Gusztustalan, de hasznos: a nyálka evolúciós eredete

Egy meztelencsiga (Arion rufus) közelről

A csigatalptól a nyálunkig mindenütt jelen van, mégsem tudtuk eddig, hogyan fejlődött ki a nyálka az evolúció során. A jelek szerint számos független alkalommal, különböző fehérjékből, de mindegyiknek közös vonása a sok kapcsolódó cukorlánc.

A meztelencsigák talpát bevonó csuszamlós rétegtől a saját nyálunkig a legkülönbözőbb váladékok közös összetevője a nyálka. S bár e sikamlós biológiai csodaanyag mindenütt jelen van, mégis keveset tudunk arról, miként jelent meg az evolúció során. Ami az emlősöket illeti, a mucinnak nevezett fehérjékre fókuszáló új kutatások nyomán annyi már bizonyos, hogy sok egymástól független alkalommal, és gyakorta igen meglepő módokon.

Egy meztelencsiga (Arion rufus) közelről Forrás: Flickr / Olli38

E molekulák egyébként temérdek különböző funkcióval bírnak, de családként mégis az a közös jellemzőjük, hogy a nyálkás váladékok alkotói, sőt, ők maguk járulnak hozzá a nyálkás állag kialakításához.

A kutatók 49 emlősfajban hasonlították össze a mucinok génjeit,

és arra jutottak, hogy 15 alkalommal alakultak ki újdonsült mucinok nem-mucin elődfehérjéből. Az átalakulás minden esetben úgy zajlott – állítják a Science Advances folyóiratban megjelent cikk szerzői –, hogy az evolúció egy olyan rövid fehérjeszakaszt illesztett a nem-mucin előd fehérjeszekvenciájába, amely cukorláncok építésére vonatkozó utasítást hordoz.

Fehérjelánc művészi illusztrációja Forrás: Science Photo Library

Idővel aztán ez a cukorhordozó régió többszörös duplikáción esett át, így a fehérje fokozatosan hosszabbodott és egyre több cukorláncot viselt, mígnem végül mucinná alakult.

Új, eddig ismeretlen evolúciós szálra bukkantak

Ezek a duplikálódott, ismétlődő szekvenciarészletek, ún. repeat-ek kulcsfontosságúak a mucinok működése szempontjából – hangsúlyozzák Omer Gokcumen és Stefan Ruhl, a Buffalói Egyetem kutatói és a cikk rangidős szerzői, valamint Petar Pajic, a közlemény első szerzője.

A nevezett fehérjeszakaszokból oly módon meredeznek kifelé a cukorláncok, mint az üvegmosó keféből a sörték,

és ezek kölcsönzik a mucinoknak azt a sikamlós jelleget, amely az általuk betöltött megannyi biológiai szerep lényegi közös eleme.

A DNS másolásához általában szükségesek a helikáz (piros) és polimeráz (kék) enzimek. Forrás: https://www.newscientist.com/article/2272080-microbe-somehow-survives-without-key-proteins-for-replicating-its-dna/

„Tudomásom szerint korábban nem volt ismeretes, hogy egy fehérjefunkció ilyen módon, ismétlődő szekvenciarészletek megszerzése révén fejlődhet ki az evolúció során. Egy fehérje, amely korábban nem volt mucin, mucinná válik e repeat-ek beszerzése után.

Ez egy fontos útvonal, amelyen keresztül az evolúció nyálkát hoz létre.

Evolúciós trükknek is nevezhetnénk, amely az általunk feltárt adatok szerint újból és újból megismétlődött" – magyarázza Gokcumen, a Buffalói Egyetem Művészeti és Tudományos Kollégiumának biológia előadója.

Védőréteget is képezhet a kórokozók ellen

„A mucinokra jellemző ismétlődő szekvenciákat a bennük nagy számban előforduló prolin, treonin és szerin aminosavak nyomán 'PTS repeat'-eknek nevezzük, és ezek segítik hozzá a mucinokat sokrétű feladataik ellátásához, mint például a szöveti felszínek síkosítása vagy a szánkba vett falat csuszamlóssá, így lenyelhetővé alakítása – ismerteti Stefan Ruhl, a Buffalói Egyetem fogorvosi karának dékánja és az orálbiológia szakértője. – Sok jótékony mikrobának adnak élőhelyet a nyálkával borított felszínek, mindazonáltal a nyálka védőréteget is képez a nemkívánatos kórokozók behatolásával szemben."

