Linda ja Edward McCabe kirjoittavat
Monet meistä tiedeyhteisössä uskoivat vilpittömästi, että DNA:n analyysi antaisi meille kristallipallon, josta selviäisi varsin tarkasti potilaidemme kliininen ennuste. Valitettavasti asia ei osoittautunutkaan näin yksinkertaiseksi.
Kun kystisen fibroosin geeni löydettiin 20 vuotta sitten, arveltiin, että taudin hoito voitaisiin pikaisesti ratkaista. Geeniterapia on kuitenkin vielä tutkimustasolla. Genomin toiminnasta elävässä yksilössä ei tiedetä kaikkea. Yksittäinen geeni toimii elävän solun ja yksilön kokonaisuudessa.
Kokonaisuus ei ollutkaan osiensa summa
Kokonaisuus ei selitykään osiensa summana. Asia valkeni tutkijoille, kun havaittiin, että ihmisellä ei ollutkaan sataatuhatta geeniä, vaan ainoastaan parikymmentätuhatta eli saman verran kuin kihomadolla. Joillakin vesikirpuilla taas on kaksi kertaa enemmän geenejä kuin ihmisellä.
Toisaalta jokaisella ihmisen sadoista erilaisista soluista on sama määrä geenejä. Ne ovat erikoistuneet esimerkiksi hermo-, maksa-ja lihas- soluiksi. Mikä ohjaa soluja rakentamaan kokonaisen elimistön, ja miten tämä ohjaaja voi samanaikaisesti olla ohjaamiensa geenien komennettavana? Alkion sydänlihaksen soluiksi kehittyvät solut muuttuvat toinen toistaan seuraavien jakautumisten myötä yhä erikoistuneemmiksi. Muutos on jatkuvasti etenevä tapahtumasarja. Solu ei siis tuota itsestään samanlaista kopiota. Muutos on palautumaton.
Herkkä nukleosomi
Ihmisen solun tumassa on 30 miljoonaa histoni-valkuaisaineesta muodostunutta rullaa, jonka ympärille DNA on kelattu. Rullat muodostavat nukleosomi-nimisen rakenteen. Histonien rakenteen muutokset vaikuttavat muun muassa paikallisen DNA-juosteen sähköisiin ominaisuuksiin. Tämä on kuitenkin vasta tiedoston ensimmäinen pakkaustaso.
Nukleosomit kiertyvät edelleen tiukaksi paketiksi. Tämä on mahdollista DNA:n kaksoiskierteen rakenteen ansiosta. Kulloinkin tarvittava DNA-alue on auki tiedon lukua varten, riippuen kudoksesta ja yksilön kehitysasteesta. RNA-polymeraasi niminen nanokone erottaa kaksoiskierteen nauhat toisistaan, kun se kopioi tietoja. Kiertymisen aste vaikuttaa tähän tapahtumaan.
Jokainen elimistön toiminto edellyttää tietyn DNA:n kohdan lukemista riippuen siitä juoksetko, nukutko, paastoatko, syötkö, kiivastutko, rauhoitutko, onko sinulla haava vai kärsitkö keuhkokuumeesta. Vaikuttaa lisäksi siitä, että tietyn DNA:n tietovaraston luku riippuu myös sen sijaintipaikasta solun tuman sisällä ja lisäksi sijainnista muihin geeneihin nähden. Eräät tutkijat nimittävät näitä ’suuteleviksi kromosomeiksi’. Topoisomeraasi-molekyylit pitävät järjestystä yllä ja estävät DNA-nauhojen sotkeutumisen toinen toisiinsa. Mefy/aaf/o-tapahtuma säätelee geenien lukua.
Kromosomit ovat paljon enemmän kuin DNA:n symbolien ”yksiulotteinen” jono
Uudet havainnot osoittavat, että DNA:n kolmesta kirjaimesta muodostuvat 64 sanaa, jotka koodaavat 20 eri aminohappoa, ovat enemmän kuin turvajärjestelmä (redundanssi) mutaatioiden haittavaikutuksia vastaan. Symbolien järjestys vaikuttaa valkuaisainetuotannon määrään. Säätely on osoittautunut paljon luultua monimutkaisemmaksi, ja sitä ymmärretään vasta osittain.
Uudet havainnot ovat vaikeita evoluution mutaatiovalintamekanismin kannalta — miten se olisi kehittänyt näin monimutkaisen ja moniulotteisen säätelyjärjestelmän?
Solun toiminnan ymmärtämiseksi ei riitä, että tunnemme pelkästään DNA:n symbolien jonon. Elämä on tavattoman paljon monimutkaisempaa kuin mitä on luultu.
Lähteet:
1. Linda L. McCape ja Edward R. D. McCape MD, DNA Promise and Peril (2008)
2. Grzegorz Kudla, Andrew W. Murray, David Tollervey ja Joshua B. Plotkin, Coding-Sequence Determinants of Gene Expression in Escherichia coli, Science Vol. 324 (No. 5924, 2009) p. 255-258