גן עוף החול

גנים שפעם היו פעילים ויצרו חלבונים מועילים, נעשים לעיתים מיותרים, צוברים מוטציות ומפסיקים לייצר חלבון. האם גן כזה, לאחר ש"מת", יכול לקום לתחייה והתחיל לתפקד שוב

ניתוח מתמטי של הגנום האנושי, הביא חוקרים למסקנה כי למה שמכונה
ניתוח מתמטי של הגנום האנושי, הביא חוקרים למסקנה כי למה שמכונה

במהלך האבולוציה, בעלי חיים רוכשים תכונות חדשות – וגם מאבדים תכונות קיימות. תוך כדי כך, גנים שפעם היו פעילים ויצרו חלבונים מועילים, נעשים לעיתים מיותרים, צוברים מוטציות ומפסיקים לייצר חלבון, או מייצרים חלבון פגום שאינו מתפקד. גנים כאלו מצטרפים ל"Junk-DNA" ("DNA זבל"), המהווה את רובו של ה-DNA בתאינו: DNA שאינו מקודד לחלבונים, ואין לו גם כל מטרה ידועה אחרת.

אך האם גן כזה, לאחר ש"מת", יכול לקום לתחייה והתחיל לתפקד שוב, מיליוני שנים לאחר שמוטציות הפכו אותו לבלתי-פעיל? לכאורה, אין סיבה שזה לא יקרה – עם מוטציה אחת יכולה לפגום בפעילותו של הגן, מוטציה נוספת יכולה להפוך את המצב על פיו ולהחזיר אותו לפעילות. הבעיה היא שיש הרבה יותר דרכים לפגוע בגן מאשר לתקן אותו – ויותר מכך, מרגע שגן הופך לבלתי-פעיל, ובהנחה כי אובדן פעילותו אינו מזיק, הברירה הטבעית אינה משפיעה עליו יותר, והוא צובר עוד ועוד מוטציות. לכן האפשרות שגן "יחזור מהמתים" נראית בלתי-סבירה לחלוטין – אך זהו בדיוק מה שגילתה קבוצת חוקרים מארה"ב, ספרד, איטליה וגרמניה, שהתחקתה אחר האבולוציה של הגן IRGM Immuno-Related GTPase M- .

לגן זה יש היסטוריה מוזרה. אצל רוב היונקים מופיעים שלושה גנים בעל מבנה דומה, אך אצל הפרימטים – הקבוצה הכוללת את הקופים, הקופיפים, קופי האדם והאדם עצמו – העניינים מתחילים להסתבך. כאשר החוקרים בדקו את הגנים הללו בלמורים, סוג של קופיפים, הסתבר שאצלם שניים מהגנים כבר אינם מתפקדים. אצל הקופים, לעומתם, גם הגן השלישי הפסיק לתפקד, בעקבות הכנסה אקראית של מקטע DNA זר אל תחילת הגן. אותו מקטע בדיוק נמצא גם אצל קופי העולם הישן, החיים באפריקה ובאסיה, וגם אצל קופי העולם החדש, האמריקאים. מכך הסיקו החוקרים כי המוטציה ארעה לפני ששתי השושלות נפרדו זו מזו – כלומר, לפני יותר מ35 מיליון שנה. מאז היה הגן בלתי פעיל, וצבר מוטציות קריטיות נוספות – למשל, מוטציות שגרמו ליצירת רצף DNA שפירושו "סיים יצירת חלבון" בשלב מוקדם מדי של הגן, כך שהחלבון המתקבל יהיה קצר מאוד ובלתי פעיל.

