A gének öntőformái*
* a kötet 2006-ban, Mester, ébrem vagy? címen jelent meg a Kalligram Kiadó gondozásában
Hermann Joseph Muller
Alkimosz: Mester?
Démokritosz: Tessék, Alkimosz!
Alkimosz: Mire jó ez a sok tudás?
Démokritosz: Valamit tudni mindig jobb, mint nem tudni.
Alkimosz: Biztos?
Démokritosz: A világ megismerésére való örök törekvés Prométheusz ajándéka. Egyedül ez ad az embernek hatalmat.
Alkimosz: De ki ellen kell neki ez a sok hatalom?
Démokritosz: Önmaga ellen.
Alkimosz: Hát persze. Az Égilakókkal úgyis kár viaskodni…
Exton: Sikerült mindent előkészítenem. Az éjszakai út miatt újra kellett programozni a Deus ex machinát. Azt hiszem, működni fog.
Alkimosz: Extonosz, csak nem megint utazunk?
Exton: De igen. Megpróbálunk rálelni a gének változatosságának nyitjára. Ez az evolúció egyik kulcsa, a genetikának pedig a legfontosabb célkitűzése. Ha maradni akarsz, Alkimosz, nem bánom.
Alkimosz: Szó sincs róla! Engem is nagyon érdekel. Hova megyünk?
Exton: Texasba, az Austini Egyetemre, 1922-be. Meglátogatjuk Hermann Joseph Mullert, Morgan egyik tanítványát.
Alkimosz: Már megint muslicák?
Exton: Nem. Ezúttal sáskák.
Alkimosz: Az se rossz!
Exton: Hermész, készülődj, indulunk!
Alkimosz: Hé, cimbora, nem jössz velünk?
Hermész: Zeusz mentsen meg attól!
Exton: Beszállás!
Alkimosz: Ááá… kezdődik!
Exton: A New York-i születésű Hermann Muller a Columbia Egyetemen kezdett tanulni. Nagy hatással voltak rá Edmund Wilson órái, de egyéb olvasmányai is korán a biológia irányába kötelezték el. Még diákként ismerkedett meg Bridgesszel és Sturtevanttal. 1910-től aktívan részt vett a Morgan labor életében, de kísérletezni csak 1912-ben kezdett el. Eleinte a gének kapcsoltságán és a crossing over problémáján dolgozott. Később Texasban a mutációk keletkezését kutatta. 1926 végén felfedezte, hogy a Röntgen-sugárzás mutációkat válthat ki.
Alkimosz: Extonosz, nem azt mondtad, hogy 1922-be megyünk vissza?
Exton: Ja, persze. Akkor Mullernek egy szót se a Röntgen-sugarakról!
Alkimosz: Ettől nem kell tartanod, derék Extonosz.
Exton: Megérkeztünk.
Alkimosz: Micsoda hőség!
Exton: Ez itt a sivatag közepe. Örüljetek, hogy nem esik. Gyertek utánam, elég közel vagyunk az egyetemhez.
Alkimosz: Hogy visz rá a lélek egyeseket arra, hogy itt dolgozzanak!?
Exton: Lehet, hogy Muller a hőség mutagén hatását akarta eleinte vizsgálni.
Alkimosz: Aztán a Röntgen-sugarak jobban beváltak.
Exton: Alkimosz, erről egy szót se! Hallgassatok, megjöttünk!
Muller: Exton kolléga? Maguk azok?
Exton: Professzor úr, megtisztelő, hogy fogad minket.
Muller: Ugyan már! Különben is, csak segédprofesszor vagyok.
Alkimosz: Annál inkább!
Muller: Tessék?
Exton: Hadd vágjak bele rögtön a mindkettőnket oly nagyon érdeklő témába! Tanítványaimmal együtt engem is lenyűgöz az a hatalmas genetikai ismeretanyag, amely főként a Morgan laboratórium kísérleteinek köszönhetően a tudományos világ közkincsévé vált. Talán időszerű feltenni a kérdést: mik is valójában a gének?
Muller: Pont ezen a kérdésen rágódom én is. Mi a gének működésének és az élőlényekben játszott szerepének a nyitja? Tagadhatatlan, hogy a genetika alapvető felfedezései a sejtek fiziológiájának megértésében hihetetlen távlatokat nyitottak. Ennek ellenére ezeket a felfedezéseket a fiziológusok mindmáig nem építették be tudományukba.
Alkimosz: Ugyanúgy, ahogy egy ideig a természetbúvárokat sem érdekelte igazán a genetika.
Muller: A genetika legfontosabb felismerése az, hogy az eddig is ismert általános sejten belüli anyagokon, a zsírokon, a cukrokon és a fehérjéken túl a sejtekben több ezer, mikroszkóppal nem látható részecske, a gének is jelen vannak. S annak ellenére, hogy a gének láthatatlanok, hatásuk az egész sejtre kiterjed. Meghatározzák a sejt anyagait, szerkezetét és működését, ezeken keresztül pedig az egész egyed életét.
Alkimosz: Amikor a mikroszkóppal megnézzük a kromoszómákat, akkor egyúttal a géneket is látnunk kéne, hiszen a gének a kromoszómákon sorakoznak.
Muller: Pontosan így van, de a génekről mégis azt kell állítanunk, hogy mikroszkóppal már nem látható méretűek. Ha arra gondol, hogy a nagyobb kromoszómákon több száz gén is lehet, és a kromoszómák hossza csak a milliméter ezredrészét teszi ki, akkor beláthatja, hogy a gén nagyon kicsiny részecske.
Alkimosz: Érthetetlen, hogy egy ennyire apró valami hogyan tudja az egész egyedet befolyásolni.
Muller: Azok az utak, amelyeken keresztül a gének a hatásukat kifejtik az egyedre, és amelyek végül egy adott tulajdonságban nyilvánulnak meg, roppant szövevényes, finoman egyensúlyozott reakciók végtermékei. Ezeket a reakciókat a gének kölcsönhatásai irányítják. Ha e reakciók finom egyensúlyát valamely gén módosulása megzavarja, akkor az egyed minden egyes része ki lesz téve e változásnak, azaz megnövekedhet, összezsugorodhat, vagy akár el is tűnhet.
Démokritosz: A gének mutációi és egy adott fenotípus között nincs tehát közvetlen kapcsolat. Egy gén nem egy tulajdonságot határoz meg, hanem egy reakció részese, amely reakció végterméke egy adott tulajdonság.
Exton: Így már könnyebb megérteni a pleiotrópiát és a poligéniát is.
Démokritosz: A pleiotrópia esetében egy gén több reakcióban is részt vehet, így a megváltozása több tulajdonságot is befolyásolhat. A poligénia esetében viszont sok gén vesz részt a reakcióban, mindegyikük megváltozása ugyancsak hasonló végkifejlettel járhat.
Muller: A mikroszkóppal nem látható kis részecskéknek, a géneknek a legfontosabb megkülönböztető jegye azonban nem az, hogy reakciókban vehetnek részt. Erre az élet más építőkövei is alkalmasak. A géneket azért tekintjük géneknek, mert sokszorozódni tudnak.
Alkimosz: Akárcsak az élők maguk.
Démokritosz: Az élet alapjait tehát az atomi szintű sokszorozódásban kell keresnünk!
Muller: De mit jelent ez pontosabban a génekre nézve? A géneknek képesek kell lenniük arra, hogy a protoplazma bonyolult környezetében az ott jelen lévő anyagokból önmaguk másolatát építsék fel. Ez a kémikusok szóhasználatával élve az autokatalízisre való képesség. A fiziológusok szerint ez a növekedés. A genetikusok szerint pedig – ha több nemzedéken keresztül megismétlődik – e jelenség maga az öröklődés.
Alkimosz: Több ezer generáción keresztül folytatva pedig létrejön az evolúció.
Muller: Gyakran lehet hallani olyan kijelentéseket, hogy az evolúció két alappilléren nyugszik: az öröklődésen és a változatosságon. De ez a meghatározás így pontatlan. Az öröklődés önmagában nem vezet változatossághoz, és a változatosság önmagában nem vezet tartós változáshoz. A legfontosabb az, hogy a változatosság öröklődjön. Tehát nem az öröklődés és a változatosság, hanem az öröklődő változatosság az evolúció szükséges feltétele. Ez pedig a gének felépítésének általános elveiben benne foglaltatik. A gének autokatalitikus képessége ugyanis fennmarad, annak ellenére, hogy a szerkezetük időnként megváltozik.
Démokritosz: Itt furcsa ellentmondásba ütköztünk! Mert hogyan maradhat meg a gének egyik tulajdonsága, a szaporodásra való képesség, miközben a másik, a sejteket befolyásoló képesség megváltozik?
Muller: Ebben rejlik a probléma gyökere, és talán ez világítja majd meg a gének molekuláris szerkezetét! Mert amikor a gének véletlenszerű változásokon mennek keresztül, kifelé mutató katalitikus tulajdonságaik ennek megfelelően módosulnak. Meghökkentő módon viszont eközben az autokatalitikus tulajdonságuk változatlanul megmarad!
Démokritosz: Ez tehát az egyedi gének megváltozásával keletkező véletlen változatosság, vagyis a mutációk legmélyebb titka.
Muller: Így igaz. A mutálható autokatalízisre képes gén szerkezetének mibenléte a genetika legalapvetőbb problémája. Úgy tűnik, hogy az autokatalitikus képesség benne rejlik a gén szerkezetében, és a géneket körülvevő protoplazma csak a gének szaporodásához szükséges építőanyagokat biztosítja.
Démokritosz: Hogyan lehetséges ez?
Muller: Leonard Troland szerint a kristályok növekedése azzal magyarázható, hogy a már összeállt kristályrészecskék és a még oldatban lévők között vonzóerő lép föl, a mindkettőben azonos mintázatú erőtér miatt. Hasonló ez ahhoz, ahogy két egymásba illeszkedő mágnes vonzaná egymást – az északi pólus a délit, és fordítva. Troland úgy gondolja, hogy lényegében ugyanez a mechanizmus az örökítőanyag részecskéinek autokatalízise során is működik. Ha igaza van, akkor eszerint a gén különböző szakaszainak – a kristályokhoz hasonlóan – a protoplazmából önmagához hasonló anyagokat kell vonzania, így végeredményben az eredeti gén mellett egy vele azonos elrendeződésben lévő részekből álló másik gén jöhet létre. Ezek a részek aztán összekapcsolódhatnak, létrehozva az eredeti gén mását.
Démokritosz: Hihetetlen! A gének tehát saját magukat használhatják öntőformának. Így tudják önmaguk pontos mását létrehozni.
Alkimosz: Mester, én sok bronzöntő műhelyben jártam Abdera környékén, de olyat sohasem láttam, hogy a kiöntött szobor az öntőformával megegyezett volna. Mindig csak a kiegészítő formáját adta.
Démokritosz: Igazad van, Alkimosz, hogy is nem gondoltam erre! Hiszen a mágnes északi pólusa is a délit vonzza. A gén tehát öntőformául szolgálhat az őt kiegészítő utódgén keletkezésekor.
Alkimosz: A kiegészítő formából, azaz a szoborból viszont újra létrehozhatunk egy öntőformát, és ezt akárhányszor megismételhetjük.
Démokritosz: Bizonyára ez áll a gének öröklődésének a hátterében. Már csak az atomokból felépülő öntőformákat kell megtalálnunk! Az öntőformák gondolata viszont a mutációkat elszenvedő, de továbbra is önmagát sokszorozó gén megértéséhez is hozzásegíthet. Ha az öntőformát ugyanis megkarcoljuk vagy akaratlanul túl mély barázdát vésünk bele, ez a szobron is meg fog mutatkozni. A változatosság tehát öröklődik, de a bronzöntés elve és technikája változatlan marad!
Muller: Uraim, briliáns gondolatmenetük igazán magával ragadó. A kiegészítő formák modellje valóban megmagyarázza a gének működésének sok jelenségét. Sajnos egyelőre azonban semmi bizonyítékunk nincs az elképzelés igazságtartalmára nézve. Ennek kapcsán szót kell ejtenünk még egy jelenségről. Ez talán közelebb vihet minket a megoldáshoz. A d’Hérelle-jelenségről van szó.
Exton: Engedje meg, professzor úr, hogy a tanítványaimnak bővebben elmagyarázzam a d’Hérelle-jelenséget.
Muller: Hogyne.
