Naučnici su otkrili kako naša DNK može da koristi genetsko dugme za brzo premotavanje unapred da napravi nove gene za brzu adaptaciju na naše okruženje koje se stalno menja.
Tokom istrage o greškama u replikaciji DNK, istraživači sa finskog Univerziteta u Helsinkiju otkrili su da određene pojedinačne mutacije proizvode palindrome, koji čitaju isto unazad i unapred. Pod pravim okolnostima, oni mogu evoluirati u mikroRNK (miRNA) gene.
Ovi mali, jednostavni geni igraju značajnu ulogu u regulisanju drugih gena. Mnogi geni miRNA postoje već dugo u istoriji evolucije, ali naučnici su otkrili da se u nekim grupama životinja, poput primata, iznenada pojavljuju potpuno novi miRNA geni.
„Pojava novih gena iz ničega je fascinirala istraživače“, kaže bioinformatičar Heli Monttinen, prvi autor nove studije.
„Sada imamo elegantan model za evoluciju RNK gena.“
Greške koje omogućavaju ovu izuzetno efikasnu metodu stvaranja gena nazivaju se mutacije sa prebacivanjem šablona (TSM). Proces stvaranja miRNK povezan sa TSM-om je mnogo brži nego kako se razvijaju novi funkcionalni proteini.
„DNK se kopira jedna po jedna baza, a mutacije su obično pogrešne pojedinačne baze, poput pogrešnog udaranja na tastaturi laptopa“, kaže vođa projekta i bioinformatičar Ari Lojtinoja.
„Proučavali smo mehanizam koji stvara veće greške, kao što je kopiranje i lepljenje teksta iz drugog konteksta. Posebno su nas zanimali slučajevi koji su kopirali tekst unazad tako da stvara palindrom.“
Svim molekulima RNK su potrebni ponavljajući setovi baza koje zaključavaju molekul u njegov radni oblik. Tim je odlučio da se koncentriše na gene mikroRNA, koji su izuzetno kratki, koji se sastoje od oko 22 bazna para.
Ali čak i za jednostavne mikroRNA gene, šanse da nasumične bazne mutacije polako formiraju ove vrste palindromskih nizova su veoma niske.
Naučnici su bili zbunjeni otkud ove palindromske sekvence. Ispostavilo se da TSM mogu brzo da proizvedu pune DNK palindrome, praveći nove mikroRNA gene od prethodno nekodiranih DNK sekvenci.
„U molekulu RNK, baze susednih palindroma mogu se upariti i formirati strukture koje liče na ukosnicu. Takve strukture su ključne za funkciju molekula RNK“, kaže biotehnolog Mikko Frilander.
Kompletni genomi mnogih primata i sisara su već mapirani. Upoređujući ove genome koristeći prilagođeni kompjuterski algoritam, istraživači su uspeli da saznaju koje vrste imaju mikroRNA palindromski par.
„Sa detaljnim modeliranjem istorije, mogli smo da vidimo da su čitavi palindromi stvoreni pojedinačnim događajima mutacije“, objašnjava Monttinen.
Dijagram ispod lepo ilustruje proces. Kako replikacija DNK počinje da se odvija kroz svaki par baza na listi recepata, ona se zaustavlja kada naiđe na mutaciju ili neispravan par baza.
Replikacija zatim skače na susedni šablon i počinje da replicira ta uputstva, ali unazad.
Kada se replikacija vrati na originalni šablon, ovo stvara mali mali palindrom koji se može upariti sam sa sobom u strukturi ukosnice.
Prebacivanje šablona tokom replikacije DNK omogućava da jedan događaj mutacije stvori savršenu strukturu u DNK za novi miRNA gen. Ovo je daleko efikasnije od sporih i postepenih promena do kojih može doći kod pojedinačnih građevinskih blokova.
U porodičnom stablu primata pronađeno je preko 6.000 ovih struktura, koje su mogle dovesti do najmanje 18 potpuno novih miRNA gena kod ljudi. To je 26 procenata svih miRNA za koje se smatra da su se pojavile otkako su se prvi put pojavili primati.
Ovakvi nalazi, koji obuhvataju evolucione linije, ukazuju na univerzalni mehanizam stvaranja miRNA gena, a tim misli da se rezultati mogu primeniti i na druge RNK gene i molekule.
Čini se da je relativno lako da se pojave novi geni mikroRNA koji bi potencijalno mogli da utiču na zdravlje ljudi. Neke miRNA povezane sa TSM-om su već pokazale funkcionalni značaj, poput hsa-mir-576 koji utiče na antivirusni odgovor kod primata.
„Mnoge TSM varijante sposobne da postanu miRNA geni segregiraju među ljudskom populacijom“, pišu autori, „što ukazuje da je TSM proces aktivan i trenutno oblikuje naše genome“.
