Ο αναστολέας του Muller (Muller’s ratchet) θα σκοτώσει τελικά τον κορωνοϊό

Η ασεξουαλική αναπαραγωγή αναγκάζει τα γονιδιώματα να κληρονομηθούν ως αδιαίρετα μπλοκ

Δρ. Δημήτριος Καλημέρης*

Στην εξελικτική γενετική, ο αναστολέας του Muller (που πήρε το όνομά της από τον Hermann Joseph Muller, κατ ‘αναλογία με ένα φαινόμενο μηχανικού αναστολέα) είναι μια διαδικασία στην οποία η απουσία ανασυνδυασμού, ειδικά σε έναν ασεξουαλικό πληθυσμό, έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση επιβλαβών μεταλλάξεων (επιβλαβείς μεταλλάξεις) με μη αναστρέψιμο τρόπο.

Αυτό συμβαίνει λόγω του γεγονότος ότι, ελλείψει ανασυνδυασμού, οι απόγονοι τουλάχιστον φέρουν το ίδιο μεταλλακτικό φορτίο με τους γονείς τους. Ο Muller πρότεινε αυτόν τον μηχανισμό ως έναν λόγο για τον οποίο η σεξουαλική αναπαραγωγή μπορεί να ευνοηθεί έναντι της ασεξουαλικής αναπαραγωγής, καθώς οι σεξουαλικοί οργανισμοί επωφελούνται από τον ανασυνδυασμό. Αυτό το φαινόμενο έχει επίσης παρατηρηθεί σε εκείνες τις περιοχές των γονιδιωμάτων των σεξουαλικών οργανισμών που δεν υφίστανται ανασυνδυασμό.

Η ασεξουαλική αναπαραγωγή αναγκάζει τα γονιδιώματα να κληρονομηθούν ως αδιαίρετα μπλοκ, έτσι ώστε όταν τα λιγότερο μεταλλαγμένα γονιδιώματα σε έναν ασεξουαλικό πληθυσμό αρχίσουν να φέρουν τουλάχιστον μία επιβλαβή μετάλλαξη, δεν αναμένεται να βρεθούν γονιδιώματα με λιγότερες τέτοιες μεταλλάξεις στις μελλοντικές γενιές.

Αυτό οδηγεί σε μια τελική συσσώρευση μεταλλάξεων γνωστών ως γενετικό φορτίο. Θεωρητικά, το γενετικό φορτίο που ασκείται από τους ασεξουαλικούς πληθυσμούς τελικά γίνεται τόσο μεγάλο που ο πληθυσμός εξαφανίζεται. Επίσης, εργαστηριακά πειράματα έχουν επιβεβαιώσει την ύπαρξη αναστολεα και την επακόλουθη εξαφάνιση πληθυσμών σε πολλούς οργανισμούς συμπεριλαμβανομένων ιών RNA, βακτηρίων και ευκαρυωτικών.

Σε σεξουαλικούς πληθυσμούς, η διαδικασία του γενετικού ανασυνδυασμού επιτρέπει στα γονιδιώματα του απογόνου να είναι διαφορετικά από τα γονιδιώματα των γονέων. Συγκεκριμένα, γονιδιώματα απογόνων (λιγότερων απογόνων) με λιγότερες μεταλλάξεις μπορούν να δημιουργηθούν από γονιδιώματα γονιδιώματος με υψηλότερη μετάλλαξη, συνθέτοντας τμήματα γονικών χρωμοσωμάτων χωρίς μετάλλαξη. Επίσης, ο καθαρισμός της επιλογής, σε κάποιο βαθμό, επιβαρύνει τον φορτωμένο πληθυσμό όταν ο ανασυνδυασμός οδηγεί σε διαφορετικούς συνδυασμούς μεταλλάξεων.

Μεταξύ των πρωταγωνιστών και των προκαρυωτικών, υπάρχει μια πληθώρα υποτιθέμενων ασεξουαλικών οργανισμών. Όλο και περισσότερο φαίνεται να ανταλλάσσουν γενετικές πληροφορίες μέσω ποικίλων μηχανισμών. Αντίθετα, τα γονιδιώματα των μιτοχονδρίων και των χλωροπλαστών δεν ανασυνδυάζονται και θα υποβληθούν σε αναστολεα Muller εάν δεν είναι τόσο μικρά όσο είναι Πράγματι, η πιθανότητα ότι τα λιγότερο μεταλλαγμένα γονιδιώματα σε έναν ασεξουαλικό πληθυσμό καταλήγουν να φέρουν τουλάχιστον μία (επιπρόσθετη) μετάλλαξη εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το ρυθμό μετάλλαξης του γονιδιώματος και αυτό αυξάνεται λίγο πολύ γραμμικά με το μέγεθος του γονιδιώματος (ακριβέστερα, με τον αριθμό ζευγών βάσεων που υπάρχουν σε ενεργά γονίδια).

Σε σεξουαλικά αναπαραγωγικούς οργανισμούς, τα μη επανασυνδυασμένα χρωμοσώματα ή οι χρωμοσωμικές περιοχές όπως το χρωμόσωμα Υ θηλαστικών (με εξαίρεση τις αλληλουχίες πολλαπλών αντιγράφων που εμπλέκουν ενδοχρωμοσωμικό ανασυνδυασμό και μετατροπή γονιδίου) θα πρέπει επίσης να υπόκεινται στα αποτελέσματα του αναστολεα του Muller. Τέτοιες μη επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες τείνουν να συρρικνώνονται και να εξελίσσονται γρήγορα. Ωστόσο, αυτή η γρήγορη εξέλιξη μπορεί επίσης να οφείλεται στην αδυναμία αυτών των αλληλουχιών να επιδιορθώσουν τη βλάβη του DNA μέσω επισκευής υποβοηθούμενης από πρότυπο, η οποία ισοδυναμεί με αύξηση του ρυθμού μετάλλαξης για αυτές τις αλληλουχίες.

Η αποδοχή περιπτώσεων συρρίκνωσης του γονιδιώματος ή ταχείας εξέλιξης στον αναστολεα του Muller δεν είναι εύκολη. Ο αναστολεας του Muller βασίζεται στη γενετική μετατόπιση και στρέφεται γρηγορότερα σε μικρότερους πληθυσμούς, επειδή σε αυτούς τους πληθυσμούς οι βλαβερές μεταλλάξεις έχουν περισσότερες πιθανότητες στερέωσης. Επομένως, θέτει τα όρια στο μέγιστο μέγεθος των ασεξουαλικών γονιδιωμάτων και στη μακροπρόθεσμη εξελικτική συνέχεια των ασεξουαλικών γενεών. Ωστόσο, ορισμένες ασεξουαλικές γενεές πιστεύεται ότι είναι αρκετά αρχαίες. Τα Bdelloid rotifers, για παράδειγμα, φαίνονται ασεξουαλικά για σχεδόν 40 εκατομμύρια χρόνια. Ωστόσο, οι rotifers βρέθηκαν να κατέχουν σημαντικό αριθμό ξένων γονιδίων από πιθανά οριζόντια γεγονότα μεταφοράς γονιδίων. Επιπλέον, ένα σπονδυλωτό ψάρι, το Poecilia formosa, φαίνεται να αψηφά το φαινόμενο του αναστολεα, που υπήρχε για 500.000 γενιές.

* Ο Δρ. Δημήτριος Καλημέρης είναι καθηγητής βιοτεχνολογίας, ενώ κατέχει μεταπτυχιακές σπουδές στη βιοηθική και μεταδιδακτορικές σπουδές στη φαρμακογονιδιωματική