Miért éppen "zebrahal"?


zebrafish1_head (1)

Ha valaki nem Sarah Palin szintjén űzi az ignoranciát, akkor talán nem kell számára hosszan ecsetelni, miért használunk a biológiában modellszervezeteket. Ezek, az általában gyors életciklusú és szapora élőlények, olyan általános törvényszerűségek feltárására ideálisak, amelyeket később saját biológiánk (és betegségeink) megértéseiben is kamatoztatni tudunk. Ha értjük, hogy X gén mit csinál egy modell-organizmusban, akkor már sokkal megalapozottabb feltételezéseink lehetnek az emberben betöltött szerepéről is, mint minden hasonló információ hiányában. És minél közelebbi evolúciós rokonságban állunk az adott modellszervezettel, annál valószínűbb, hogy az egyes gének funkciója szinte azonos lesz.

Az elmúlt öt év során elég sokszor kellett megválaszolnom, hogy miért dolgozom zebradánióval (amit szakzsargonban csak "zebrahalnak", vagy "halnak" nevezünk - ezt lehet nem szeretni, de nem kell Nádasdy Ádámnak lenni, hogy belássuk, ha ezt a nevet használja szinte mindenki, aki hivatásszerűen ezzel foglalkozik, akkor ez egy érvényes elnevezés), gimnazistáknak, szakdolgozóknak és kollegáknak egyaránt. A válasz azért viszonylag egyszerű, mert egyszer, a kezdetek kezdetén, már frappánsan megfogalmazta valaki.

Minden modellorganizmusnak megvan a maga eredettörténete és ősapja, nincs ez másként a zebrahal esetében sem - ráadásul még magyar szál is van a történetben. Thomas Hunt Morgan az ecetmuslicát emelte a kiválasztottak közé, Sydney Brenner pedig a Caenorhabditis elegans nevű fonalférget (bár kevésen múlt, hogy nem mindenki kedvenc medveállatkája lett a kiválasztott), a zebrahal modellszervezeté válása mellett pedig  George Streisinger bábáskodott.

GStreisinger

Streisinger még Streisinger Györgyként látta meg Budapesten a napvilágot, de tíz éves korában, a náci megszállás elől, a család az Egyesült Államokba menekült. Sikeres biológusként hosszú évtizedekig a University of Oregon kutatója volt és itt találta ki, hogy a zebrahalból ideális gerinces modellszervezetet lehetne csinálni. Az azóta legendássá vált 1981-es Nature cikkének bevezetőjében foglalta aztán össze, hogy miért lenne előnyös ezt a strappabíró édesvízi fajt modellélőlénnyé tenni:

"A trópusi, édesvízi zebrahalat, a Brachydanio rerio-t, számos előnyös tulajdonsága miatt választottuk: a generációs ideje mindössze 3-4 hónap; a felnőtt nőstények heti rendszerességgel több száz ikrát raknak, amelyek gyorsan és szinkronban fejlődnek az anyán kívül; a hal kicsi (3 cm), szívós és könnyen tartható. A 7 napos, szabadon úszó halak mindössze néhány milliméter hosszúak, de már a kifejlett egyedek számos morfológiai és viselkedési bélyegét mutatják. Mindez lehetővé teszi a mutációk nagy léptékű szűrését. Mivel a normális fejlődés 25 és 31°C fok között zajlik, lehetőség nyílik hőmérsékletérzékeny mutációk izolálására is."

A kis méret, gyors generációs idő, illetve a nagy utódszám előnyét egy modellorganizmus esetén fölösleges ragozni, ahogy talán azt is, hogy a hihetetlenül gyors fejlődés az első 24 órában során lehetővé teszi, hogy teljes szervek-szervrendszerek kialakulását szinte élőben kövessük (hiszen ezek nagyjából ki is alakulanak az első nap végére).