לכאורה עוד גן מת, כמו אינספור גנים אחרים. אך ישנן עדויות שונות כי הגן IRGM פעיל באדם – הוא מייצר חלבון, אם כי קצר יותר מהחלבון המיוצר ע"י עכברים ויונקים אחרים, ומחקרים קודמים הראו כי החלבון ככל הנראה פעיל, ועוזר בהגנה מפני זנים מסוימים של חיידקים. עוד הוכחה לכך שהגן פעיל אצל רוב בני-האדם, מגיעה דוקא מאלו שאצלם הוא פגום: מוטציה מסוימת בגן זה (מוטציה חדשה, הקיימת רק בבני-אדם), נמצאה כמעלה את הסיכון לחלות במחלת קרוהן, מחלת מעיים כרונית. גם האדם הוא, כאמור, פרימט, ואנחנו צאצאי אותו קוף קדמון שהוא אביהם של הקופים המודרניים. אם לפני יותר מ-35 מיליון שנה איבדה השושלת המובילה לאדם את הגן IRGM, איך קרה שכמו עוף החול, הוא חזר לפתע לחיים?

הסתבר כי שלוש מוטציות שונות נדרשו כדי להחזיר את הגן לפעילות. אחת מהן היתה, שוב, הכנסת מקטע DNA זר. מקטע DNA זה היה שייך פעם, בעבר הרחוק, לרטרו-וירוס – וירוסים בעלי שיטת פעולה ייחודית, בה הם מכניסים את החומר הגנטי שלהם לתוך ה-DNA של התא אותו הם מדביקים. אם וירוס כזה מדביק תא-מין, החומר הגנטי שלו עובר לעובר ונהיה חלק מהגנום שלו, וכך עובר הלאה לצאצאיו. במקור, החומר הגנטי המוכנס לתא אמור לייצר עוד ועוד וירוסים, אבל גם DNA של וירוסים עובר מוטציות, ולאחר זמן נשאר בתא רק שריד חסר משמעות של מה שהיה פעם חומר גנטי של וירוס. במהלך האבולוציה "רכשו" בני האדם בצורה כזו DNA מוירוסים רבים – יש המעריכים כי כ-8% מהגנום שלנו מורכב מרטרו-וירוסים לא-פעילים. והנה, חלק מרטרו-וירוס בלתי-פעיל שכזה נכנס, במקרה, ממש לפני הגן IRGM.

מדוע זה חשוב? מפני שהחלק הזה שמר עדיין על תפקידו המקורי, מהימים בהם היה חלק מ-DNA וירלי פעיל – להיות קדם (promoter), כלומר רצף DNA המאותת לחלבונים של התא: פה יש גן שצריך לתעתק. בפעם הראשונה מזה מיליוני שנים, מאז המוטציה המזיקה הראשונה, התייחס התא אל רצף ה-DNA של IRGM כאל גן אמיתי. אבל זה לא היה מספיק: נדרשו כאמור עוד שתי מוטציות, קונבנציונליות יותר, כדי להחזיר את הגן לפעילות. אחת מהן יצרה רצף DNA חדש המסמן תחילת יצירת חלבון, ישר לאחר הקדם החדש. השנייה בטלה את אחת המוטציות הקודמות, שיצרה רצף סיום מוקדם מדי.

מתי אירעו המוטציות האלו? הסתבר כי הן אינן ייחודיות לאדם, אלא משותפות גם לקופי האדם האפריקאיים, השימפנזה והגורילה, כלומר הגן חזר לחיים לפני ששלושת השושלות הללו נפרדו זו מזו. מעניין עוד יותר הוא המצב אצל קופי האדם האסיאתים, הגיבון והאורנג-אוטן: שתי המוטציות הראשונות, ההכנסה של ה-DNA הוירלי ויצירת הרצף המסמן התחלת ייצור חלבון, נמצאות גם אצלם. המוטציה השלישית, שביטלה את רצף הסיום, נמצאת גם היא – אבל לא אצל כל הפרטים. כלומר, הצורה החדשה של הגן עדיין לא התקבעה באוכלוסיה, וניתן למצוא אצלם את שתי הצורות, הפעילה והלא-פעילה. מכך ניתן ללמוד מהו הסדר היחסי בו התרחשו המוטציות, וכי הן אירעו לפני יותר מ- 18 מיליון שנה – אז נפרדו השושלות של קופי האדם האפריקאיים והאסיאתים.

