ДНК фосили во геномскиот океан

На сите нас ни се случило во доцните ноќни часови да се задлабочиме во егзистенцијални прашања поврзани со животот и смртта. Многу често во текот на тие моменти што ни грицкаат од сонот се прашуваме “што ќе се случи доколку умрам во овој момент и некој ми ја разгледа историјата на мојот интернет разлистувач?” Дали ќе дознае нешта за мене што досега не ги знаел? Што ќе се случи доколку некој целосно и хронолошки ми ги разлиста моите facebook и twitter страници? Дали ќе дознае каде сум одел, што сум правел и како сум се чувствувал? Молекуларните генетичари си поставуваат слични вакви прашања за историјата на нивните омилени организми, додека ги разлистуваат нивните геномски секвенци.

Со секвенционирањето на геномите на многу моделни организми беше откриено дека нивната ДНК содржи “океан полн со молекуларни ДНК фосили” наречени ендогени ретровируси коишто во детали ни зборуваат за нивната еволутивна историја. Но како?

Вирусите се биолошки ентитети составени oд генетски материјал (РНК или ДНК) обвиткан во протеинско-липидна капсула. Дел од некои РНК вируси, наречени ретровируси (од кои најпознат е HIV вирусот), имаат способност да го претворат нивниот генетски РНК материјал во ДНК и интегрираат во геномот на клетката што ја нападнале (Слика 1).

Ако клетката што ретровирусот ја нападнал е полова клетка (сперматозоид или јајце клетка), интегрираниот вирусен ДНК материјал ќе биде присутен во геномот на сите клетки што настанале од таа полова клетка како и нејзините поколенија. Вака интегрираниот вирус што се “задомаќинил” на произволно место во геномот на дадениот организам се вика ендоген ретровирус (ЕРВ). Oвој “припитомен” ЕРВ станува дел од домаќинскиот геном и ќе може да се користи како маркер за еволутивната поврзаност на поколенијата што ќе следат после него. Околу 8% од човечкиот геном е составен од ендогени ретровируси и дел од нив носат информација за нашата еволутивна историја.

Aко грубо земеме дека постојат најмалку 10 инстанци (а постојат повеќе) на ист тип на ендоген ретровирус интегриран на истата позиција во геномите на шимпанзото и човекот, статистички гледано веројатноста за 10 независни инфекции на истите позиции во обата геноми е околу 1:6×10⁹⁷ (за споредба, постојат околу 10^22-24 ѕвезди во Вселената), што е статистички скоро невозможно. Единствениот логички одговор е дека овие 10 инфекции се случиле кај заедничките предци на шимпанзото и човекот. Ако 10 ЕРВ се наоѓаат на истата позиција во геномите на човекот и шимпанзото, а 8 од нив во геномот на горилата, тоа значи дека 8 од овие инфекции се случиле кај заедничкиот предок на шимпанзото, човекот и горилата, а 2 од нив кај заедничкиот предок на шимпанзото и човекот.

На Слика 2 е даден описен пример за еволутивната историја на неколку молекуларни ЕРВ “фосили” кај неколку хипотетички организми. Пример организам 6 и 7 имаат три заеднички ЕРВ (ЕРВ 1, 2, 5) на истата позиција во нивниот геном, бидејќи потекнуваат од организам 4 којшто ги носи истите. Организам 4 ги добил првите два (ЕРВ1 и ЕРВ2) од организам 2, а ЕРВ5 е засебна инфекција. Сите организми на ова филогенетско дрво го носат ЕРВ1 бидејќи тој се наоѓа во заедничкиот предок на сите нив (организам 1).

Слично на ЕРВ, ДНК доказите добиени од разни типови на транспозони (скокачки гени) и псевдогени ja поткрепуваат теоријата на еволуција и се силен доказ за заедничкото потекло на видовите. Овие ДНК “фосили”, заедно со компаративно-анатомските, ембриолошките и палеонтолошко-фосилните студии водат кон еден заклучок, сите организми на Земјата се наоѓааат во милијарди години стара роднинска врска. Во зборовите на Neil deGrasse Tyson “сите сме поврзани, меѓусебно-биолошки, со Земјата-хемиски, со Космосот-атомски!”

Клучни зборови и термини:

Ретровирус – вирус чијшто генетски материјал е содржан во РНК молекула. Со помош на ензим наречен реверзна транскриптаза, РНК се претвора во ДНК и може да се интегрира во геномот на домаќинскиот организам. Најпознат ретровирус е HIV којшто се интегрира во геномот на имуните клетки.

Научна теорија – тело на докази што објаснува еден физички феномен. Научната теорија дава објаснувања и предвидувања коишто може експериментално да се тестираат. Зборот теорија е најблиску до она што философски се нарекува факт. Пример, теорија на еволуција, теорија за клетка, теорија за гравитација, теорија за Биг Бенг.

Појаснување:

Ако пронајдеме секвенца од ист ендоген ретровирус на истата позиција во геномот на човек и шимпанзо, таа може да стигнала таму на три начини:

• Прво, преку хоризонтален генски трансфер (репродукција меѓу човек и шимпанзо), што не е можно;
• Второ како две независни инфекции, една во шимпанзо, друга во човек (геномот на шимпанзото и човекот е голем околу 6 милијарди базни парови, следствено веројатноста за независни инфекции на еден ЕРВ е 1:6000000000). Статистички неподобно;
• Трето, инфекцијата се случила во заедничкиот предок на шимпанзото и човекот и затоа се наоѓа на истата позиција во геномот на обата организми.