Γενετικά μυστικά της πολυκυτταρικότητας αποκαλύπτει θαλάσσια ζύμη
Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Ναγκόγια στην Ιαπωνία ανακάλυψαν γονίδια που επιτρέπουν σε έναν οργανισμό να εναλλάσσει τη ζωή του μεταξύ μονοκυτταρικών και πολυκυτταρικών μορφών. Αυτή η ικανότητα προσφέρει νέες προοπτικές για την κατανόηση της εξέλιξης της πολυκυτταρικότητας από μονοκύτταρους προγόνους, οδηγώντας τελικά σε πιο περίπλοκους οργανισμούς, όπως τα ζώα και τα φυτά.
Μοριακή ανάλυση της πολυκυτταρικότητας
Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, προσφέρει μια εξαιρετικά λεπτομερή μοριακή εξήγηση για το πώς μπορεί να επιτευχθεί και να ελεγχθεί η κλωνική πολυκυτταρικότητα, όπου όλα τα κύτταρα προέρχονται από έναν μόνο πρόγονο. Η ερευνητική ομάδα, υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Γκότα Γκοσίμα, εντόπισε τα γονίδια που ελέγχουν αυτήν την εναλλαγή στα κύτταρα της μαύρης θαλάσσιας ζύμης Hortaea werneckii.
Η ευελιξία στην επιβίωση
Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι όταν οι θρεπτικές ουσίες είναι άφθονες, τα κύτταρα του H. werneckii πολλαπλασιάζονται και παραμένουν συνδεδεμένα, σχηματίζοντας πολυκυτταρικά σώματα. Αντίθετα, όταν οι θρεπτικές ουσίες γίνονται σπάνιες, τα κύτταρα διαχωρίζονται και ζουν ως μεμονωμένα άτομα, επιτρέποντάς τους να κινηθούν μέσα στο νερό και να αναζητήσουν νέες πηγές τροφής. Αυτή η ευελιξία μπορεί να προσφέρει ένα πλεονέκτημα επιβίωσης σε ένα αβέβαιο θαλάσσιο περιβάλλον, όπου η διαθεσιμότητα θρεπτικών ουσιών αλλάζει συνεχώς.
Για να κατανοήσουν τη γενετική βάση αυτής της ικανότητας εναλλαγής, οι ερευνητές απομόνωσαν μεταλλαγμένα στελέχη που είχαν χάσει αυτήν την ικανότητα και εντόπισαν ποια γονίδια είχαν διαταραχθεί. Αυτή η διαδικασία αποκάλυψε 10 βασικά γονίδια που ελέγχουν την εναλλαγή.
Μηχανισμοί ελέγχου της εναλλαγής
Όταν οι ερευνητές διέγραψαν ένα συγκεκριμένο γονίδιο, η ζύμη έχασε την ικανότητά της να εναλλάσσει μορφές και παρέμεινε είτε ως μεμονωμένα κύτταρα είτε ως πολυκυτταρικά σώματα. Ωστόσο, όταν διέγραψαν ένα άλλο γονίδιο επιπλέον του πρώτου, η ζύμη επανέκτησε την ικανότητά της να εναλλάσσεται. Αυτό υποδηλώνει ότι υπάρχουν πολλαπλές γενετικές διαδρομές για να επιτευχθεί η ίδια ευελιξία.
Ο καθηγητής Γκοσίμα δήλωσε ότι μια πρωτεΐνη ονόματι Myb1 λειτουργεί ως «κύριος διακόπτης» που ελέγχει την αλλαγή μεταξύ των κυτταρικών καταστάσεων. Όταν τα επίπεδα του Myb1 είναι υψηλά, τα κύτταρα διαχωρίζονται, ενώ όταν αυτή η πρωτεΐνη αποικοδομείται σε πλούσιες σε θρεπτικά συστατικά συνθήκες, τα κύτταρα σχηματίζουν πολυκυτταρικές δομές.
Ορισμένα από τα γονίδια που εντοπίστηκαν ήταν γνωστά για τη βοήθεια που παρέχουν στους μύκητες να παράγουν σπόρους, αλλά το H. werneckii εξελίχθηκε να χρησιμοποιεί αυτά τα ίδια γονίδια για την εναλλαγή μεταξύ μονοκυτταρικών και πολυκυτταρικών μορφών. Αυτή η ανακύκλωση γονιδίων μπορεί να είναι μια κοινή εξελικτική στρατηγική για την ανάπτυξη νέων χαρακτηριστικών.
Στρατηγικές επιβίωσης
Η ερευνητική ομάδα απομόνωσε επίσης στελέχη του H. werneckii που είναι επιρρεπή στην πολυκυτταρικότητα και διαπίστωσε ότι όλα βρέθηκαν στην επιφάνεια θαλάσσιων ζώων, όπως σπόγγοι και κοράλλια. Αυτές οι περιοχές είναι γνωστό ότι είναι πλούσιες σε θρεπτικά συστατικά λόγω των συμβιωτικών βακτηρίων. Οι ερευνητές υποθέτουν ότι ο σχηματισμός πολυκυτταρικών σωμάτων βοηθά τη ζύμη να παραμένει σταθερή σε ευνοϊκές, πλούσιες σε θρεπτικά συστατικά τοποθεσίες και να αντιστέκεται στην απομάκρυνση από τα ρεύματα του νερού.
Πειραματισμοί στο εργαστήριο επιβεβαίωσαν αυτή την υπόθεση: όταν αναμείχθηκαν μονοκυτταρικά και πολυκυτταρικά στελέχη και εκτέθηκαν σε προσομοιωμένη ροή νερού, τα πολυκυτταρικά σώματα τείνουν να παραμένουν προσκολλημένα στην επιφάνεια, ενώ τα μονοκυτταρικά κύτταρα ξεπλένονται.
Εκτός από την αναγνώριση των γονιδίων εναλλαγής στο H. werneckii, η μελέτη εξέτασε σχετικές είδη ζυμών και διαπίστωσε ότι οι γενετικοί μηχανισμοί εναλλαγής δεν είναι πλήρως διατηρημένοι στην εξέλιξη. Σχετικά είδη δείχνουν διαφορετικά πρότυπα, μερικά από τα οποία εμφανίζουν εναλλακτικούς μηχανισμούς ή έχουν χάσει εντελώς την ικανότητα εναλλαγής.
Ο καθηγητής Γκοσίμα σκοπεύει να διερευνήσει στο μέλλον τι οδηγεί αυτή την εξελικτική ποικιλία.
