Géntudományi áttörés: a Nature folyóiratban publikált magyar biotech siker

Új frontot nyitnak a gének működését számítógépes eljárással vizsgáló rendszerbiológia, a hagyományos genetika és az evolúcióbiológia között azok a Lendület program keretében elért kutatási eredmények, amelyeket az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont munkatársai publikáltak a neves brit Nature folyóirat két genetikai szaklapjában – derül ki a Magyar Tudományos Akadémia alábbi híréből.

Hogyan lehet visszavezetni egy élőlény vagy akár csak egyetlen sejt viselkedését több ezer gén összehangolt működésére? E kérdés megválaszolására hagyományosan kétféle megközelítést alkalmaznak a biológusok. Egyrészt felderíthetők a géntermékek között fellépő fizikai kapcsolatok, azazhogy a sejt fehérjéi és egyéb molekuláris összetevői hogyan lépnek kapcsolatba egymással. „Ha elegendő információ gyűlik össze a sejt egy jól körülhatárolt alrendszeréről, akkor teljes »áramköre« leírható, s így számokkal kifejezhető formában is megérthetjük a működését” – magyarázta az mta.hu-nak Papp Balázs, az SZBK tudományos főmunkatársa. A rendszerbiológia gyakran követi ezt az alulról felfelé építkező utat, és például az anyagcsere-hálózatok esetében már rendelkezésre állnak ilyen jól leírt és matematikailag modellezhető „áramkörök”. A másik megközelítés, a genetikusok által régóta alkalmazott stratégia szerint a génekben mesterségesen mutációkat hoznak létre, és figyelemmel kísérik a beavatkozások egyedi és kombinált hatásait: „Két gén közötti funkcionális kapcsolatra, ún. génkölcsönhatásra utal, ha a bennük kialakuló mutációk hatásai nem függetlenek egymástól (pl. az egyik mutáció jelenléte felerősíti a másik mutáció káros hatását).” Az MTA elnöke által 2009-ben kezdeményezett kiválósági program nyertes kutatója szerint az effajta génkölcsönhatások felderítése rendkívül fontos a többgénes öröklődő betegségek megértésében, de a gének között fellépő funkcionális kapcsolatok mögött álló molekuláris »áramkörök« általában homályban maradnak.

A Papp Balázs (képünkön) és Pál Csaba (MTA SZBK Biokémiai Intézet) vezetésével, nemzetközi együttműködésben végzett kutatás a világon elsőként vizsgálta, hogyan hangolható össze a génkölcsönhatások e két aspektusa. Munkájuk során, melyről a Nature Genetics című tudományos szaklapban is beszámoltak, a kutatók az egysejtű sörélesztő anyagcsere-hálózatát vizsgálva először kísérletesen feltérképezték a közel 200 000 génpár közötti mutációs kölcsönhatásokat, majd összevetették őket az anyagcsere „áramkörei” alapján szimulált génkölcsönhatásokkal. „A két megközelítés ötvözésével sikerült fényt derítenünk arra, miért állnak bizonyos gének szokatlanul sok más génnel kölcsönhatásban” – emelte ki a fő eredményeket az MTA SZBK Evolúciós Rendszerbiológiai Műhelyének vezető kutatója. Mint elmondta, az így nyert génkölcsönhatási térképek egyrészt abban segítik a kutatókat, hogy pontosabban megértsék az egyes gének sejten belüli funkcióit, másrészt, amennyiben később emberi sejtekre is elérhetővé válnak hasonló térképek, hozzájárulnak a több gén által befolyásolt öröklődő betegségek felderítéséhez. „A rendszerbiológiai szimulációk és a kísérleti adatok összevetése viszont arra is rávilágított, hogy még az oly alaposan kutatott anyagcsere-hálózatról sincs elég információ a birtokunkban ahhoz, hogy a molekuláris kapcsolatokból levezessük a mutációk közötti kölcsönhatások többségét.”

A sejt áramköreinek rendszerbiológiai modellezése nemcsak a genetikai jelenségek mélyebb megismerését teszi lehetővé, hanem az evolúció folyamatába is újszerű betekintést enged. A szegedi kutatók a Nature Reviews Genetics hasábjain megjelent összefoglalójukban megállapítják, a rendszer-biológiai megközelítések forradalmasíthatják az evolúcióbiológiát, sőt egyes evolúciós alkalmazkodások molekuláris szintű előrejelzését is lehetővé tehetik. „Ha kellően jól ismerjük, hogyan működnek ezek az »áramkörök« a sejtben, akkor azt is meg tudjuk majd jósolni, milyen módokon tud egy sejt alkalmazkodni a megváltozott körülményekhez.”