A tengerparti szexszel kezdődik. A zebrahalak párjai elválnak a raj többi tagjától, és egyre sekélyebb és sekélyebb vízbe vonulnak, miközben gyors, szökdécselő mozdulatokkal folytatják az egymás körüli cikázást. Amikor a nőstény eléri a csupán néhány centiméterrel a vízvonal alatt lévő talajt, a part közelsége biológiai reakciót vált ki, és több száz petéből álló fészekaljat rak le. Ezeket partnere azonnal megtermékenyíti. Napokon belül több száz fiatal zebrahal fejlődik ki olyan szintre, hogy képesek vadászni és zsákmányt enni.
Ez egy figyelemre méltó teljesítmény, a természet egyik legérdekesebb szaporodási rituáléja (lásd a 32. oldal keretes írását). A zebrahalak párosodásának azonban olyan következményei vannak, amelyek messze túlmutatnak a puszta biológiai kíváncsiságon. Ez a hal az utóbbi években megdöbbentő tudományos jelentőségre tett szert, és ma már kulcsszerepet játszik az emberi testben található mind a 20 000 gén szerepének feltárásában. A leginkább akváriumi háziállatként ismert élőlény tudományos sztárrá vált.
Ez egy drámai átalakulás. De miért következett be? Mi olyan különleges ebben az ázsiai édesvízi patakok apró, fekete-fehér lakosában. És ami még fontosabb, milyen orvosi titkokat segít megfejteni? Az első kérdésre a válasz egyszerű. A zebrahal szárnyaló népszerűsége azért alakult ki, mert a tudósok által az emberi betegségek modellezése során keresett tulajdonságok kívánságlistáján szinte minden pontot kipipál.
Elsőként ott van a számok egyszerű kérdése. Minden egyes alkalommal, amikor egy zebrahal lerakja petéit, több száz utódot hoz létre, így a tudósok bőséges mennyiségű célpontot kapnak a kutatásaikhoz. Ráadásul a zebrahalak elképesztő sebességgel nőnek. “Egy embrió egy nap alatt annyit fejlődik, mint egy emberi embrió egy hónap alatt, és egy hal három hónap alatt éri el a teljes felnőttkort – és a maximális méretét, ami körülbelül két hüvelyk -,” – mondja Elisabeth Busch-Nentwich, a Cambridgeshire-i Sanger Intézet zebrahal-kutatója.
A zebrahalak nagy számát könnyű laboratóriumokban tartani. Egy sós garnélarákból és friss vízből álló étrend évekig boldoggá teszi őket. És végül, ami talán a legfontosabb, a fiatal zebrahalak szinte teljesen átlátszóak, ami kritikus tulajdonság, mivel lehetővé teszi a kutatók számára, hogy tanulmányozzák a testükben lévő sejteket, amint azok növekednek és osztódnak. Ez utóbbit egy másik Sanger-kutató, Keren Carss hangsúlyozza. “Mindenféle kísérleti változtatásokat végezhetünk a zebrahal-embriókon, és szinte azonnal láthatjuk az élettani eredményeket. És ezeket a változásokat nagyon könnyen tanulmányozhatjuk, mivel a zebrahalak szinte átlátszóak. Látni lehet, hogy mi történik velük anélkül, hogy hozzá kellene érni, és ezt nem lehet megtenni más laboratóriumi állatokkal, amelyeket meg kell ölni ahhoz, hogy tanulmányozni lehessen őket. Ez teszi a zebrahalat nagyon hasznossá a tudomány számára.”
A Danio rerio, hogy tudományos nevüket adjuk, valójában nem annyira hasznos, mint inkább nélkülözhetetlen a modern biológiai kutatások számára. Átlátszóságával és figyelemre méltó növekedési sebességével együtt a zebrahal genetikai felépítése meglepően közel áll a Homo sapienséhez.”
Az eredmény az, hogy a tudósok már több száz emberi gén funkciójának pontos meghatározására használták a halat. “A Human Genome Project 10 évvel ezelőtti befejezésének köszönhetően felfedeztük mindannak a mintegy 20 000 génnek a szerkezetét, amelyek az emberi felépítést alkotják” – mondja Derek Stemple, a Sanger egér- és zebrahal-genetika vezetője.
“De azt nem tudtuk meg, hogy ezek a gének mit csinálnak az emberi testben. Ez az a feladat, amellyel ma szembesülünk. Fel kell fedeznünk, hogy mit csinálnak a génjeink, milyen fehérjéket állítanak elő, és hogyan hatnak egymásra. Megtudtuk, hogy néhány gén mit csinál, de a túlnyomó többség szerepe rejtély marad – és itt jön a képbe a zebrahal.”
“A génjeink mintegy 70%-áról kiderül, hogy van egy zebrahal megfelelője. Sőt, ha megnézzük az emberben betegséget okozó géneket, ezek 84%-ának van zebrahal analógja. Ezért fizetett a Wellcome Trust annyi pénzt a Sanger Intézetben a zebrahalak tanulmányozására.”
Az emberi és a zebrahal genomok összehasonlításával elért sikerek közé tartozik több, korábban ismeretlen gén felfedezése, amelyek az izomdisztrófia ritka formáiban játszanak szerepet; az emberi embrió fejlődésében és a szív fiziológiájában szerepet játszó genetikai útvonalak felfedezése; és olyan gyógyszereké, amelyeket most a bőrrák jövőbeli kezelésére tesztelnek. Dr. Tim Chico, a Sheffieldi Egyetem kardiológus tanácsadójának munkája egy másik példa erre. “Ugyanazok az útvonalak és gének, amelyek az én szívemet és a te szívedet létrehozták, felelősek a szív fejlődésének bekapcsolásáért a zebrahalakban” – mutat rá Chico. És ez a hasonlóság nagyon fontos következményekkel jár, teszi hozzá.
“Sok ezer vegyületből álló könyvtárunk van, amely a szívbetegségek következő legjobb gyógyszere lehet. A zebrahalak segítségével nagyon gyorsan ki tudjuk szűrni őket, hogy lássuk, van-e hatása a vegyületeknek. Kikapcsolhatjuk a géneket, és megnézhetjük, hogy a zebrahal hogyan növeszti újra az ereket, hogy kijavítsa a károsodást. Ha az emberben is be tudnánk kapcsolni a megfelelő géneket, akkor tovább élhetnénk és jobban túlélnénk egy szívrohamot.”
Ezek a projektek megmagyarázzák, hogy a zebrahal miért vált a tudósok számára olyan fontos állattá. De pontosan hogyan forgatják ki a kutatók az információkat egy olyan élőlényből, amely utoljára körülbelül 300 millió évvel ezelőtt osztozott az emberiséggel közös ősén? A választ Stemple adja meg. A kutató egy biciklikkel, bukósisakokkal és különféle kidobott ruhadarabokkal teli irodában ül. Szobája egy hatalmas építkezésre nyílik a cambridgeshire-i Genome Campus szélén, ahol a Sanger Intézettel közös Európai Bioinformatikai Intézet új központja épül. Az először a múlt században kialakított Genome Campus azóta is intenzív terjeszkedés középpontjában áll, amelyet a géntechnológia figyelemre méltó fellendülése hajtott.
A tudósoknak évekbe telt, és fontmilliárdokat költöttek, hogy szekvenálják a legelső emberi genomot. Ma ez a feladat néhány ezer fontért elvégezhető, és csak néhány órát vesz igénybe. A Sanger Intézet automatizált génszekvenáló gépeiből ma már naponta több billió bitnyi adat ömlik ki, ahogy kutatói a betegek, állatok – köztük a zebrahalak – és daganatos sejtek genetikai szerkezetét vizsgálják, egy olyan adatlavina, amelyet egy sor nagy teljesítményű számítógép irányít, amelyeknek saját, lenyűgözően nagy épületük van. “A bioinformatika a jövő tudománya” – mondja Stemple. “Ez vezérli az itteni munkánkat, és ez vezérli a zebrahalakkal kapcsolatos kutatásainkat is.”
Az, hogy hatalmas adathalmazokat tudjunk elemezni, fontos ahhoz, hogy a zebrahalakat az emberi gének titkainak feltárására használjuk. Az ezen információk előállításához alkalmazott mögöttes eljárások azonban a genetikai kutatás hagyományosabb megközelítésein alapulnak. “Amit mi csinálunk, az az, hogy mutációkat generálunk” – mondja Stemple. “Vegyszerekkel kezeljük a hím zebrahalakat, és ez mutációkat hoz létre a génjeikben.”
A gének felelősek a fehérjék előállításának irányításáért minden állat testében. Tehát egy gén mutációja megzavarja az általa előállított fehérjét. Például egy olyan fehérjét állíthat elő, amelyik kettévágódik. A kutatók trükkje az, hogy a gén egy adott mutációját összekapcsolják a zebrahal megjelenésének vagy viselkedésének megváltozásával, és ez a kapcsolat elvezeti őket annak a fehérjének a felfedezéséhez, amelyet általában az adott gén állít elő.
“A célunk az, hogy kiderítsük egy gén funkcióját, amikor az nem mutálódott, amikor normális állapotban van” – teszi hozzá Busch-Nentwich. “Mivel a zebrahalaknak nagyon sok közeli megfelelője van a Homo sapiens génjeinek, ez is elárulja majd nekünk az emberi gén funkcióját.”
Ezért a kutatók – miután létrehozták mutáns zebrahal hímjeiket – kezeletlen, normális nőstény zebrahalakkal tenyésztik őket. A hímek mutációit ezután továbbadják a zebrahalak új generációjának. Ezt az első generációs halat aztán keresztezik, hogy létrehozzanak egy második generációt, amelyben egyes halak ugyanannak a mutáns génnek a két példányával rendelkeznek – az egyik az anyjuktól, a másik az apjuktól -, és amely egyértelműen megmutatkozik a fiatal halak fiziológiájában.
“A tenyésztett halak genomját is szekvenáljuk” – teszi hozzá Stemple. “Ezután megnézzük a végső generációnkban lévő halakat, és megvizsgáljuk azokat, amelyek szokatlan tulajdonságokkal rendelkeznek. Nemrég például találtunk egy olyan zebrahalcsaládot, amelyet a mutációs kutatásaink révén hoztunk létre, és amelyből teljesen hiányzott a pigmentáció.”
“A genomelemzésből azt is láthattuk, hogy a gén egy mutációval rendelkezik az slc22a7b nevű génben. Egyértelmű kapcsolat mutatott arra, hogy ez a gén részt vesz a pigmentációban. Mi több, ennek a génnek van egy emberi megfelelője, amelyről most már úgy véljük, hogy az emberben a pigmentációban szerepet játszó gének kódolásáért felelős.”
A zebrahalak orvostudományi értékének másik példáját a Carss által a Sangerben végzett kutatás szolgáltatja. Az izomdisztrófia egy dystroglycanopathia nevű formáján dolgozik, amely általában csecsemőknél és kisgyermekeknél fordul elő, és gyengeséget és mozgáskiesést okoz. A zebrahalak segítségével Carss felfedezte, hogy a B3galnt2 és a GmppB gének mutációi az egészséges embriókhoz képest kicsi és hajlott embriókat eredményeztek.
“A zebrahal embriók a megzavart génekkel olyan szerkezeti és funkcionális hibákat mutatnak, amelyek a dystroglycanopathiában szenvedő gyermekek tüneteit utánozzák” – teszi hozzá Carss. “Ez nagyon erős bizonyíték arra, hogy a B3galnt2-ben és a GmppB-ben talált mutációk dystroglycanopathiát okoznak a gyermekeknél. Azzal, hogy tudjuk, hogy ezek a gének érintettek, támpontokat kapunk arra vonatkozóan, hogy milyen kezeléseket tudnánk adni ezeknek a gyermekeknek. A biztonság kedvéért a zebrahal-embriókon tesztelhetnénk ezeket a kezeléseket.”
A zebrahal-kutatás iránti lelkesedést Leonard Zon, a Harvard Medical Schoolhoz tartozó bostoni gyermekkórház gyermekgyógyász professzora is osztja. “A zebrahal fantasztikus biológiai rendszer” – mondja. “Az embrióik képesek felszívni azokat a vegyi anyagokat, amelyeket a vizükhöz adtunk. Így könnyű mutációkat előidézni a génjeikben.”
A csoportja által végzett egyik kísérletsorozatban Zon különböző gyógyszereket adott a zebrahal-embriókhoz, és felfedezett egy prosztaglandin E2 nevű gyógyszert, amely növelte a vér őssejtjeinek szintjét – és ebből következtetve az emberek vér őssejtjeinek szintjét is. Ezek a sejtek, amelyek a csontvelőnkben keletkeznek, a vérünket alkotó összes sejttípus előfutárai, beleértve az immunrendszerünket alkotó fehérvérsejteket is.
A felfedezés Zon szerint azért lehet jelentős, mert felhasználható lenne a betegek, különösen a rákos betegek őssejt-transzplantációjának fokozására. “A csontvelő a kemoterápia során elpusztul, és a betegeknél a kezelés befejezése után pótolni kell. Ha egy betegnek nincs olyan rokona, akinek a csontvelője megegyezik az övével, az orvos a köldökzsinórból vett vér őssejteket használja. Ezeket ma már rutinszerűen tárolják a köldökzsinórbankokban. A köldökzsinórvér transzfúziója helyreállíthatja a betegek immunrendszerét. Ezek a köldökzsinórok azonban csak kevés sejtet tartalmaznak, ezért meg kell találnunk a módját annak, hogy gyorsan növeljük a vér őssejtek számát, amíg a betegek immunrendszere károsodott. A prosztaglandin E2 – amelyet a zebrahalakon végzett munkánk alapján határoztunk meg – egy módot javasol erre.”
Ezt az elképzelést már a zebrahalakon és egereken végzett korai kísérletek is alátámasztották. Zon és csapata csontvelőt vett ki egerekből, és néhányat prosztaglandinnal kezeltek. Néhányat pedig kezeletlenül hagytak. Ezután a tudósok visszatették a csontvelőt az egerekbe. A prosztaglandinnal kezelt csontvelő sokkal gyorsabban helyreállította az egerek vér- és immunrendszerét, mint a kezeletlen változat.
Ezt az állatkísérletes munkát most megismételték egy első fázisú klinikai kísérletben embereken, tette hozzá Zon. Kemoterápián átesett leukémiás betegeknél azt találták, hogy a prosztaglandinnal kezelt köldökzsinórvér-transzfúzió több nappal korábban helyreállította a fehérvérsejteket és a vérlemezkéket, mint azoknál a betegeknél, akiknél nem adtak prosztaglandint a köldökzsinórvér-transzfúzióhoz. “Ez nagyon ígéretes fejlemény” – teszi hozzá Zon.”
A Sanger Intézet finanszírozza 8000 keresztezett mutáns zebrahal vizsgálatát, amelyektől a tudósok azt várják, hogy az emberi gének 80-90%-ának funkcióját pontosan meghatározzák.”
“Eddig körülbelül 3000 mutáns zebrahal genomját szekvenáltuk, és a fehérjéket kódoló gének mintegy felében azonosítottunk mutációkat” – mondja Stemple. Mindezt az információt olyan központokon keresztül tesszük nyilvánosan hozzáférhetővé, mint az oregoni Zebrafish International Resource Centre és a németországi Karlsruhéban található European Zebrafish Resource Centre. Az általunk létrehozott mutáns zebrahal törzsek mindegyikéből fagyasztott spermamintákat is küldünk ezeknek a központoknak, hogy azokat ott archiválni lehessen. A tudósok a világ bármely pontján kérhetik, hogy ezt a fagyasztott spermát egy adott mutációval rendelkező zebrahal törzs létrehozásához használhassák. Ezután tesztelhetik azokat a gyógyszereket, amelyek az adott gén emberi megfelelőjéhez kapcsolódó betegségeket kezelhetik, hogy megtalálják a leghatékonyabbakat.
“Egy rendkívül hatékony eszközt fejlesztünk így ki, amely pontosan meghatározza valamennyi génünk funkcióját, és segít olyan új gyógyszerek létrehozásában, amelyek képesek kezelni az ezekhez a génekhez kapcsolódó betegségeket. És mindez a zebrahalnak köszönhetően történik.”
{{{topLeft}}
{{{bottomLeft}}
{{{topRight}}
{{{bottomRight}}
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}}
{{{/paragraphs}}}{{{highlightedText}}
- Megosztás a Facebookon
- Megosztás a Twitteren
- Megosztás e-mailben
- Megosztás a LinkedInen
- Megosztás a Pinteresten
- Megosztás a WhatsAppon
- Megosztás a Messengeren
.