זוהי הפעם הראשונה בה נמצא גן ש"שב לחיים" לאחר שמוטציות הפכו אותו ללא פעיל – אחד המדענים השווה את המצב הזה ל"ברק שמכה פעמיים באותה נקודה". שאלות רבות נותרו עדיין פתוחות: כיצד יכלו הקופים "לוותר" על הגן, מבלי שהדבר פגע בהם (אבדן הגן המקביל אצל עכברים משאיר אותם חשופים מאוד למחלות)? ואם הגן היה מיותר, מה הוביל ל"חזרתו לחיים" אצל קופי האדם? ייתכן כי המחקר הזה יוביל חוקרים נוספים להסתכל בעניין חדש על הגנים ה"מתים" שמצויים עדיין בגנום שלנו ושל יצורים אחרים – ואולי מחקרים אלו יכוונו אותנו אל התשובות.

למאמר שהתפרסם ב-PLoS Genetics

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

24 תגובות

  1. מעבר לזה יש עוד הרבה מאד גנים אחרים שדומים באדם ובשימפנזה ושונים בקופים האחרים. לא מדובר כאן בהנחה של הכותב אלא במה שמקובל בקרב חוקרי האבולוציה בהסתמך, בין השאר, על הגנום של בעלי החיים השונים.

  2. גם באדם וקופי האדם קיימת המוטציה ההורסת, המוטציות ה"בונות" קיימות בנוסף לה ולכן ההסבר המוצע הוא ההגיוני ביותר

  3. הכותב הניח, לדעתי יתכן בטעות, כי ההתפצלות האבולוציונית של קבוצות האדם וקופי האדם מקבוצות הקופים והקופיפים נעשתה לאחר התפתחותם האבולוציונית של הקופים והקופיפים.
    האם הנחה זו וודאית ?
    לדעתי אפשר והיא מוטעית. יתכן כי האדם וקופי האדם התפצלו, מהפרימאטים הפרימיטיביים,עוד בשלב אבולוציוני מוקדם יותר, בטרם התפתחות הקופים והקופיפים ולפיכך, לא קיימת בהם אותה מוטציה הקיימת בקופיפים ובקופים, שגם הם מהוים התפתחות אבולוציונית ביחס לפרימט הקדמון שממנו התפצלו.
    כך אפשרי שהמוטציה המובחנת בהם היא מאוחרת ביחס להתפתחות האדם ולפיכך, אין ביטחון כי ההסבר של מוטציות בונות על גבי מוטציות הורסות הוא ההסבר הנכון.

  4. בהמשך לתגובה 7 שלי רציתי רק לציין שהדיון בנושא זה עם עדי מרקוזה הס התחיל בקישור הבא:

    אז, כאמור, עוד לא הגעתי למסקנות אותן הצגתי בתגובה 7

  5. היבריד:
    הלוגיקה במיטבה!
    מכיוון שאין שני בני אדם עם אותו DNA – בוא נסיק גם – כמיטב המסורת שאתה מנסה להנחיל לנו – שאין שני בני אדם שנולדו לאותו אב (או אם) או – במילים אחרות – שאחים זה רק מדע בידיוני.
    הצגת המציאות כמדע בידיוני הולכת היטב עם הצגת ה"מדע" הבידיוני כמציאות.

  6. העובדה שיש שוני בין בני האדם יכולה להעיד על כך שלא בהכרך נוצרנו כולנו מאותו אב קדמון,
    העובדה שניתן לעשות מניפולציות בעכברים יכולה להעיד שגם בבני אדם ניתן לעשות מניפולציות.
    הסקת המסקנות של יונת ושילוב העובדות אולי מספיקות ליונת בשביל להאמין לעצמה.
    אף אחד לא רוצה להאמין שהוא סתם ביזבז משאבים.

  7. יונת… אני יודע זו הייתה רק הלצה.

    תחשבי שלא היו לך ציפורניי רגליים ? :O איך היית עושה לק ?

    ייתכן שכמו קוד תוכנה ישנם חלקי קוד לא בשימוש אולם זה לא אומר שהם לא תלויים בשום דבר והפוך שדבר לא תלוי בהם.
    אז הטענה אם יש משהוא סתם עדיין לא מוכחת לפה או לשם.