Ami Streisinger felsorolásából mai szemmel hiányzik, az a teljes genomszekvenica megléte (ami nyilván következménye annak, hogy az állatból modellszervezet lett), illetve a fejlődő embriók és lárvák átlátszóságának hangsúlyozása. Utóbbi különösen azért vált fontossá az utóbbi években, mert egyrészt korábban elképzelhetetlen módon megnőtt a mikroszkópok felbontóképessége, másrészt genetikailag kódolt fluoreszcens fehérjék segítségével a szivárvány legkülönbözőbb színeiben játszó sejteket tudunk létrehozni, így nagyszámú sejtet tudunk élőben követni egy-egy zebrahal lárva esetében. (Az alábbi kép a harvardi Schier laborból származik, ahol az úgynevezett Brainbow technológiával jelölték meg a lárva egyes idegsejt-populációit.)

zebrabow-schier
Az átlátszóság további előnye, hogy akár élőben követhetjük szemmel, egyetlen hallárva agyműködését is. Ehhez olyan, idegsejtekben jelen levő fehérjékre van szükség (szakzsargonban genetikailag kódolt kálcium-indikátorok, az angol rövidítést a Wikipédiára hagynám), amelyek az idegaktivitás során felszabaduló kálcium hatására erőteljesebben fluoreszkálnak. Az alábbi videót a jelenlegi zebrahalas "szcéna" egyik legnagyobb neve, Koichi Kawakami jegyzi és azt láthatjuk, amint egy lágyagarban rögzített lárva a körülötte úszkáló papucsállatkát nézi. (Megj.: mivel a látópályák az agyba érkezés előtt kereszteződnek, mindig az ellentétes agyfélben láthatunk aktivitást, mint ahol az egysejtű tartózkodik.)

Ami azonban az egész poszt apropója lenne, az a napokban megjelent, Len Zon TEDx Longwood konferencián elmondott beszédje. Len talán az egyik legbefolyásosabb zebrahalas, a bostoni Children's Hospital őssejtprogramjának vezetője, aki - meg merem kockáztatni - csak saját csoportja esetében megközelíthetően annyi pénz felett diszponál, mint a teljes magyar alapkutatás. A sok pénzzel és számlálhatatlan tehetséges kutatóval elképesztő ütemben lehet lenyűgőző eredményeket produkálni, de nem is annyira ez itt a lényeg, hanem, hogy eredményeinek köszönhetően kevesen tudnak Lennél hitelesebben beszélni arról, hogy miképp lehet egy zebrahal embrió fejlődésének néhány törvényszerűségét megértve olyan gyógyszereket fejleszteni, amelyek embereken is segítenek.

A Zon labor három területen is nagyot tudott dobni az utóbbi évtizedben és minden esetben a zebrahal volt a kiindulási modell. Nem untatnék senkit a részletekkel (akit érdekel, annak ott a videó), de a legfontosabbat azért kiemelném: Len végzettsége hematológus, így elsősorban a vérképződés szerepét nézték és ez alapján olyan, mostanra gyógyszerként használt molekulákat azonosítottak, amelyek képesek megnövelni a vérképző őssejtek számát mind egy zebrahal embrióban - mind egy vérszegény emberben. Itt persze megint előjön a nagy utódszám és a külső megtermékenyítés/fejlődés előnye: olyan sebességgel lehet akár több ezer reagnes hatását vizsgálni zebrahallal, ami más gerinces modellszervezetek esetében megvalósíthatatlan.

És akinek mindez még mindig nem elég meggyőző, annak még tudom ajánlani Carl Zimmer egyik tavalyi cikkét a The Atlantic-ben, egy ritka genetikai betegségről, aminek a kezeléséhez szintén elengedhetetlen volt a zebrahal biológiáját jól ismerni.

Népszerű
Uralkodj magadon!
Új kommentelési szabályok vannak 2016. január 21-től. Itt olvashatod el, hogy mik azok, és itt azt, hogy miért vezettük be őket.
;