دکتر سید سلمان فاطمی

آیا جهش ژنتیکی و تنظیم اجرای نقشه ژنتیکی، کاملا تصادفی است؟ یا زیر نظر مجموعه ای تنظیم کننده صورت میگیرد که نه تنها قادر است جهش های ایجاد شده را کم کار یا خاموش کند بلکه قادر است اجرای نقشه ژنها را به دلخواه و تحت اراده خودش دربیاورد؟

و بالاتر از همه اینها حتی اگر جهش رخ دهد و این ژن جهش یافته کاملا اجرا شود و موجودی ناسازگار تولید کند آیا فرایندی به نام انتخاب طبیعی وجود ندارد تا این موجود ناسازگار را حذف کند؟
اگر از همه فرایندهای بالا چشم پوشی کنیم و فقط به نتیجه تکامل فعلی تکامل یعنی ابزار هوشمندی قدرتمند فعلی انسان یا مغز بنگریم، آیا رسیدن به چنین ساختار پیچیده و قدرتمندی بدون برنامه قبلی طی چند میلیارد سال حیات زمینی ممکن است؟
با ما همراه باشید

تکامل و انتخاب طبیعی در سطح دی ان ای رخ میدهد و در زمان رخداد جهش های ژنتیکی، صفات وراثتی در گذر زمان یا باقی می‌ماند یا مخفی می‌شود ولی دانشمندان اکنون اعتقاد دارند تکامل، با معیاری کاملا متفاوت، رخ می‌دهد و معتقدند از طریق ژنها صورت نمی گیرد بلکه از طریق مولکولهایی است که بر سطح ژنها می چسبد.

این مولکولها مجموعه های متیل هستند که منجر به تغییر ترکیب دی ان ای و واکنش یا متوقف کردن آن میشود و این تغییر، تعدیل بالاتر از ژنها نامیده میشود. برخی موجودات زنده از جمله انسان، اسید نوکلئیک علامت دار شده با مجموعه های متیل دارد ولی برخی موجودات مانند مگس میوه و کرم زمینی، فاقد ژن های لازم است.

موجود دیگری به نام کریپتوکوکوس نئوفورمانس وجود دارد که 50 تا 150 میلیون سال قبل در طی دوره کرتاسه ژنهای لازم در فرایند متیل دار کردن را از دست داده است. ولی همچنان این انگل ها در شکل فعلی خود دارای مجموعه های متیل در ژنهای خود هستند. دانشمندان تصور می کنند کریپتوکوکوس نئوفورمانس از طریق روش تکاملی ای- که جدیدا کشف شده است- از مجموعه های متیل محافظت میکند.

گروهی از پژوهشگران به پژوهش این انگل برای درک کیفیتی- که این مخمر منجر به التهاب مغز در انسان میشود- پرداختند. این مخمر افرادی با ایمنی ضعیف را درگیر میکند ومسئول 20% از مرگ های ناشی از بیماری ایدز است.

مادهانی و شاگردان او به پژوهش کد وراثتی مخمر برای ایجاد ژنهای اصلی مسئول در تهاجم سلول های انسانی پرداختند. ولی گروه شگفت زده شد وقتی کشف کرد ماده وراثتی با مجموعه های متیل درگیر شده است. در گیاهان و مهره داران سلول ها مجموعه های متیل را به دی ان ای اضافه میکند تا به نقل کننده متیل
De novo methyltransferases
که مجموعه های متیل را بر ژنهای هر دو نوار دی ان ای میچسباند کمک کند و باعث تولید اسید نوکلئیک متوازن شود. طی تقسیم شدن سلولی دو نوار دی ان ای از هم باز میشود و از هر کدام نوار دیگری تولید می کند تا اسیدهای نوکلئیک جدید ایجاد شود. در این مرحله آنزیمی به نام نقل کننده متیل محافظ
Maintenance methyltransferases
اقدام به انتقال کامل مجموعه های متیل از دو نوار اصلی به دو نوار نسخه برداری میکند.
مادهانی و همکاران او در درخت تکاملی مخمر کریپتوکوکوس نئوفورمانس به پژوهش پرداختند و فهمیدند، پیشینیان آنها هر دو آنزیم را داشته اند ولی طی نقشه تکاملی آن، ژن مسئول در ساختن
De novo methyltransferases
پنهان شد و با مخفی شدن این آنزیم، انگل نمیتوانست از مجموعه های متیل، نسخه برداری کند ولی میتونست از آن چیزی مراقبت کند که از طریق آنزیم حافظ
Maintenance methyltransferases
به ارث رسیده بود.
از دید نظری این آنزیم نگهبان، میتواند از دی ان ای پوشیده شده با مجموعه های متیل مراقبت کند به شرطی که نسخه هایی کاملا ایده آل در هر بار بسازد. ولی در واقع گروهی از پژوهشگران متوجه شدند آنزیم خطاهای بسیاری انجام میدهد و تعداد زیادی از مجموعه های متیل را در هر تقسیم سلولی از دست میدهد و وقتی این انگل در لوله آزمایشگاه رشد کند با فرصت های تصادفی با همان تصادفی بودن جهش های دی ان ای، مجموعه های متیل جدید را به دست می آورد ولی فرایند از دست دادن، بیست برابر سریعتر از فرایند اکتساب بود.

