Ce s-a întâmplat după ce gene mai vechi decât însăși viața au fost introduse în șoareci

Cu ochii lor mici și negri și blana gri-pestriță, șoarecii născuți într-un recent experiment de laborator din Hong Kong sunt diferiți de orice alt exemplar al speciei lor sau, de fapt, de orice alt animal, pentru că conțin gene mai vechi decât viața animală. Totuși, în ciuda diferențelor fundamentale, par complet obișnuiți, un fapt care dezvăluie un adevăr uluitor despre istoria noastră evolutivă.

Acești șoareci au fost modificați prin introducerea de gene mai vechi decât viața animală, de la un microorganism unicelular numit coanoflagelat. Deși nu este un animal, acest microb este strâns legat de animale, păstrându-și forma aproape neschimbată încă din vremuri premergătoare apariției vieții multicelulare complexe.

• Creierul are mai multe sisteme de apărare decât am crezut, indică un studiu
• Cât timp ar putea trăi pe Marte microbii de pe Pământ?

Succesul acestor gene ale coanoflagelatelor într-un organism atât de complex și multicelular precum șoarecele oferă perspective noi asupra originii trăsăturilor animale.

De la organisme unicelulare la multicelulare

Animalele posedă o abilitate numită pluripotență, care le permite celulelor stem embrionare să se diferențieze și să dezvolte o varietate de țesuturi necesare unui organism complet format. Deși coanoflagelatele nu au această abilitate, posedă versiuni ale genelor responsabile de pluripotență la animale.

Prin înlocuirea genelor de șoarece cu versiuni ale coanoflagelatelor, cercetătorii au putut determina cât de similare sunt aceste gene în ceea ce privește funcționalitatea, scrie Science Alert.

„Creând un șoarece folosind instrumente moleculare derivate din rudele noastre unicelulare, asistăm la o continuitate extraordinară a funcției, care se întinde pe aproape un miliard de ani de evoluție”, explică geneticianul Alex de Mendoza, de la Queen Mary University (Marea Britanie).

„Studiul sugerează că genele-cheie implicate în formarea celulelor stem ar fi putut apărea cu mult înainte de apariția celulelor stem propriu-zise, contribuind, probabil, la dezvoltarea vieții multicelulare”, continuă acesta.

Se crede că pluripotența a apărut odată cu animalele multicelulare, acum aproximativ 700 de milioane de ani. Totuși, cercetările anterioare pe microbi înrudiți cu animalele sugerează că originile pluripotenței preced multicelularitatea, putând fi un factor care a propulsat evoluția animalelor, nu doar o consecință a acesteia.

Genele Sox ale coanoflagelatelor prezintă trăsături similare cu cele ale genei Sox2 la mamifere. În cazul șoarecilor, Sox2 interacționează cu o genă POU numită Oct4, însă genele POU ale coanoflagelatelor nu pot genera celule stem pluripotente.

Ce s-a întâmplat când au fost introduse în șoareci gene mai vechi decât viața animală?

O echipă de cercetători condusă de Ya Gao și Daisylyn Senna Tan, de la Universitatea din Hong Kong, și Mathias Girbig, de la Institutul Max Planck pentru Microbiologie Terestră din Germania a dorit să afle ce s-ar întâmpla dacă gena Sox2 a mamiferelor ar fi înlocuită cu gena Sox a coanoflagelatelor.

Cercetătorii au crescut celule stem clonate de șoarece și au reprogramat genomurile acestora, înlocuind Sox2 cu gena Sox a coanoflagelatelor. Aceste celule au fost injectate în blastociste de șoarece, care au fost implantate în femele surogat pentru a fi gestate și crescute într-un mediu adecvat.

Puii himerici s-au născut cu o combinație de trăsături bazate pe moștenirea lor genetică. Deși erau evident șoareci, aveau ochi negri și pete de blană închisă, indicând genetica lor mixtă. În rest, erau destul de normali, ceea ce sugerează că genele Sox ale coanoflagelatelor au fost capabile să genereze celule stem compatibile cu dezvoltarea șoarecilor.

Acest lucru indică faptul că mecanismele pentru crearea pluripotenței s-au dezvoltat la coanoflagelate înainte de apariția multicelularității.

„Coanoflagelatele nu au celule stem; sunt organisme unicelulare, dar posedă aceste gene, probabil pentru a controla procese celulare de bază pe care animalele multicelulare le-au adaptat ulterior pentru a construi corpuri complexe”, explică de Mendoza.

Rezultatele sugerează că factorii de transcripție Sox la coanoflagelate, cu sute de milioane de ani în urmă, erau biochimic similari genelor Sox care au funcții importante în organismele multicelulare de astăzi. Incapacitatea genelor POU ale coanoflagelatelor de a produce celule stem pluripotente sugerează că aceste gene au trebuit să sufere modificări pentru a prelua rolul actual în pluripotență.

Cercetătorii consideră că aceste descoperiri ar putea avea implicații în cercetarea celulelor stem și în terapiile bazate pe acestea, adăugând totodată un strat fascinant de complexitate în povestea diversificării vieții pe Pământ.

Studiul a fost publicat în Nature Communications.

Vă recomandăm să citiți și:

De ce uităm? Ar putea fi acesta un beneficiu adus de evoluție?

Test de cultură generală. De ce este oceanul sărat?

Un fizician crede că a găsit ecuația mișcărilor pisicilor

Cercetătorii au proiectat o bioimprimantă 3D pentru a crea țesuturi umane