    לעשות REVERSE ENGINEERING לDNA האדם… משהוא שייקח כמה שנים טובות.

  8. היבריד:
    אבל משימתך כבר לא הושלמה אז אתה יכול לחזור

  9. בכלל – כל הרעיון הזה של היות היצורים החיים מותאמים אופטימאלית והעדרם של מנגנונים שאינם מקנים יתרון הוא רעיון מופרך מיסודו וכפי שכבר אמרתי פעם – הוא נמצא בסתירה חזיתית עם האבולוציה ועם העובדות המאששות אותה.
    הרי אבולוציה היא תהליך בו נבחרות הווריאציות המצליחות ביותר מבין שלל הווריאציות הקיימות.
    מה זה אומר?
    זה אומר שבכל שלב יש שלל ווריאציות ואם נבחרת האופטימאלית הרי שהשאר לא היו אופטימאליות.

  10. לגיל דותן –
    הגן של הפטריות ברגליים נמצא אצל הפטריות…

    וברצינות:
    למה בעצם שחלק מה-DNA לא יהיה שם "סתם"?
    תחשוב על זה ככה:נניח שמקטע DNA שאינו מקודד לגן ואין לו תפקיד בקרתי או כל תפקיד אחר (כמו למשל גן שאיבד את תפקודו בעקבות מוטציות, או פיסה מגנום של וירוס), נמצא בגנום של יצור כלשהו. ידוע שדברים כאלו קרו וקורים. האם הוא יעלם? למה? הוא "תופס" טרמפ על מנגנון התורשה ומועבר לדור הבא, יחד עם כל הגנים המועילים. אם נוכחותו שם מזיקה, הפרטים בהם הוא ימצא יעמידו פחות צאצאים והוא בסופו של דבר יעלם – זו הברירה הטבעית. אבל אם הוא אינו מזיק, הוא ישאר שם – ולאחר כמה עשרות מיליוני שנה יצטברו לא מעט רצפים כאלו, שאין להם שימוש.

    אנחנו סוחבים איתנו את העבר האבולוציוני שלנו – והוא כולל איברים שיוריים, שאין להם שימוש כיום. אני לא אכנס לשאלה האם לתוספתן יש תפקיד בגופנו או לא (יש על זה ויכוח), אבל לשם מה, למשל, אנחנו צריכים ציפורניים ברגליים? הן שם, ככל הנראה, כי הן לא מזיקות או מפריעות, ולא דורשות השקעת משאבים גדולה במיוחד – והן שמשו את אבות אבותינו בתור טפרים. כיום הן פשוט איבר שיורי. בדיוק באותה צורה ייתכן גם גן שיורי – שהיה שימושי פעם, והיום כבר לא.

    ישנן עדויות רבות שלא כל ה-DNA בתאים הוא חיוני וחשוב – העובדה שיש אזורים בגנום האנושי שבהם יש שונות רבה מאדם לאדם ברצף ה-DNA, כך שלא נראה שהוא מקודד למסר חשוב כלשהו, והעובדה שבעכברים בואורגניזמים נוספים ניתן להכניס גנים ובכך "להפריע" לרצף באזורים נרחבים בגנום, ללא כל השפעה על התפתחות האורגניזם.
    שוב, ייתכן כי נגלה יום אחד שכל ה-DNA הוא חשוב והכרחי – למיטב ידיעתי, בכל אופן, אין סיבה מיוחדת לחשוב כך כיום, מלבד האמונה ש"הטבע הוא לא בזבזן" – אבל לאבולוציה אין צוות ייעול, והטבע בהחלט יכול להיות בזבזן בתחומים מסויימים.

  11. בחוויה הנוכחית שלי אני בגוף של אדם ולכן גם אני חלק מהתהליך הכללי.

    בתהליך האבולוציוני הנוכחי ההתפתחות היא בגופים העדינים ובתודעה
    "אילומינוס" =מתייחס לגוף "המואר" "האנרגטי"

    לאדם שמאמין שקופים יכולים להתפתח לאנשים חושבים אין קושי להאמין שבני אדם יכולים להתפתח למשהו חדש ומופלא עוד יותר.

