Kalmary - jak zmieniają swój kod genetyczny?

18 maja, 2020

Nowe badanie naukowe ujawniają, że ​​kalmary mają zdolność zmieniania cząsteczek, które przenoszą kod genetyczny poza jądro komórkowe. Głowonogi należą do grupy mięczaków i obejmują około 700 gatunków, takich jak ośmiornice, kalmary i mątwa. Głowonogi są niezwykłymi zwierzętami zdolnymi do niesamowitych rzeczy.

Mogą na przykład pozostać niezauważone przez zmianę ich zabarwienia. Mogą również wyrzucać strumienie atramentu, aby dezorientować drapieżników. Oprócz tych fascynujących cech wiele osobników może świecić w ciemnościach oceanu lub, w przypadku ośmiornicy, zwijać się w nieprawdopodobne kształty.

Kalmary – jak zmieniają swój kod genetyczny?

Krótka odpowiedź brzmi: kontrola neuronowa. Na przykład, zmiana zabarwienia jest przeprowadzana przez komórki pigmentowe znajdujące się w płaszczu. Komórki te zawierają pigmenty, które rozszerzają się lub kondensują do woli poprzez skurcz mięśni kontrolowany przez układ nerwowy.

kalmar na czarnym tle

Szybkie ucieczki, które charakteryzują te zwierzęta są dokonywane dzięki mechanizmowi napędu odrzutowego. Jest to możliwe dzięki systemowi gigantycznych włókien nerwu ruchowego, które kontrolują silne skurcze mięśni  płaszcza. Ta silna muskulatura umożliwia wypływ wody pod ciśnieniem z jamy bladej.

Neurony kalmarów jako przedmiot badań

Nic dziwnego, że głowonogi są badane przez neurologów na całym świecie. Wykryli w ośmiornicach ogromną kontrolę mięśni, która pozwala im ukrywać się w przestrzeniach 10 razy mniejszych niż ich ciała.

kalmar w wodzie

U kalmarów naukowcy odkryli możliwość edycji kodu genetycznego nie tylko w jądrze swoich neuronów, ale także w aksonie. Należy zauważyć, że aksony są długimi, cienkimi projekcjami, które przekazują sygnały do ​​innych neuronów. Wyżej wymienione badanie zostało przeprowadzone na kałamarnicy długopłetwej (Doryteuthis pealeii).

Stanowi pierwszy raport, że informacje genetyczne mogą podlegać edycji poza jądrem komórki zwierzęcej.

Kalmary – dlaczego ta cecha jest tak ważna?

Pierwszym powodem jest pogłębienie naszego zrozumienia plastyczności neuronów. Należy zauważyć, że plastyczność neuronalna odnosi się do zdolności układu nerwowego do zmiany jego struktury i funkcji. Pozwala to na szybkie dostosowanie reakcji zwierzęcia do zmieniającego się środowiska. Ten proces jest niezbędny do przeżycia zwierzęcia.

Kalmary są mistrzami w zmianie kodu genetycznego. Już w 2015 r. ta sama grupa badawcza podała, że ​​kalmary edytują informacje podróżujące w RNA (mRNA) w superlatywny sposób. Oszacowali, że ten proces był kilka razy lepszy od edycji mRNA u ludzi.

kalmary

RNA jest cząsteczką o zasadniczym znaczeniu dla funkcjonowania komórek żywych istot. Przenosi kod genetyczny jądrowego DNA komórki do rybosomów, gdzie wytwarzane są białka. MRNA jest tłumaczeniem niektórych fragmentów DNA zwierzęcego, które jest „interpretowane” przez rybosomy, dzięki czemu są one w stanie zrekonstruować białka zgodnie z wymogami kodu genetycznego zwierzęcia.

Funkcja edycji mRNA „lokalnie” otwiera możliwość, że teoretycznie te neurony dostosowują rodzaj wytwarzanych białek, a tym samym dostosowują się do specyficznych potrzeb komórki. Po drugie, wykorzystanie tej wiedzy może w przyszłości pomóc w leczeniu dysfunkcji aksonów związanej z wieloma zaburzeniami neurologicznymi u ludzi.

Podsumowanie

Zmiana RNA jest procesem biologicznym, który zapewnia większą wszechstronność w ekspresji różnych wersji tego samego białka. Aby przeżyć, zmiana mRNA jest znacznie bezpieczniejsza niż zmiana DNA (mutacje o największym  potencjale szkodliwym dla zwierzęcia). W przypadku błędu zostanie on naprawiony przez rozbicie cząsteczki RNA, podczas gdy błąd DNA pozostanie.

Istnieje wiele procesów nieznanych ludziom w zakresie funkcjonowania świata zwierząt. Patrząc na procesy układów zwierzęcych możliwe jest, że z czasem znajdziemy rozwiązania dla ludzkich patologii. Dlatego ten rodzaj badań jest niezbędny: nie tylko do zdobywania wiedzy, ale także do jej możliwej przydatności w radzeniu sobie z chorobami.

  • Vallecillo-Viejo, I. C., Liscovitch-Brauer, N., Diaz Quiroz, J. F., Montiel-Gonzalez, M. F., Nemes, S. E., Rangan, K. J., … & Rosenthal, J. J. (2020). Spatially regulated editing of genetic information within a neuron. Nucleic Acids Research. https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkaa172/5809668
  • Marine Biological Laboratory. (2020, March 23). New genetic editing powers discovered in squid. ScienceDaily. Retrieved April 12, 2020 from www.sciencedaily.com/releases/2020/03/200323125629.htm
  • Salvanes, A. G. V., Moberg, O., Ebbesson, L. O., Nilsen, T. O., Jensen, K. H., & Braithwaite, V. A. (2013). Environmental enrichment promotes neural plasticity and cognitive ability in fish. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 280(1767), 20131331.