Ma elég tingli-tangli napom volt. Az éhes sejteket megetettem, és indítottam egy új kultúrát. Az indítás végén, mikor a sejtek már ki lettek nyerve a szövetből, meg is vannak mosva, és médiumban vannak, mielőtt a tenyésztőedénybe tesszük, meg is számoljuk őket. Egyrészt, hogy tudjuk, mit várhatunk az indítástól. Másrészt, hogy x mennyiségű sejtnek mennyi letapadási felületre lesz szükségük (mekkora flaskába tegyük, vagy mennyibe), illetve mennyi médiumot kapjanak. Hát majd az összes sejt döglött volt, úgyhogy kis flaska, kevés médium, hátha lesz belőle valami.
Esett szó az RNS-ről. De mi is ez? Kezdjük talán a legelején!
A mindent mozgató, mindent uraló, mindent szabályozó és mindent meghatározó molekula a DNS*. A felépítése roppant egyszerű (a természet általában az egyszerűségre törekszik, talán mert a legegyszerűbb a legjobb): egy cukormolekulákból és foszfát-ionokból álló "gerinchez" kapcsolódnak egymás után a genetikai kódot jelentő nitrogén tartalmú szerves bázisok (ezek A, C, G és T). Tehát van egy tartószál, amin a kód van rögzítve. A kódot a nukleotidok (nukleotid a cukor-foszfát elem egy hozzá kapcsolt bázissal) sorrendje adja, a leolvasás hármasával történik.
Mit kódol? Aminosavakat. A fehérjék 20 féle aminosavból épülnek fel, a fehérje minőségét, tulajdonságait, működését az aminosavak sorrendje határozza meg. Ez a sorrend pedig a DNS-en van, minden egymás után következő aminosavat a nukleotidok hármasával alkotott kódja határozza meg. Pl. A DNS-en az "ACG" kód a treonin nevű aminosavat kódolja. Nyilván a négy nukleotid bázis hármasával csoportosítva, úgy, hogy ismétlődések is lehetnek, több, mint 20 aminosavat kódolhatna. De ez nem így van, hanem úgy, hogy ugyanaz az aminosav több kóddal is rendelkezhet (példánkban a treonint jelentheti az ACA és ACC kód is), illetve van néhány "stop" kód (pl. UAA), ami az olvasás végét, egyben a fehérjelánc végét jelenti. Van egy start kód is, ami pedig nyilván a kezdő aminosavat adja meg, ez az "AUG" (metionin).
A DNS (ha csak mondjuk többsejtű élőlényekről beszélünk) duplaszálú, ez a két szál alkotja a jól ismert kettős spirál formát. Kívül fut a cukor-foszfát gerinc, befelé néznek a bázisok. Ezek egymással össze is kapcsolódnak, ez tartja össze a két szálat. Az "A" csak "T"-vel, "C" csak "G"-vel párosodik. A jelenséget komplementartitásnak nevezzük; eredményeképp egy szál szekvenciájáról kitalálható a másik szálé (pl. ATTGCT párja TAACGA lesz). Ez jól jöhet sérülésnél; ha az egyik szálon az információ sérül, a másik szál alapján javítható.
Mint korábban szintén említettük, a DNS szigorúan védett molekula, a sejtek nagyon vigyáznak rá. A "fejlettebb" sejtek (ma már szinte minden sejt, de a bacik pl. nem) egy védőburokba zárják; ez a sejtmag. A sejtmagba az anyagok be- és kijutása szigorúan szabályzott. A DNS onnan soha nem jön ki. A fehérjéket elkészítő rendszer azonban a magon kívül van, a fehérje felépítéséhez szükséges információnak valahogyan ki kell jutnia.
Erre szolgál a másik nukleinsav, az RNS. Ez egy viszonylag instabil, érzékeny, ideiglenes DNS-másolat, ami némi egyéb információval a DNS-ről csak az épp felépítendő fehérje kódjának másolatát hozza ki a magból. Aki figyelt, feltűnhetett, hogy a DNS-en levő kód A, C, G és T jelekből áll, míg a stop kód UAA. Ez ezért van, mert az RNS molekulán a "T-"-t "U" helyettesíti.
Az információ áramlásának útja tehát, a korábban kőbe vésett tényként kezelt "centrális dogma" szerint: DNS→RNS→fehérje. Ez persze azóta megdőlt, de erről majd később. Sokkal később. :-)
Mire használhatjuk a sejtből kitisztított RNS-t? A sejtben éppen jelen lévő RNS molekulák meghatározásával meg tudjuk mondani, hogy a sejt éppen milyen fehérjéket épít. Ebből pedig elég gyakran következtetni lehet arra, hogy éppen mi az ábra a sejteknél. A módszert génexpressziós vizsgálatnak nevezzük. Ugyanis minden egyes sejtben ott van ugyanaz a DNS, ami minden egyes gént hordoz, ami az adott élőlény életéhez kellhet. Azonban az is nyilvánvaló, hogy nem mindegyik gén működik ugyanolyan szinten minden sejtben. Az idegsejt például termel olyan anygokat, amiknek a segítségével más idegsejtekkel kommunikálni tud, viszont ugyanzt nem termeli egy izomsejt, aminek a feladata az összehúzódás. Tehát a lehetőség minden sejtben megvan mindenre, de minden sejt csak azt a részt használja, ami neki éppen kell. Izgalmas és kutatott kérdés, hogy az adott sejt honnan tudja, hogy neki mit kell csinálnia. Ha egy gén (fehérjét kódoló DNS-szakasz) átíródik, és RNS lesz belőle, majd fehérje, azt mondjuk, a gén expresszálódik. Ha ugyanez a DNS-szakasz egy másik sejtben össze van csomagolva, és el van rakva az ágy alá, akkor a gén "csendben van". Leegyszerűsítve* valahogy így működik ez.
* Nagyon leegyszerűsítve. A DNS szerkezetének leírása után (Watson J. D., Crick F. H., Nature 1953.) nagy boldogság következett, azt gondoltuk, most már mindent tudunk. Szintén csalódás volt a Humán Genom Projekt kivitelezése után (2000.); ennek során meghatározták az ember DNS-ének bázissorrendjét (pontosabban néhány emberét). Azóta azonban kiderült, hogy nem magyarázható tökéletesen minden működés a DNS-en kódolt információkkal, például részben az sem, hogy a DNS-ről az információk kifejeződését mi szabályozza. A Genom Program eredményeként kiderült, hogy az emberi DNS-en kb. 30.000 gén van kódolva (ennél jóval többet vártak, 80.000-et, 200.000-et). A fent leírtakat helyes tehát úgy tekinteni, mint Newton törvényeit. A hétköznapokban nagyon jól használhatók, de nem tükrözik a teljes valóságot. A DNS szerkezetéből következő információkon "kívüli" információkkal az epigenetika foglalkozik.
Ezen kívül a DNS-en igen sok olyan szekvenciát ismerünk (sőt, ez van többségben), melynek értelmét jelenleg nem, vagy nem pontosan ismerjük. Ezek a "nem kódoló" szakaszok. Egyesek szerint kihasználatlan (felesleges evolúciós?) maradék. Én személy szerint azt gondolom (és talán illendőbb is a természettel szemben), hogy mivel a természetben semmi sem túl kevés, és semmi sem felesleges, ezeknek a DNS-szakaszoknak is fontos szerepük van, csak - ne szépítsük - fogalmunk sincs, hogy mire valók.
Vizuálisoknak:
A DNS szerkezetéről:
"Mesefilm" az információ áramlásáról, a kód megvalósulásáról:
Végül egy több részletre kiterjedő, de egyszerű animáció:
