Ekstremofiilist vetikas lööb läbi võõraste geenidega ({{contentCtrl.commentsTotal}})

Vetikakoloonia kuumaveeallikas.
Vetikakoloonia kuumaveeallikas. Autor/allikas: Christine Oesterhelt/Science

Ekstreemseid temperatuure, ülikõrget soolasust ning mürgist arseeni trotsida suutva punavetika genoomi analüüs näitab, et organismi edu põhineb suuresti erinevatelt bakteritelt ja arhedelt laenatud geenidel, rõhutades, et horisontaalne geeniülekanne võib tähtsat rolli mängida ka päristuumsete organismide arengus.


Elu üritab pidevalt katse-eksitus meetodil oma geneetilise materjali paljundamise huvides otsida innovatsioone, mis võimaldaks sellel oma leviala laiendada. Erinevatel organismidel on oma geneetilise pagasi kohendamiseks erinevad võimalused. Pikka aega arvati, et päristuumsete organismide puhul on need suhteliselt piiratud. Lisaks juhuslikele üksikute nukleotiidide tasemel toimuvatele muutustele oleks nad saanud nad pea eksklusiivselt tugineda juba olemasolevatest geenidest lisakoopiate tegemisele ja neile uute ülesannete omastamisele. Isegi ühe DNA-lõigu osast end välja lõigata ja seejärel teise geenilõiku hüpata suutvad transposonid ei taga eukarüootidele eeltuumsete organismidega võrdväärset paindlikkust.


Bakterid ja arhed on on äärmiselt altid lisama oma genoomi keskkonnas kohatavat pärilikkusmaterjali. Seeläbi võivad isegi üksteisele lähedaste liikide DNA-järjestused väga palju erineda. Samal ajal kindlustab see võimaluse ekstreemsete tingimustega kiiresti kohandumiseks. Alles viimastel aastatel on avastatud terve rida päristuumseid organisme, kelle genoomis leidub samuti märke horisontaalsest geeniülekandest. Geneetiliselt muundatud organisme eksisteeris seega juba enne inimeste esimesi katsetusi. Samas polnud selge, kas võõrad geenid pakuvad neile selget eelist.


Yellowstone'i rahvuspargi kuumaveeallikates elutseva punavetika Galdieria sulphuraria pärilikkusmaterjali järjestamine näitab aga, et need võivad mõningatel juhtudel eluks püsimiseks lausa kriitilise tähtsusega olla. Vetikas on bakteritelt ja arhedelt laenanud vähemalt 75 geeni, mis moodustavad organismi kõikidest valke kodeerivatest geenidest umbes 5%.


Nendest tasub esile tõsta rakkude 'energiavaluutaks' nimetavate ATP'deks kutsutavate molekulide lõhkumiseks kasutatavate ensüümide tootmist juhtivaid geene. Vetika poolt rakendatavaid vastavaid ensüüme pole leitud ühegi teise päristuumse organismi arsenalist. Küll on aga neid kohatud kõrgeid temperatuure taluvate arhede riigis. Gerald Schönknechti töörühm suutis leida isegi seose geenikoopiate arvu ja optimaalse kasvutemperatuuri vahel. Seeläbi oletavad teadlased, et pärast geenivargust astusid mängu juba päristuumsetele organismidele iseloomulikumad mehhanismid ning algas geenidest mitmete koopiate tegemine.


Ülikõrge soolasuse ja mürgiste ühendite trotsimiseks vajalikud geenid pärinevad samas suuresti bakteritelt. Näiteks võimaldavad need naatriumi- ja arseenipumpade konstrueerimist. Samuti suudab vetikas arseeni ja elavhõbedat vähem mürgistesse ühenditesse siduda. Prokarüootidelt on laenatud ka erinevad transpordimehhanismid, mis võimaldavad raku lähiümbrusest toitaineid hankida, juhul kui keskkond fotosünteesi toimumiseks sobilik ei ole. Viimaks pärineb osa geenidest tõenäoliselt ka seeneriigist.


Siiski jääb veel selgusetuks, kuidas G. sulphuraria võõra pärilikkusmaterjali enda genoomi lisamises niivõrd edukas on. Hägused on ka seda võimaldanud mehhanismid. Peamise kandidaadina nähakse bakterite ja arhede nakatamisel nende pärilikkusmaterjali kaasa haaranud viirusi, kes hiljem ka vetikad sihikule võtnud on. Samuti võimaldaksid geeniülekannet transposonid. Mil esmapilgul näib taoline horisontaalne geeniülekanne evolutsioonipuude konstrueerimist keerukamaks muutvat, võib see samas pakkuda head võimalust erinevate kohastumiste toimumise aja välja selgitamiseks.


Viimaks annab uurimus senisest enam mõista, et horisontaalne geeniülekanne võib radikaalselt kiirendada ja muuta ka eukarüootide evolutsiooni kulgu.


Töörühma uurimus ilmus ajakirjas Science.

Toimetas Jaan-Juhan Oidermaa
Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: