Właściwie nie jest prawdą mówienie, że każdy z nas ma własny genom. Mamy genomy. Niektórzy z nas, znani jako chimery, mają genomy więcej niż jednej osoby. Komórki dzieci pozostają w ich matkach; w macicy komórki bliźniąt mogą się mieszać. Reszta z nas – nie-chimer – może prześledzić nasze genomy do jednego źródła – zapłodnionego jaja, z którego rozwinęliśmy się. Kiedy jednak komórki w naszych ciałach dzieliły się, czasami ulegały mutacji, tworząc wachlarz zróżnicowań genetycznych znanych jako mozaicyzm.
Pisałem o chimerach i mozaikachw „New York Times”. Mój artykuł był rodzajem sprawozdania z sytuacji. Naukowcy od dziesięcioleci wiedzieli o naszych wielu genomach. Ale z nastaniem sekwencjonowania genomu jednej komórki dowiadują się teraz zaskakujących rzeczy o naszej genetycznej złożoności. Jako sprawozdanie z sytuacji moja opowieść dalece nie była ostatecznym słowem. A teraz, zaledwie parę miesięcy później, pojawiło się nowe badanie, które rzuca więcej światła na miejsce, gdzie nasza mozaikowa natura może mieć największe konsekwencje: nasze mózgi.
Przez długi czas naukowcy, którzy badali mozaicyzm, skupiali uwagę na jego mrocznej stronie. Na przykład, w latach 1960. naukowcy uznali, że komórki nowotworowe są wynikiem naszej mozaikowej natury. Mutacje powstały w linii komórek i z czasem te mutacje napędzają komórki do szybkiego wzrostu i rozwijania się w guzy. I od tego czasu badania nad mozaicyzmem obracały się wokół chorób. Prześledzono szereg rzadkich chorób, takich jak hemimakrocefalia – w której jedna część mózgu jest większa od drugiej – do mutacji powstających w rozwijających się komórkach.
To jest ważne badanie, ale istnieje ryzyko, że dostarczy skrzywionego poglądu na naszą mozaikową naturę. Pozostawia nas z pytaniem, ile genomów może mieć zdrowy człowiek. Naukowcy zaczęli zmieniać kierunek zainteresowania od choroby do zdrowia u znajdują, że możemy mieć zaskakująco dużo zmienności bez widocznych złych skutków. W „Science” Fred Gage z Salk Institute for Biological Studies wraz z kolegami dostarcza dogłębnego spojrzenia na mozaikową naturę zdrowych mózgów.
Po pierwsze, obserwowali wyłanianie się mozaiki mózgu. Hodowali trzy kolonie ludzkich komórek macierzystych na pożywce, w którą wmieszane były substancje chemiczne skłaniające komórki macierzyste do rozwijania się w neurony. Następnie wzięli 40 tych neuronów i zanalizowali ich genomy. Trzynaście spośród 40 komórek zmieniło się znacząco w stosunku do swoich przodków. Jedne przypadkowo zyskały dodatkową kopię chromosomu, podczas gdy inne miały kopie mniejszych odcinków DNA. W jeszcze innych neuronach odcinki DNA były ucięte. Te zmiany nigdy nie były takie same, co znaczyło, że powstały osobno.
Następnie naukowcy zwrócili się do rzeczywistych mózgów. Pobrali próbki tkanek od trojga zdrowych ludzi, którzy zginęli tuż po dwudziestce w wypadkach. Z tych próbek wyizolowali 110 neuronów i zbadali ich genomy. Czterdzieści pięć ze 110 neuronów miało albo dodatkowe kopie DNA, albo brakujące fragmenty. Także tutaj żadne neurony nie miały tej samej mutacji. Znaczy to, że jest nieprawdopodobne, by neurony miały wspólne mutacje, które powstały w jednym neuronie wcześnie w trakcie rozwoju. Zamiast tego nowe mutacje pojawiały się w miarę, jak mózg dojrzewał i neurony dzieliły się.
Okazuje się więc, że zamiast być rzadkim, niebezpiecznym przypadkiem, mozaika neuronów jest bujna w naszych mózgach. Rysunek poniżej pokazuje, jak to nowe badanie rozszerza nasze rozumienie tego, co to znaczy być mozaiką umysłową.
Przy tylu mutacjach dziejących się w naszych mózgach może być trudno uwierzyć, że nasze mózgi w ogóle mogą funkcjonować. W komentarzu towarzyszącym artykułowi Evan Macosko i Steven McCarroll z Harvard przedstawiają obronę, jaką nasze mózgi mogą mieć przeciwko takiemu bałaganiarstwu genomowemu. Po pierwsze, mutacje wyłaniają się na ogół w tych częściach genomu, których komórka używa najmniej. Tak więc wiele mutacji, jakie odkryli Gage i jego koledzy, mogą wpływać na geny, które i tak nie mają znaczenia dla mózgu.
Także jeśli neuron mozaikowy istotnie jest uszkodzony, mózg może mieć sposoby powstrzymania go przed powodowaniem kłopotów. Kiedy mózg rozwija się, zaczyna od wyprodukowania nadmiaru połączeń między neuronami. Dopiero później przycina wiele z tych połączeń. Mózg może ze szczególną energią stosować swój sekator do uszkodzonych neuronów mozaikowych, odcinając je od konwersacji z pozostałymi komórkami.
Jest także możliwe, że te neurony-odmieńce mogą pozwolić naszym mózgom na działanie na nowe sposoby, sugerują Macosko i McCarroll. Mózg może nie tylko tolerować różnorodność. Może od niej zależeć.
Our Speckled Brains
The Loom, 4 listopada 2013
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
Carl Zimmer
Wielokrotnie nagradzany amerykański dziennikarz naukowy publikujący często na łamach „New York Times” „National Geographic” i innych pism. Autor 13 książek, w tym „Parasite Rex” oraz „The Tanglend Bank: An introduction to Evolution”. Prowadzi blog The Loom publikowany przy „National Geographic”.