Exton: Félix d’Hérelle kanadai mikrobiológus volt. A mikrobiológusok Leeuwenhoek óta a mikroszkopikus lényekkel, főleg a baktériumokkal foglalkoznak. Ezeknek a lényeknek nincs sejtmagjuk, ezért prokariótáknak hívjuk őket. Ezzel szemben a sejtmaggal bíró élőlények, a növények, állatok, gombák és a protistának nevezett egysejtűek az eukarióták. A bakteriológiát Ferdinand Cohn és Louis Pasteur munkássága alapozta meg a 19. század második felében. Cohn a baktériumok morfológiai alapú rendszerezését dolgozta ki, Pasteur pedig többek között felfedezte a baktériumok betegségekben játszott szerepét.
Alkimosz: Az ősnemzés elméletének megcáfolása kapcsán már hallottunk róla.
Exton: Félix d’Hérelle idejében a baktériumok tenyésztésének már jól kidolgozott módszerei léteztek. A Spallanzaninál látott húsleveses folyadékkultúrák mellett tengeri algákból készített agart vagy zselatint tartalmazó petricsészékben is tudtak már baktériumokat tenyészteni. A táptalaj felszínét benövő baktériumok a petricsészében összefüggő pázsitot hoznak létre. D’Hérelle 1910-ben Mexikóban járva az ottani sáskák között fellépő, addig ismeretlen járványt fedezett fel. A beteg sáskákból nagy mennyiségű baktériumot tudott kinyerni, továbbá ezekkel a baktériumokkal egészségeseket is meg tudott fertőzni. A baktériumok petricsészében való tenyésztése közben érdekes megfigyelést tett. Az egybefüggő pázsiton időnként furcsa foltok jelentek meg. Ezeket később így írta le: „A szabálytalanság két-három milliméter átmérőjű, kör alakú tiszta foltokból állt, kipettyezve az agaron növő tenyészetet.” 1915-ben, a francia hadseregben fellépő vérhasjárvány okát keresve megint csak bakteriális fertőzést mutatott ki. Persze a sáskákétól különbözőt. Érdekes módon az agaron tenyésztett, vérhast okozó Shigella nevű baktérium pázsitján is megjelentek időnként a tarfoltok. A foltokat okozó valami a baktériumoknál sokkal kisebb volt, mert a baktériumokat felfogó porcelánszűrőn könnyedén áthatolt.
Alkimosz: De miért tisztultak ki a foltok a baktériumok pázsitjain?
Exton: Azért, mert azokon a helyeken valami megölte a baktériumokat. Ha a tarfoltból származó anyagot d’Hérelle hozzákeverte egy jó sűrű baktériumkultúrához, szinte hihetetlen dolgot tapasztalt. Így írta le felfedezését: „Másnap, amikor kinyitottam az inkubátort, olyan heves érzelmek jártak át, amelyek kárpótolják a kutatót minden fáradalmáért: első pillantásra feltűnt, hogy az előző este még sűrű tenyészet teljesen tiszta volt. Az összes baktérium eltűnt, feloldódtak, mint a cukor a vízben. A lombikból az agarra szélesztett mintából sem nőtt ki semmi. Ekkor egy szempillantás alatt megvilágosodott az elmém, és megértettem, hogy a tiszta foltokat valójában egy láthatatlan mikroba, egy szűrhető vírus okozta. Egy olyan vírus, amely a baktériumokon élősködik.” Ezt a vírust d’Hérelle bakteriofágnak, azaz baktériumfalónak nevezte el.
Muller: Látom, Exton kolléga úr, alaposan felkészült a beszélgetésre! Tudása lenyűgöző!
Exton: Köszönöm. Mindig is érdekelt a bakteriológia.
Muller: Ezek már eddig is igen érdekes megfigyelések, de a lényeg csak ezután jön. D’Hérelle ugyanis azt is kimutatta, hogy a tarfoltból származó anyag egy érintetlen baktériumtenyészetet is meg tud ölni. Aztán az ebből származó anyag egy másikat, és így tovább, akármeddig.
Alkimosz: A baktériumokat megölő bakteriofág tehát szaporodik!
Muller: Így van! Ez a különös anyag a baktériumokon növekszik. Így minden szempontból eleget tesz az autokatalitikus anyagokkal szemben támasztott követelményeinknek! És bár lehet, hogy teljesen más az anyagi felépítése és teljesen más mechanizmussal működik, mint a kromoszómák génjei, mindenben megfelel a gén meghatározásának is. De a hasonlóság másra is kiterjed. André Gratia felfedezte, hogy a bakteriofág megfelelő kezelések hatására meg is tud változni. Eközben, a génekhez hasonlóan, mindvégig fenntartja a szaporodásra való képességét.
