Előfizetés a lapra

Átjuthatnak-e a növényi DNS-darabok a bélhámon?

A hét kutatója, DNS, interjú, kloropasztisz

2014/05/19

Átjuthat-e a táplálékkal elfogyasztott növényi élelmiszerek DNS-e az ember vérébe? Ha más kutatócsoportok is igazolják az ELTE és a SOTE munkatársainak 2013 júliusában megjelent eredményeit, akkor akár az eddigi, alapvetőnek gondolt élettani ismeretek újragondolására is szükség lehet. Magyar alapkutatókat bemutató sorozatunkban az eredetileg fizikus végzettségű Csabai Istvánnal beszélgettünk.

– Csillagászattal és kozmológiával foglalkozó fizikusként hogyan lett egy olyan szakcikk vezető szerzője, amely növényekből származó DNS-darabokat és az ember alapvető élettani folyamatait érinti?

– Komplex rendszerekkel foglalkozom, és ilyenek nemcsak a fizikában, hanem más tudományterületen, így a biológiában is előfordulnak. Az élőlények, a társadalom, vagy éppen az ember által alkotott szisztémák – mint a pénzügyi rendszerek vagy az internet – egyaránt komplex rendszerek. Az elemek között bonyolult kölcsönhatások vannak, amelyeket nem lehet hárombetűs képletekkel leírni, mint az alapvető fizikai összefüggéseket. A tudomány egy új fázisba lépett, és ma már rendelkezésünkre állnak azok a „protézisek” – az érzékszerveinket és az agyunkat kiterjesztő berendezések, például a nagy teljesítményű űrtávcsövek és a bonyolult számításokat is gyorsan elvégző szuperszámítógépek –, amelyek lehetővé teszik, hogy rendkívüli mennyiségű adatot gyűjtsünk be és elemezzünk. Az ELTE Komplex Rendszerek Fizikája Tanszékén olyan témákkal foglalkozunk, amelyeknél az adathalmazok hatékony elemezésével, a számítástudomány legújabb módszereinek felhasználásával olyan összefüggéseket kereshetünk, amelyek megtalálása néhány éve még reménytelen lett volna. A biológiában elsősorban a genomika az a terület, ahol az utóbbi néhány évben nagyon sok adat vált elérhetővé.

– Ez a technológia gyors ütemű fejlődésének köszönhető?

– Az elmúlt években rengeteget fejlődtek a szekvenálási módszerek, a költségek pedig egyre alacsonyabbak, így rettenetesen nagy mennyiségű génszekvenálási adat halmozódott fel. Olyan gyorsan váltják egymást a technológiák, hogy mire az ember az egyiket megszokta, máris jönnek az újabb, gyorsabb és pontosabb berendezések, melyek akár egy pendrive-méretben elférnek. Az így létrejött adathalmazok elemzéséhez új, hatékony módszerek kellenek, melyek nem voltak részei a biológusok hagyományos eszköztárának.

– Ekkor kérték a genomikai kutatásokkal foglalkozó szakemberek az Ön segítségét?

– Én már elég régóta nagy adathalmazokat érintő tudományos problémákkal foglalkozom. A kilencvenes évek közepén, mikor egy nagyszabású csillagászati projekt kapcsán több terabájtos adatbázis építésébe kezdtünk, még csak nem is létezett a Big Data-kifejezés, ma viszont mindenki erről beszél. Nagy mennyiségű adatot csak a megfelelő technológiával lehet kezelni, ennyi adat nem fér el egy Excel-táblázatban, sőt néha egy egész számítógépen sem. Emiatt – hasonlóan ahhoz, ahogy a matematika is betört a fizikába – az információtechnológiai módszerek is fokozatosan részeivé váltak a többi tudományterületnek, így a fizikának, a biológiának vagy éppen a szociológiának. Az adatelemzésre való igénynek köszönhetően kerültem bele abba a kutatásba is, amelynek eredményeit az elmúlt nyáron jelentettük meg.

– Hogyan kezdődött ez az együttműködés, és hogyan jutottak el addig a meglepő következtetésig, hogy a növényi élelmiszerek DNS-e a véráramba juthat?

– Molnár Bélával, a Semmelweis Egyetem kutatójával Solymosi Norberten keresztül kerültem kapcsolatba négy évvel ezelőtt. A kezdeti téma egyébként egyáltalán nem növényi DNS vérben történő azonosításáról szólt. Kulcsfontosságú genetikai markereket keresünk a vastagbélrákban szenvedő betegek vérében. Ennek érdekében először összesen kétszáz résztvevő – különböző stádiumú betegek, illetve egészséges kontrollcsoport – vérmintáit kezdtük elemezni. A vérmintákból az úgynevezett szabad DNS-t nyertük ki, amely a sejteken kívül, a vérplazmában fordul elő. Azt kerestük, hogy előfordulnak-e a betegség jelenlétére utaló genetikai különbségek, vagyis biomarkerek. A szabad DNS-darabokat először – méret szerint – három frakcióra osztottuk, majd a DNS-ek bázissorrendjét – frakciónként – újgenerációs szekvenáló módszerrel határoztuk meg. Vizsgálataink során azonban nemcsak emberi DNS-szekvenciákat, hanem sok, ismeretlen eredetű DNS-darabot is találtunk. Nagyon kíváncsiak lettünk, és ki szerettük volna deríteni, vajon honnan származnak ezek a DNS-darabok.

– Milyen eredményekre jutottak?

– Az emberi genomhoz nem illő DNS-részleteket a nemzetközi adatbázisokból elérhető, különböző fajok referencia-genomjaihoz illesztettük. Ezek egy része növények zöld színtestjeinek, vagyis a kloroplasztiszoknak a genetikai állományához voltak illeszthetőek. A legtöbb, növényi színtest-genomhoz illeszkedő szekvenciát a krónikus gyulladásos bélbetegségben szenvedők szabad DNS-darabjai között találtuk: ezek a DNS-darabok elég nagyok voltak ahhoz, hogy akár teljes géneket is hordozhassanak. A saját adatainkból kapott eredmények megerősítéséhez újraelemeztük három korábbi kutatásból származó mintacsoport szabad DNS-bázissorrendjét is, így végül egy több mint 1000 emberből származó mintához jutottunk. Egyébként nemcsak paradicsom-, hanem például szója-, tarlórépa- és rizs-DNS-t is találtunk a kínai és japán kutatók által publikált adatbázisokban. Véleményünk szerint az eredmények arra utalnak, hogy a különféle élelmiszerekből származó DNS-darabok nemcsak hogy képesek elkerülni az emésztőenzimek által történő lebontást, hanem át is juthatnak a vérbe.

– Ez pedig ellentmond az eddigi élettani ismereteinknek.

– Igen, azaz, hogy pontosabban fogalmazzak, nem is igazán voltak erre vonatkozó részletes vizsgálatok, az „eddigi ismeretek” még a genomikai forradalom előtt születtek. A nukleinsavak emésztőrendszerben történő lebontásáról egyelőre igen keveset tudunk, hiszen a DNS-nek vagy az RNS-nek nincs tápértéke, ezért nem is igazán vizsgálták a lebontási mechanizmusaikat. A jelenség meglepő volta miatt a cikket megjelentető PLOS ONE-nál sem akarták azonnal elfogadni az eredményeinket. További vizsgálatokat kértek, amivel alá tudjuk támasztani ezt az elsőre valóban meglepő állítást. A további független, mások által gyűjtött minták elemzése végül meggyőzte a bírálókat.

– Hogyan fogadta mindezt a biológusszakma?

– Vegyesen. Spisák Sándor kollégám, akinek talán legnagyobb szerepe volt a tanulmány összeállításában, a közelmúltban előadta eredményeinket egy Baltimore-ban tartott konferencián. Az előadás után a konferencia főszervezője, Luis Diaz egy emailt küldött nekem, melyben azt írta, hogy hosszú idő óta ez a leginnovatívabb tanulmány, amivel találkozott, és szívesen működne együtt velünk. Persze bírálatot is kaptunk – például egy michigani kutatótól, Richard Lusktól, aki szerint egész egyszerűen mérési hibáról van szó.

 Az új műszerek új távlatokat nyithatnak, de új kihívásokat is hoznak. A csillagászatból vett analógiával élve, a távcső felfedezése tette lehetővé, hogy megértsük, nem a Föld a Világegyetem középpontja, ugyanakkor a kezdetben csillagködöknek vélt foltokról kiderült, hogy nem közeli ködök, hanem távoli galaxisok, a Mars csatornáiról pedig az, hogy leginkább csak délibábok. A kutatóknak az a dolga, hogy keressék az új jelenségeket, és ha találnak valamit, azt további vizsgálatokkal próbálják igazolni vagy cáfolni – és legfőképp megérteni.

 ILLYÉS ANDRÁS

2014/18