istraživanja mogu doprineti i razvoju preciznijih i sigurnijih terapija, jer otkrivaju kako različiti putevi u telu reaguju na isti podražaj.

Na kraju, u jednoj grani paradajza sabrane su tri velike priče nauke: kako biljke evoluiraju, kako se geni međusobno nadopunjuju i kako se znanje o tome može pretočiti u konkretna rešenja – od bogatijih useva do pametnijih lekova. I zato, kada sledeći put pogledate u paradajz na vašoj trpezi, znajte da iza njegove stabljike stoji čitava revolucija u nastajanju. Nauka, tiha i temeljna, upravo tu vidi budućnost.

(Telegraf Nauka / Phys.org)