گروه پژوهش تخمین میزند طی 7500 نسل، آخرین مجموعه متیل از دست میرود تا آنزیم محافظ، چیزی را برای نسخه برداری نداشته باشد. مدهانی میگوید: به دلیل اینکه میانگین فقدان، بسیار سریع تر از میانگین کسب است در صورتی که مکانیکی موجود نباشد که آن را نگه دارد( منظور از مکانیک در اینجا، انتخاب طبیعی است)، نظام، فرایند متیل دار کردن را در طول زمان به کندی از دست میدهد.

به معنی دیگر حتی اگر کروپتوکوکوس نئوفورمانس مجموعه های متیل را با میانگینی سریع تر از به دست آوردن آن از دست بدهد فرایند متیلی کردن از شایستگی موجود زنده خارج خواهد شد. این منجر به پیروز شدن موجودات زنده توانا برموجودات زنده ای میشود که فرایند متیل دار کردن را ندارند و آنها را به برتری میرساند و باعث بقا

ی آنها طی چند میلیون سال میشود.

ولی منفعتی- که از مجموعه های متیل به کروپتوکوکوس نئوفورمانس میرسد- چیست؟ مدهانی پاسخ می دهد: شاید این مجموعه های متیل از ژنهای مخمر در برابر زیان های کشنده محافظت کند. ... ژنهای جهش یابنده(ترانس پوزون) در اطراف ژنوم، جهش پیدا می کنند و خودشان را در مکانی کاملا غیر مناسب قرار میدهد. مثلا خودش را وسط ژنی قرار میدهد که مسئول باقی ماندن سلول است و این باعث مرگ سلول می شود. خوشبختانه مجموعه های متیل میتواند بر این ترانس پوزون ها و توقف آن، غلبه کند. شاید به همین دلیل کروپتوکوکوس نئوفورمانس ها همچنان دارای فرایند متیلی کردن هستند.

و می گوید: فرایند متیلی کردن یک منطقه، آن اهمیت را ندارد ولی اهمیت آن از تاثیرش به عنوان یک کل بر ترانسپوزون ها ناشی میشود و در بیشتر موارد همان چیز در ژنوم انسانی هم رخ میدهد.

هنوز اسراری در مورد فرایند متیلی کردن دی ان ای کروپتوکوکوس نئوفورمانس وجود دارد در جنبه نسخه برداری مجموعه های متیل، به نظرمیرسد آنزیم منتقل کننده و نگهدارنده متیل، نقش مهمی را در کیفیتی دارد که سبب میشود عامل در انسان عفونی شود. انگل بدون این آنزیم، نمیتواند به شکل درستی سلول را پاره کند و پخش شود.

آنزیم به مقادیر زیادی از انرژی نیاز دارد تا وظیفه خود را انجام دهد و این وظیفه، منحصر به نسخه برداری از مجموعه های متیل در نیمه آزاد نوار دی ان ای نسخه بردای شده، است. در برابر آنزیم مقابل آن در موجودات زنده دیگر، به این مقدار از نیرو برای کار نیاز ندارد و گاهی با دی ان ای خاصی کار میکند که فاقد مجموعه های متیل است. هنوز پژوهش هایی وجود دارد که از فرایند متیلی کردن در کروپتوکوکوس نئوفورمانس پرده برداری خواهد کند و اینکه آیا این روش تکاملی- که جدید کشف شده است- در موجودات زنده دیگر هم وجود دارد یا نه.

https://www.facebook.com/282382012686/posts/10157209489542687/
@salmanfatemi