A nyálka védelmet nyújt bizonyos kórokozók ellen is ( a kép illusztráció) Forrás: Origohttps://www.sciencephoto.com/media/799511/view/shigella-sonnei-rod-prokaryote-sem

„Nem sokan tudják, hogy az első tisztított és biokémiailag jellemzett mucin egy nyálmirigyből származott – teszi hozzá Ruhl. – Laboratóriumunk 30 éve foglalkozik a nyálban található mucinokkal, főként mert ezek a molekulák védik a fogakat a szuvasodástól, és segítenek a szájüreg mikrobiótájának kiegyensúlyozásában." A nyál tanulmányozása során a csoport arra lett figyelmes, hogy a MUC7 nevű kisméretű mucin-komponens az egerekből hiányzik; helyette a rágcsálók egy másik hasonló méretű mucint, a MUC10-et termelik. A kutatók szerették volna kideríteni, hogy ez a két fehérje evolúciós eredetét tekintve rokon-e.

Az egerekből hinyzik a MUC7 kisméretű mucin-komponens Forrás: Christian Fischer

A válasz nemleges volt, de nem is ez jelentette a legnagyobb meglepetést. Bár a MUC10 a MUC7-nek nem volt rokona, egy szerkezeti eleme hasonlóságot mutatott az emberi könnyben található PROL1 nevű fehérjével. A PROL1 igazából nagyon emlékeztet a MUC10-re, csak éppen nélkülözi a cukor-borította, mosókefeszerű részt, amely a mucinokat mucinná teszi.

Azt gondoljuk, hogy a könnybeli fehérjét az evolúció valamiképp újrahasznosította"

– fejti ki Gokcumen. – Felruházta azokkal az ismétlődő szekvenciákkal, amelyek a mucinszerű funkcióért felelősek, és ebben a formájában bőségesen termelődik az egerek és a patkányok nyálmirigyében."

A nyálka az élőlények egy lenyűgöző sajátossága

A tudósok ezek után kíváncsiak lettek arra, vajon más mucinok is hasonló módon alakultak-e ki. Vizsgálódni kezdtek hát, és több további példát is találtak ugyanerre a jelenségre. Bár sok olyan mucin is akad, amelynek közös az őse a különböző emlőscsoportokban, a csoport 15 olyan esetet dokumentált, amikor az evolúció egy szemlátomást nem-mucin fehérjét mucinná alakított a PTS repeat-szekvenciák hozzáadásával. Elemzésük ráadásul „elég korlátozott körű volt", hangsúlyozza Gokcumen, megjegyezve, hogy összesen néhány tucat emlősfajban egyetlen genomi régióra koncentráltak.

A csigák számára a nyálka fontos életfeltétel Forrás: Angus Davison University of Nottingham

A kutató megítélése szerint a nyálka „az élőlények egyik lenyűgöző sajátsága", és szeretné megtudni, vajon ugyanez az evolúciós mechanizmus vezetett-e egyes mucinok kialakulásához

a meztelencsigákban, a nyálkahalakban és egyéb csuszamlós állatcsoportokban.

„Ma is aktuális még a kérdés, hogy miként ruház fel az evolúció egyes géneket új funkcióval. A mi tanulmányunk bővíti az eddigi ismereteket, mivel egy újfajta mechanizmus létezésére szolgáltatunk bizonyítékot, amely ismétlődő szekvenciák megszerzése által ad egy génnek új funkciót – emeli ki Pajic.

Két rojtosfejű nyálkáshal territoriális harca Forrás: Reddit

– Szerintem ennek szélesebb körű implikációi is lehetnek, nemcsak az adaptív evolúció megértésében, de esetleg egyes betegségokozó génvariánsok megmagyarázásában is. Ha mucinok különböző fajokban és különböző időpontokban újra és újra kialakulnak nem-mucinokból, az arra utal,

hogy ez az átalakulás valamiért előnyös, ezért adaptív nyomás hatására zajlik.

És ha ez így van, akkor a spektrum másik végén az is megeshet, hogy a mechanizmus kisiklik – túl gyakran, vagy nem a megfelelő szövetben történik –, és ilyenkor kóros állapothoz, például daganathoz vagy nyálkahártyát érintő betegséghez vezethet."