Arrainak, geneak eta txipak: poluzioaren aurrean adierazteko askatasuna
(Argazkia: ZFIN eta Oregongo zebra-arrainen laborategia)
Poluzioa areagotu den heinean, gero eta handiagoa da poluitzaile horiek organismoetan eragiten dituzten kalteak zein diren, organismoaren jokamoldea nola baldintzatzen duten eta eragin horiek nola aurreikus daitezkeen ezagutzeko beharrizana. Kalte horiek aztertzeko, ikerketak hainbat mailatan bideratu izan badira ere, molekula mailan eginikoak izaki eukariotikoen (fruta-eulia, lur-zizarea edota gizakia) genomaren sekuentzia osoa ezagutzean gauzatu, sustatu eta ezinbesteko bihurtu dira.
Garrantzi horren zergatia genomaren beraren funtzioan eta ezaugarrietan oinarritzen da; izan ere, genoma organismo bakoitza osatzeko informazio guztia (fenotipoa) gordetzen duen liburutegitzat jo baitezakegu. Liburutegi hori liburutan edo genetan antolatuta dago, eta horiek zelulako funtzio gehienak betetzen dituzten proteinak ekoizteko informazioa gordetzen dute. Horrela, geneetan edota gene horien espresioan gertatzen diren aldaketek gorabeherak eragin ditzakete zelularen ohiko funtzionamenduan.
Gene-espresioaren eraentzea
Espezieen arteko ezberdintasun fenotipikoak (gorputz-arkitektura, metabolismoa, portaera...) maila bikoitzean ulertu behar ditugu. Batetik, espezie bakoitzak bere liburutegia (genoma) dauka; espezie batzuk liburu (gene) ugariz hornituta daude; beste batzuk, ordea, gutxiagoz. Bestetik, eta oraintsu jakin dugun moduan, gizakiaren eta tximinoaren genomak antzera hornituta daude; beraz, beste zerbaitek baldintzatu behar ditu bi espezie horien artean dauden ezberdintasun nabariak. Bigarren aldagai horretan gene-espresioaren eraentzeak parte hartzen du.
Hein handi batean, liburutegian ditugun liburuak noiz, non eta nola irakurtzen ditugun, modu batekoak edo bestekoak gara. Hori argi gelditzen da gure kolkoari begiratuz gero. Gizakiok izaki zelulanitzak gara, eta, gure zelula guztiek genoma berbera duten arren, zaila da hepatozito eta neurona baten arteko berdintasunak markatzea, zelulek garapenean zehar, inguruneko baldintzen arabera, gene (liburu) jakin batzuk espresatzen (irakurtzen) baitituzte. Hori dela eta, espezieen arteko lehian gailentzeko, unean uneko bide metabolikoak erabiltzen ditugu, beti etekin energetiko maximoa lortzeko helburuarekin.
Adibidez, lehen munduko biztanle garenok egunean hiru jatordu egiten ditugu. Beraz, gure betebehar energetikoak betetzeko, batetik, karbohidratoen metabolismora jotzen dugu glikolisiko entzimak erabiliz, baina, bestetik, lipidoak metatzen ditugu triglizeridoen ekoizpenaren bidez. Hori dela eta, ez dugu lipidoen katabolismoaren beharrik gosea sentitzen dugun arte. Gose-greba bat egiten hasitakoan, esaterako, triglizeridoen katabolismoan arituko diren bide metabolikoetako entzimak ekoizten dituzten geneak berehala hasiko dira espresatzen. Horri gene-espresioaren eraentzea deritzo.
Eraentze hori gauzatzeko, izaki zelulanitzak zelularen ingurunea etengabe arakatzen diharduten proteina bereziz horniturik daude, transkripzio-faktoreak. Proteina horien funtzioa ingurunean gertatzen diren aldaketei (elikagaien kontzentrazio-aldaketak, faktore fisiologikoak, hormonak, bizkarroiak, gaixotasunak...) aurre egitea da, horretarako gene-espresioaren gainean aldaketak eraginez.