Démokritosz: Ezek szerint két különböző anyag, a d’Hérelle-féle bakteriális élősködő és a gének is birtokában vannak az öröklődő változatosság döbbenetes tulajdonságának!
Muller: Ha figyelembe vesszük a protoplazma bonyolultságát, akkor hihetőnek tűnhet, hogy e kétféle anyag teljesen különbözőképpen működik. Felmerül tehát a lehetősége annak, hogy a Földön kétféle, alapjában különböző élet létezik. A baktériumoknál jóval kisebb, láthatatlan d’Hérelle-részecskék és a kromoszómás gének kísérteties hasonlósága azért igencsak különös. Ha e kettő mégis azonos szerkezetű, akkor ez hihetetlen távlatokat nyithat a gének kutatásában. E részecskék ugyanis szűrhetők, sőt akár kémcsőbe is tehetők. S bár nagyon elhamarkodott lenne őket géneknek hívni, eddigi ismereteink arra mutatnak, hogy a génekkel mindenben megegyeznek. Nem zárhatjuk tehát ki annak a lehetőségét, hogy egy napon majd megőrölhetjük és lombikokban forralhatjuk a géneket!
Démokritosz: Milyen eretnek gondolat! Mégis ez jelentené a genetika végső diadalát. Ha a génjeink a kémcsövekben is úgy működnének, ahogy a protoplazma által biztosított környezetben, a vis vitalis gondolata végső vereséget szenvedne.
Muller: Hogy a gének valódi természetét megértsük, sokkal többet kell megtudnunk változatosságukról. A genetika csak a változatosságot tudja követni. A gének kromoszómán való lineáris elhelyezkedését a kromoszómák crossing over során mutatott változásai tárták a szemünk elé. De más tudományoknál is ez a helyzet. A kémikusok például a molekulák összetételét a kémiai reakciók során mutatott változásaik alapján fedezhetik csak fel. Ehhez hasonlóan, ha a gének szerkezetét kívánjuk feltárni, akkor e gének mutációk során bekövetkező átalakulásait kell a lehető legalaposabban megfigyelnünk.
Démokritosz: A gének titkainak felfejtésében tehát a mutációk a legfontosabb segítőink.
Muller: Változatosság nélkül nincs genetika, mutációk nélkül nincs változatosság.
Alkimosz: Hacsak nem a crossing over vagy az ivaros szaporodás révén.
Muller: Ez igaz, de ezek a változatképző folyamatok is csak a mutációk által már biztosított genetikai különbségeket keverhetik össze. A crossing over során például létrejöhetnek új allélkominációk, olyanok is, amelyek addig soha nem léteztek, de magukat az allélokat a mutációk biztosították. Teljesen azonos kromoszómák között hiába történik crossing over, ez soha nem fog új változatokat eredményezni.
Alkimosz: A genetikusoknak tehát minél több mutációra van szüksége. Mi sem egyszerűbb!
Muller: Sajnos a mutációs gyakoriság a laboratóriumi törzseinkben nagyon kicsi. Netán tud valami jó módszert, kolléga úr?
Alkimosz: Hogy én?
Exton: Alkimosz!
Muller: Mintha azt mondta volna, hogy mi sem egyszerűbb. Tapasztalataim épp az ellenkezőjét mutatják.
Alkimosz: Én csak…
Exton: Ne haragudjon, professzor úr, de indulnunk kell.
Muller: De kollégák, hiszen most kezd igazán érdekessé válni a diszkusszió! Osszák meg velem a mutációkról vallott nézeteiket!
Exton: Sajnos nem tehetjük, még közlés előtt állnak az adataink. Indulás!
Démokritosz: Az öntőformák mutációja tehát az élet változatosságának és a gének legmélyebb szerkezetének a veleje.
Alkimosz: Maradjunk még, Extonosz!
Exton: Lehetetlen!
Muller: Uraim, forradalmasíthatnák a genetikát! Ne késlekedjenek!
Démokritosz: Az lesz az igazi forradalom, ha az öntvény és a forma vonzásának és taszításának részleteit felfedjük majd!
Muller: Várjanak!
Exton: Beszállás!
…
Alkimosz: De Extonosz! Nem mondtam volna el!
Exton: Ezért még számolunk!
Alkimosz: Ááá…!