Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Kiedy ewolucja stworzyła introny?
29.07.2013 , Tagi: ewolucja, introny, geny, genetyka
Kiedy ewolucja stworzyła introny?
W 1993 roku przyznano nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny Phillipowi A. Sharp i Richardowi J. Roberts za odkrycie intronów. Z czasem te jak uważano, sekwencje niekodujące przysporzyły ogromnej ilości pytań szerokiemu gronu naukowców. Stwierdzono, że intron to element sekwencji genu, która nie koduje żadnego z polipeptydów, a jedynie rozdziela kodujące egzony. Intronom przypisano także pełnienie funkcji stabilizujących w genomie. Nadal istnieje wiele pytań dotyczących istnienia intronów. Na przykład ciekawym zagadnieniem jest czy stanowią one wartość w doborze naturalnym, a także czy istnieją od samego początku życia, czy pojawiły się w jakimś momencie ewolucji. Takim punktem w czasie mogłoby być oddzielenie eukariotów od linii progenotów, a nawet okres poprzedzający powstanie prakomórek.
Teoria „późna”
W świecie nauki nie przeprowadzono jeszcze badań, które mogłyby jednoznacznie odpowiedzieć na takie pytania. Część grona biotechnologów i genetyków sugeruje, że introny pojawiły się dość późno na przestrzeni ewolucji. To wydarzenie umiejscawiane jest w okresie zaraz po powstaniu progenotów. Ta teza zakłada więc, że przedstawiciel progenota posiadał geny całkowicie ciągłe. Introny, natomiast opisywane zostały jako typ inwazyjnych transpozonów o charakterystycznych właściwościach. Ich cechą miała być ciekawa zdolność, mianowicie możliwość autowycinania, czy samowycinania w obrębie RNA. Włączanie się intronów w genom miało nie mieć znaczenia dla doboru naturalnego. Konsensusem całego poglądu było stwierdzenie iż introny są przykładem „samolubnego” DNA. Opisywane były jako fragmenty scalone z materiałem genetycznym, korzystające z systemu replikacyjnego genomu. Jednak zaznaczono, że introny nie wywołują żadnych fenotypowych efektów. Takie twierdzenie zostało poprawione, gdyż dalsze badania przyniosły pewne fakty na temat skutków insercji intronów. Mianowicie, ich włączenie istotnie nie powoduje bieżących skutków, ale rozpatrywane w szerszej skali czasowej okazuje się doprowadzać do innych wniosków. Obecność intronów powoduje przyspieszenie ewolucji ponieważ stanowi mechanizm dający sposobność na występowanie tasowania, mieszania egzonów. 
 
Introny w organizmach
Genomy pochodzące z różnych gatunków zawierają mniej lub bardziej odmienną liczbę intronów. Genom Homo sapiens posiada kilkadziesiąt intronów, przypadających na pojedynczy gen. Jest to stosunkowo duża liczba tych struktur w porównaniu z występującą u innych gatunków. U drożdży Saccharomyces cerevisiae intronów przypadających na jeden gen jest bardzo niewiele, podczas gdy genomy prokariota, np. Escherichia coli nie posiada ich wcale. To czyni pewne podobieństwo między komórkami prokariotycznymi a mitochondriami ludzkimi. Geny mitochondrialne człowieka nie są bowiem poprzedzielane intronami, odmiennie niż w mtDNA drożdży, gdzie są one dość liczne. 
 
Introny a transpozycja
Część z cech charakteryzujących introny mitochondrialne wpływają pozytywnie na rozpatrzenie przedstawionej tezy. Za przykład mogą posłużyć introny, za sprawą których dochodzi do tworzenia białek enzymatycznych umożliwiającyh wycinanie omawianych struktur. Enzymy te noszą nazwę maturazy i są skutkiem aktywności pewnych intronów zawartych w mtDNA drożdży. Istnieją także introny o właściwościach transpozonów. Oznacza to, że są one w stanie przemieścić się z miejsca występowania w lokację w genomie gdzie nigdy nie było intronów, takie zjawisko opisano np. w mtDNA drożdży. Innym zaobserwowanym przypadkiem jest tak zwany intron ω, również stanowiący element mtDNA, pochodzący z okolic genu kodującego duży mt rRNA u Saccharomyces cerevisiae. Składnik ten odpowiada za powstawanie endonukleaz. A wspomniany typ endonukleaz bierze udział w transpozycjonowaniu intronów. 
Ciekawym zjawiskiem dotyczącym omawianych struktur genomowych są tzw. twintrony. Zostały one odnalezione u Arabidopsis i są niczym innym, jak jednym intronem zakotwiczonym wewnątrz drugiego intronu. 
 
Teoria „wczesna”
Wśród naukowców pojawiła się teoria o ewolucyjnie wczesnym pojawieniu się intronów. Jej zwolennicy sugerują, że struktury te pojawiły się równorzędnie z egzonami. Oddalałoby to wytworzenie intronów do momentu w ewolucji, kiedy nie istniał jeszcze progenota, a jedyną formą życia było RNA. Tłumaczyłoby to stosunkowo szybką ewolucję, jaka miała wówczas miejsce, która miałaby opierać się głównie na tasowaniu egzonów, umożliwionym dzięki obecności intronów. Według tego poglądu introny mogły ulegać ewolucyjnej eliminacji, czy też gubieniu, co stanowiłoby wytłumaczenie ich braku  u bakterii. Te jednokomórkowe organizmy były wyjątkowo narażone na takie zjawisko z uwagi na ich zdolność do szybkiego namnażania, która nie sprzyjała utrzymaniu intronów, jako zbędnych elementów genomu. 
 
Na ten moment nie można jednoznacznie stwierdzić, która z przytoczonych koncepcji jest bardziej wiarygodna. Z całą pewnością wiele badań genetycznych, biotechnologicznych, czy z zakresu biologii archaicznej musi zostać przeprowadzone, by jednoznacznie określić miejsce intronów w toku ewolucji.

Źródła
Piotr Węgleński (2006) „Genetyka molekularna”  Wydawnictwo Naukowe PWN
Berg Jeremy M, Tymoczko John L, Stryer Lubert (2007 ) „Biochemia” Wydawnictwo Naukowe PWN
KOMENTARZE
news

<Kwiecień 2018>

pnwtśrczptsbnd
26
THE FUTURE OF HEALTHCARE
2018-03-26 do 2018-03-26
28
29
IT w Służbie Zdrowia GigaCon
2018-03-29 do 2018-03-29
30
31
1
2
3
4
5
6
PROFILOWANIE EKSPRESJI miRNA
2018-04-06 do 2018-04-07
7
8
14
15
18
21
22
24
25
Akademickie Targi Pracy
2018-04-25 do 2018-04-25
28
29
30
1
2
3
4
5
6
Newsletter