    אגב, אני לא אחזור "הביתה" עד שמשימתי לא תושלם.

  12. היבריד:
    כמובן!
    ובהומו אילומינוס ישתמשו לתאורה.
    הוא יהיה מין סוג של גחלילית דמויית אדם אותה ידביקו לחלליות שלכם כדי שתזהרנה עוד יותר.
    אגב – מדוע אתה אומר "לפנינו"? הרי אתה כבר עברת את הדרך הזאת מזמן, לא?
    ועוד דבר – מזמן לא שמענו ממך. כבר חשבתי שנסעת הביתה לפליאדות.

  13. האבולוציה של ה"הומו סאפייאנס" מקודדת עוד מראשית החיים בדרך לשלב הבא:
    "הומו אילומינוס".
    כל הגנים , גם אלו שאינם ידועים משמשים לדבר מה.

    יש עוד דרך לפנינו ותגליות רבות….

  14. סליחה שאני מפריעה, אבל על מה אתם מדברים?
    אולי תסבירו לנו בצורה פופולארית את הנושא!

  15. בטח הגן של הפיטריות ברגליים נמצא שם איפשהוא…. כי די קשה להתפטר מזה 😀

    ייקח עוד אי אילו שנים טובות עד שנדע למה יש את שאר הDNA.

    סתם הוא לא שם…

  16. ראיתי את תגובתו של חנן סבאט ותכננתי להגיב משהו דומה לתגובתה של יונת אשחר אבל אז ראיתי את תגובתה והסתבר לי שאיחרתי.
    הייתי מוסיף לתגובה שני דברים, עם זאת.
    האחד הוא סתם חלק מתרבות מקומית – הייתי מפנה את חנן לדיון שהתפתח כאן סביב השאלה "איך אנחנו יודעים שאנחנו יודעים" לצורך הבהרה נוספת של המונח "גן בעל מטרה ידועה".
    השני הוא הדגשה של העובדה שרטרו ווירוסים אכן נוטים להשתלב בגנום של התא יותר מאשר וירוסים רגילים.
    אני זוכר שכבר נתקלתי בעבר בהתבטאויות שייחסו את השילוב ב DNA לרטרו ווירוסים ובאחת ההזדמנויות העליתי באתר זה תהייה דומה לזו שהעלה חנן.
    עדי מרקוזה הס שהשיבה לתגובתי באמת אמרה שלא הייתה סיבה מיוחדת לכך שאמרה רטרו ווירוס ולא ווירוס אבל אחרי שקראתי עוד קצת חומר וחשבתי עוד מעט על הנושא נראה לי שחייבת להיות סיבה לעובדה שכולם מייחסים לרטרו ווירוס ולא לווירוס את ההשתלבות ב DNA וסיבה כזאת חייבת להיות גם אם לא כל מי שמתבטא כך יודע מהי.
    הניתוח שלי – נכון לנקודה זו – ואשמח אם מישהו שלמד את הנושא באמת ולא ניחש אותו כמוני משברי אינפורמציה – יאשר או יפריך את הדברים – הוא כדלקמן:
    ווירוס רגיל מחדיר את ה DNA שלו לתא ומנצל את מנגנוני השכפול של התא כדי לשכפל את עצמו.
    עם זאת – בדרך כלל *אין* ווירוס כזה משתלב בכרומוזומים עצמם.
    מדוע אינו עושה זאת?
    כי אילו השתלב בכרומוזומים עצמם הוא היה הופך לחלק מן התא ולא היה משתכפל אלא כאשר התא עצמו משתכפל!
    ה DNA של ווירוס כזה משתלב בתא בנפרד מן הכרומוזומים "כדי" שיוכל להשתכפל בקצב הרבה יותר גבוה מהם!
    מה קורה עם רטרו ווירוס?
    מבחינתו אין בעיה כזאת.
    הוא גורם לתמונת ה DNA שלו להשתלב בכרומוזומים באמצעות Reverse transcriptase ואחריו integrase ואז מתלבש, לצורך שיכפול, על המנגנון המייצר RNA מתוך ה DNA.
    מנגנון זה מופעל בתא ללא הפסק (למשל לצורך ייצור חלבונים) ולכן הוא ייצר עותקים רבים של הווירוס ללא צורך בשכפול התא.
    אני רוצה להוסיף ולומר שאני ממש גאה בניתוח הנ"ל כיוון שלא מצאתי אותו בשום מקום למרות ששאלתי גם גנטיקאים מקצועיים אבל כמובן שאם מישהו שמתמצא היטב בנושא ייתן הסבר טוב יותר אשמח לאמץ אותו.

