Kalligram / Archívum / 2006 / XV. évf. 2006. május–június / A gének öntőformái*

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…!