Ingurunean dauden konposatu poluitzaile eta toxiko guztiak, beraz, inguruneko beste aldagai bat baino ez dira transkripzio-faktore horientzat. Adibide bat jarriko dugu: animalia gehienotan ale arrak eta emeak bereiz daitezke. Ar eta emeak bereizten dituzten ezberdintasun nagusiak hormona biren menpe daude espezie gehienetan: arretan testosterona eta emeetan estradiola. Estradiolak estrogeno-hartzailea deritzon transkripzio-faktorearen bidez abian jartzen ditu emeetan adierazgarriak izango diren garapen-aukerak. Horren eraginez bitelogenina ekoizten da, arrain emeen obozitoen erreserba-lipoproteinarik garrantzitsuena (beste talde batzuetan ere bai). Arrain emeek ekoizten dute, ez arrek, nahiz eta haiek ere baduten bitelogenina ekoizten duen genea.
Gure ibaietara kantitate handietan heltzen dira estradiolaren antzeko egitura kimikoa duten zenbait konposatu, hala nola gure garbiketetan erabiltzen ditugun xaboien alkilfenolak, plastikoetan erabiltzen ditugun ftalatoak edota pilula antisorgailuetan hartzen ditugun hormona artifizialak.
Konposatu horiek arretan bitelogenina kodetzen duen genea transkribarazten dute estrogeno-hartzailearen bidez. Baina bitelogeninaren genea ez da erantzuten duen bakarra; ar bati emandako konposatu estrogenikoek ehunka generen espresioan eragiten dute. Ondorioz, badaude zenbait ibai munduan, zeinetan arrain arrek emeen markatzaileak diren proteinak ekoizten baitituzte; horietan, espermatozoideekin batera obozitoak ere aurkitu dira zenbait kasutan. Adibide horrek agerian uzten ditu, beraz, egunero erabiltzen ditugun hainbat konposatuk organismo askoren populazioetan izan ditzaketen ondorio nabarmenak.
Toxikologia eta genomika elkarrekin
Egungo helburuetako bat, hortaz, genoma ezberdinetako gene horiek guztiek zelulan zer-nolako betebeharrak dituzten ezagutzea litzateke. Oraindik urruti samar gauden arren, urtetik urtera gero eta organismo gehiagoren genoma ezagutzen dugu, eta gero eta argiago ezagutzen ditugu gene-espresioaren eraentze-mekanismoak zein diren. Beraz, toxikogenomikaren helburua da ikertzea gene-espresioaren zer eraentze-mekanismo jartzen dituzten abian zenbait poluitzailek.
Jakina da inguruneko poluitzaileen eraginpean dauden indibiduo guztiek ez dietela modu berean erantzuten poluitzaileei. Erantzun hori ostalariaren beraren barneko faktoreek (garapen-egoera, izaera genetikoa, hormonala, metabolikoa...) eta inguruneko faktoreek (poluitzailearen kontzentrazioa eta esposizio-denborak) mugatzen dute. Beraz, poluitzailearen, kofaktoreen presentziaren eta sentikortasun genetikoaren arteko konbinazioaren arabera, indibiduo bik edota indibiduo beraren zelula bik erantzun ezberdina eman dezakete efektu jakin baten aurrean.
Gai toxiko jakin baten aurrean organismoek erakusten duten erantzuna hainbat generen espresioaren elkarrekintzen ondorioa da. Hori dela eta, azken urteotan gero eta laborategi gehiago ari dira gene horiek aztertzen. Hortik, toxikologia eta genomika uztartzetik, jaio zen toxikogenomika.
Toxikogenomikan, gene-espresioaren analisiak, zelulen egoeraren berri emateaz gain, zelula horiek hainbat kinadaren aurrean nola erantzuten duten erakusten digu. Beraz, lehenengo, intereseko organismoaren genomaren sekuentzia edo, behintzat, inguruneko aldagaiek gehiegi edo gutxiegi espresa ditzaketen itugeneak zein diren eta zer bide metabolikotan parte hartzen duten ezagutu beharko genuke.
Azken urteotan izugarri aurreratu da arlo horretan, eta hainbat konposatu-motak -hantura eragiten dutenek, konposatu estrogenikoek, immunosupresoreek edo kartzinogenikoek esaterako-, zer generen espresioa aldatzen duten ezaguna da, neurri handi batean. Hala, estrogenizidadeaz mintzo garela, adibidez, badakigu, aztertu beharreko gene nagusiak bitelogenina (arrainetan) eta arrautzaren matrize estrazelularreko proteinak kodetzen dituztenak direla; immunosupresoreez ari garela, interleukina, konplementu-proteina edota hainbat zitokina-mota direla; eta, kartzinogenikoz ari garela, Bcl-2, p53, c-myc eta ras geneak direla, besteak beste (beste hamaika generekin batera).
Aztertu beharreko geneak zein diren zehaztean, gene horiek poluitzaileen aurrean dituzten espresio-aldaketak ikertzea litzateke etorkizuneko toxikologoen lana. Ezezagunak diren kasuetan, aldiz, poluitzailearen eraginpean erantzuten duten gene berriak zein diren bilatu beharko lukete toxikologoek.
Arrainen erabilera ingurune-toxikogenomikan
Ingurune-toxikologia aztertzeko orduan arrainak organismo ezin hobeak direla esatea ez da gehiegi esatea; izan ere, ornodun horiek gorputza uretan dute murgilduta, eta, beraz, harreman zuzena dute ingurune horretan dauden poluitzaileekin, bai zakatzen bidez, bai heste-gibel sistemaren bidez. Arrainen taldea talde zabala da, bai espezie-kopuruari dagokionez bai espezie barneko indibiduo-kopuruari dagokionez ere; aniztasun horren ondorioz, fisiologia ezberdineko, bizitzeko era ezberdineko eta moldatze-sistema ugariko organismo-taldea da.
Aniztasun hori genoman ere islatzen da, bestelako ornodunekin alderatuta askoz genoma plastikoagoa eta aldakorragoa baitute arrainek. Beraz, ingurunean gertatzen diren aldaketen aurrean, poluzioa bereziki, arraina beste organismo asko baino zentinela sentikorragoa da. Era berean, beste taxon batzuetako genomak interpretatzeko orduan, ugaztunen genoma hobeto ulertzera eramango gaitu arraina eredu gisa erabiltzeak. Gainera, ez dago esan beharrik arrain-espezie askok, garrantzi ekologiko edo zientifikoaz gain, garrantzi ekonomikoa ere badutela, batez ere arraina sarri jateko ohitura dugun herrialdeetan.
Hala, arrain-espezie ugarirekin egiten da lan gaur egun, horien artean, zebra-arraina, medaka, karpa, amuarraina, izokina eta platuxa. Batzuen eta besteen genomaren gainean dugun ezagutza zeharo ezberdina bada ere, gaur egun (2005eko azaroa) 14 teleosteo arrain-espezietan espresatzen diren geneei dagozkien 10.000 sekuentzia baino gehiago ezagutzen ditugu. Horrez gain, Fugu rubripes , Danio rerio eta Tetraodon nigroviridis teleosteoen genomaren sekuentzia osoa ezaguna da jadanik.
Mikrotxipak: gene-espresioa ikertzeko tresnak
Arrainak eta aztertu nahi ditugun geneak baditugu, zer egin horiekin? Zein da erabili beharreko metodologia? DNA-mikrobilduma edo mikrotxipak dira gene-espresioaren analisi holistikoan oinarritzen diren gaur egungo eta etorkizuneko lan-tresnak, eta gero eta ezagunagoak dira. Txip horiek euskarri solido batean lotuta dauden intereseko geneei dagozkien ehunka edota milaka DNA-zundaz eratuta daude.
Mikrotxipek mikroskopian erabiltzen diren beirazko porten tamaina besterik ez dute, eta interesatzen zaizkigun eta ezagunak diren sekuentzia guztiak aldi berean detektatzeko aukera ematen digute. Horiek erabiliz, hainbat markatzailez markaturiko DNA zein RNA molekula osagarriak detekta daitezke. Horretarako, poluitzaileekin trataturiko eta tratatu gabeko arrainen organo bakoitzetik (gibela, esate baterako) RNA erauzi eta, alderantzizko transkripzioa erabiliz, DNA osagarria (cDNA) sintetizatzen da. cDNA horrek zelularen transkriptoma osatzen du, hots, une jakin horretako animalia horren genomaren espresio genikoaren bilduma. cDNA hori markatzaile fluoreszentez marka daiteke, bata fluoreszentzia berdez eta bestea gorriz adibidez; azken batean, organismo bien material genetikoa ezberdintzea da helburua. Aztertu eta konparatu nahi ditugun organismoen cDNAren kopuru berdinak konbinatzen dira ondoren, eta nahastea mikrotxiparekin hibridatzen da. Hala, erauzketa egin den unean arrain tratatuan bitelogenina asko espresatzen ari bazen eta tratatu gabean gutxi, txipak gene horretarako agertuko dituen kolore ezberdinak direla bide detektatu ahal izango dugu ezberdintasun hori.
Munduan zehar egin diren laborategi-esperimentuetan, arrain-mota jakin batzuk zenbait konposatu toxikoren eraginpean mantendu izan dira. Kasu horietan, arrainaren organoetakoren baten gaineko mikrotxipak garatu dira, eta, beraz, dagoeneko badakigu zein genek erantzuten duen espezie horiek poluitzaile-mota horien eraginpean mantentzean.
Espresatze-patroi horiek ez dira ugaztunetan ezagutzen direnekiko oso ezberdinak. Gaur egun, geneen espresatze-patroia nola aldatzen den ezagutzen dugun organismo hauetakoren bat inguruneko konposatu ezezagun baten eraginpean egonez gero, poluitzailemota identifikatzeko gaitasuna izango genuke hark eragindako espresatze-patroia ezagutzen ditugun espresatze-patroiekin alderatuta. Hala, poluitzaile horrek bizidunetan kalteak eragin aurretik, tokian tokiko neurriak hartu eta kalte horiek saihesteko aukera izango genuke. Era berean, droga eta konposatu berriak ekoitzitakoan, konposatu horiek organismoei sor liezazkieketen aldaketak aurreikus genitzake merkatuan jarri aurretik.
Poluitzaileen mekanismo molekularrak eta ingurune-kalitatearen azterketa
Azken urteotan txipak arrainetan aplikatzen dituzten laborategiak gero eta gehiago dira, bai laborategi-esperimentuetan eta bai landako populazioetan. Erresuma Batuan egiten ari diren ikerlanetan adibidez, poluitzaile espezifikoei erantzuten dieten biomarkatzaile molekular berriak zehaztu eta haien mekanismoak zein diren definitu nahian dabiltza.
Hala, Alde izeneko itsasadar garbian eta Tyne itsasadar poluituan bizi diren platuxa arrainen gene-espresioak konparatu dituzte. Horretarako, beste espezie batzuetan mota ezberdinetako estresarekin erlazionatu diren geneak platuxan klonatu eta gero, 13.000 sekuentziadun mikrotxipa diseinatu dute. Bi gune horietako arrainen cDNA txiparekin hibridatu ondoren, ehun sekuentziatan espresatze-ezberdintasun nabarmenak aurkitu dituzte. Tynen induzituta agertzen direnetatik adierazgarrienak, CYP1A1, paraoxonasa, (detoxifikazio-metabolismoko I-faseko entzimak), UDPGT eta aldehido deshidrogenasa (II-faseko entzimak) ingurunean hidrokarburo polizikliko aromatikoen kontzentrazio altuak egotearekin erlazionatu dira. Gainerako geneetan aurkitu dituzten aldaketek, berriz, estres orokorrari erantzuten diote.
Horrez gain, estradiolpean, bitelogenina eta koriogenina kodetzen duten geneak, beste batzuen artean, induzitzen direla ikusi dute. Espresio-aldaketa horietako batzuk, oraintsu eginiko beste laborategi-esperimentu batzuetan ere deskribatu dira. Adibidez, etinil estradiolpean 21 egunez mantendutako platuxa arretan, 200 genek baino gehiagok espresio ezberdina agertu zuten animalia tratatuetan. Aipatzekoa da gene horien artean induzituta zeudela bitelogenina, UDPGT eta obozitoen matrize estrazelularreko proteina den ZRP kodetzen duen genearen espresioa.
Beraz, DNA-mikrotxipak substantzia kimikoen ezaugarri toxikologikoak karakterizatzeko tresna boteretsuak dira. Hazten ari den beste edozein teknika legez, oraindik ikerketa ugari behar da DNA-mikrotxipen erabilpena landan/ingurunean definitu eta aintzat hartu ahal izateko, ekotoxikologiaren ikuspuntutik. Baina, hala ere, mikrotxipak organismoen espresio genikoaren argazki zehatzak dira eta argi erakuts dezakete arrainaren fisiologia nola berrantolatzen den arrainaren ingurunean izandako aldaketen eraginpean.
BIBLIOGRAFIAZu idazle
Zientzia aldizkaria