  17. שלום חנן
    תודה על התגובה…
    לגבי ה ה-Junk DNA – אתה צודק, ישנם מחקרים חדשים המראים כי יש תפקידים חשובים לחלק מה-DNA שלא מקודד לחלבונים, בעיקר בכל הקשור לבקרה. חלקם אף משועתקים ויוצרים RNA בעל תפקיד בתא, גם אם הוא אינו הופך לחלבון. עדיין איננו יודעים הכל בקשר ל-DNA הזה, ולכן כתבתי "חסרי מטרה *ידועה*", ולא "חסרי מטרה". עם זאת, אני לא מקבלת את הטענה ש"הטבע לא משאיר שום דבר מיותר". לטבע אין תכנית פעולה, וישנם כנראה דברים שנמצאים בגנום שלנו פשוט מפני שהם היו שם קודם – אולי פעם היה להם תפקיד, ואולי הם נכנסו בתור וירוסים וכו' – והם לא מספיק מפריעים בשביל שהברירה הטבעית תסלק אותם משם. התיאוריה הנוכחית היא שעדיין חלק גדול מה-DNA בגופנו אינו משמש לשום מטרה. אך ייתכן, כמובן, שזו טעות.

    בקשר לרטרו-וירוסים – לא מדויק. ישנם הרבה נגיפי RNA שלא מחדירים את החומר הגנטי שלהם ל-DNA של התא (כמו נגיפי שפעת, למשל), אלא רק מעתיקים אותו בציופלסמה. נגיפי DNA כן מחדירים את החומר הגנטי שלהם ל-DNA המארח, ורטרו-וירוסים, כפי שציינת, הם נגיפי RNA, שיוצרים בתא DNA על פי התבנית של ה-RNA שלהם, ואז מחדירים אותו לגנום של התא. לא רציתי להיכנס לתוך כל הוירולוגיה הזו בכתבה עצמה, אבל בכל אופן – תודה על ההבהרה.

  18. בשנים האחרונות מצטבר יותר ויותר מידע על מה שמכונה "JUNK DNA".

    לדעתי, לטעון שאין לו כל מטרה ידועה, לא מדוייק.

    מחקרים אלו מעלים אפשרות שלא רק שישנם גנים "רדומים" (ולאו דווקא גנים שפעלו פעם וצברו מוטציות, אלא גנים שתפקודם אינו ידוע כלל וגם לא מקורם, מכיוון שחלק מהם נמצא רק באדם ולא בבעלי חיים אחרים). בנוסף, חושבים כיום שחלק מאותו DNA, אחראי לפיקוח על תהליכים אחרים בתאים ואף ישנם מחקרים מרחיקי לכת יותר, המעלים שאלות באשר למקורם של מקטעים הנראים כמקודדים, אבל אין להם שום מקבילה פרט לאדם (ותוצריהם בלתי ידועים).

    בגדול ניתן לומר – הטבע לא משאיר שום דבר "מיותר". לא איברים, לא יצורים וכנראה שגם לא גנים.

    בנוסף, הערה – מדוע להגדיר רטרו-וירוס, כ"וירוסים בעלי שיטת פעולה ייחודית, בה הם מכניסים את החומר הגנטי שלהם לתוך ה-DNA של התא אותו הם מדביקים"? כל וירוס פועל ע"י מנגנון זה. רטרו-וירוסים ייחודיים בכך שמולקולות ההורשה שלהם מבוססי RNA ולא DNA.

    חנן סבט
    http://WWW.EURA.ORG.IL

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן