שאלה על שיבוט ומיטוכונדריה

[ranisharoni]

שאלה על שיבוט ומיטוכונדריה

להבנתי במהלך ההפריה המיטוכונדריה (מקור האנרגיה של התא) מגיעה רק מהביצית ויש לה דנ"א נפרד.
איך לפיכך ניתן לשבט זכר כולל המיטוכונדריה שלו (או נקבה עם פונדקאית אחרת)?
קראתי שהכבשה המשובטת דולי ירשה את המיטוכנדריה מהפונדקאית כך שהיא לא זהה באופן מוחלט למקור.
היות ולמיטוכונדריון דנ"א עצמאי, האם זה משנה מה המקור שלו? האם יש הבדל משמעותי בין מיטוכונדריה של מינים שונים? יש למיטוכונדריון תיאור התפתחות עצמאי בעץ האבולוציוני?
להבנתי יש חלבונים שקשורים לתיפקוד המיטוכונדריה והם מיוצרים מהדנ"א הרגיל (שבגרעין) ולכן חשבתי שיתכן וצריך התאמה כלשהי בין שני סוגי הדנ"א.
מקריאה על המיטוכונדריה עולה תחושה שמדובר בחידקים שכלואים בתאים של בע"ח ולמעשה מקיימים קשר סימביוזי עם התא (ובדומה גם הכלורופלסט בצמחים).

 

[tombenarye1234]

המ..

אני חושב שהאבולוציה של המיטוכונדריה יחסית פחות מהירה, שכן (אני משער כי) אין רקומבינציה למיטוכונדריה ומדובר בדנ"א הפלואידי.
בקשר לשיבוט של זכר כולל המיטוכונדריה. המ...
שיבוט נעשה ע"י הרס גרעין של תא ביצית והכנסת גרעין מתא סומטי. אולי אפשר להשמיד גם את המיטוכונדריה ולהכניס לשם את המיטוכונדריה מהתא הסומטי.

אפשרות אחרת, יותר פשוטה אך לא הכי אורתודוקסית היא להשתמש בביצית של אחותו או של אימו.

"ולכן חשבתי שיתכן וצריך התאמה כלשהי בין שני סוגי הדנ"א."
לא ברור לי למה הכוונה בביטוי "סוגי דנ"א"...איזה סוגי דנ"א יש?

 

[ranisharoni]

אולי זה לא משנה

היות ואפילו בגופו של פרט בודד יכולים להיות עותקי דנ"א מיטוכונדרי שונים היות ולדנ"א זה אין מנגנון הגהה (והשמדה?) ולכן הוא נתון ליותר מוטציות. כמו כן הרביה של אברון זה היא חד-מינית ולכן הייתי מצפה שהוא יותר מוגבל אבולוציונית.

יש לי הרבה שאלות בנושא היות ונראה שמדובר בקשר סימביוטי תוך תאי אוניברסלי וזה מעניין בהקשר האבולוציוני. שאלה בסיסית היא מה ההבדלים בין מיטוכונדריה שבמינים שונים? במה הוא דומה בכל היצורים (קרי מהן תכונותיו האוניברסליות)? גאומטריה שונה? תפוקת אנרגיה שונה? קצב חלוקה? יצור מולקולות שונה? אינטראקציה עם חלבונים שונים?

 

[squalus]

זה משנה מה מקור המיטוכונדריה

ה-DNA של המיטוכונדריה מאוד שונה בין מינים שונים, לא כל כך בהרכב של הגנים, אלא בעיקר בסידור של הגנים.
ה-DNA המיטוכונדריאלי עובר אבולוציה הרבה יותר מהר מ-DNA גרעיני.
ובהקשר לקטע עם החיידקים, אז כן, זוהי התיאוריה האנדוסימביוטית (Endosymbiont)

 

[ranisharoni]

מה הכוונה בשוני גדול?

האם סביר שמיטוכונדריה של יונק כלשהו לא תתפקד בתא של (למשל) אדם ותושמד או תביא להרס התא? האם למיטוכונדריה יש אזשהי השפעה על שוני בין פרטים מאותו מין (קרי מתבטא בפנוטיפ כלשהו)?

(קראתי שיש חשד לקשר בין מיטוכונדריה להזדקנות)

להבנתי לדנ"א המיטוכונדרי, בניגוד לרגיל, אין מנגנון הגהה ולכן יש בו הרבה יותר מוטציות. האם זה בהכרח מוביל לאבולוציה יותר מהירה? איזה אבולוציה יכולה להיות לאברון כה פשוט? שינוי בתפוקה של אנרגיה? ובעצם איך שינוי באברון כזה יכול להשפיע על כשירות של הפרט ולפיכך לאפשר לחץ סלקטיבי על האברון?

להבנתי מקור כל המיטוכונדריה במין שלנו הוא בנקבה שחיה לפני כ 200 אלף שנים. קשה לי להאמין שבהכרח המיטוכונדריה שלה הייתה יותר כשירה משל נקבות אחרות ולכן היא זאת ששרדה (ולפיכך עיקרון "שרידות המתאים" לא ממש תקף למיטוכונדריה).

הרבה שאלות. מקווה שלא התבדרתי בנושא.

 

[squalus]

שוני גדול

כלומר שבין אורגניזמים שונים, אתה תמצא גנום מיטוכונדריאלי בגודל שונה, בהבדל של סדרי גודל, סידור גנים שונה, tRNA שונים (באיצטלנים למשל, יש 2 tRNA שלא קיימים בבעלי חיים אחרים), ואף בקידוד של חומצות האמינו.
גם בין פרטים יש שונות במיטוכונדריה, אבל זה לרוב מתבטא במחלות, לא כל כך בשינוי מורפולוגי (מחלות מיטוכונדרריאליות)
בנוגע לאבולוציה, חשוב להבין שאבולוציה זה אומר שינוי, ולא מצביע על כיווניות או שינוי בפונקציונליות. כלומר אם תמצא באוכלוסיה אחת חומצת אמינו אחת במקום מסוים בגן מיטוכונדריאלי, ובאוכלוסיה אחרת החומצה הוחלפה בחומצה אחרת, זוהי אבולוציה, גם אם לא היה שינוי פונקציונלי בתפקוד של החלבון שמקודד מאותו הגן.
למרות זאת, אז כן, למשל יש הבדלים בתפוקה של האנרגיה, ונמצא שבבעלי חיים שונים, התבצעה אדפטציה של הגנים האחרים לתפוקת האנרגיה להסטורית החיים של המין. למשל התאמה מיוחדות בקרב יונקים צוללים כמו לוויתנים. אתה יכול לקרוא על זה קצת כאן.

וזה שניתן לאתר את המקור לכל המטוכונדריה של האדם לאותה חוה מיטוכונדריאלית שחיה לפני 200000 שנה, לא אומר שהיתרון האדפטיבי שהעניק לאותה חוה כשירות גבוהה יותר, היה דוקא במיטוכונדריה. יתכן שלאותה חוה היו יתרונות אדפטיביים, והמיטוכונדריה שלה פשוט זכתה באור מן ההפקר וזכתה לשרוד בזכות הגנום הגרעיני המוצלח של חוה.

אני לא יודע מספיק על שיבוט בשביל לדעת מה יקרה אם תכניס מיטוכונדריה של יונק אחר לתא של אדם, אבל בגלל שיש כזה שוני בין מינים, סביר להניח שהתא לא ישרוד.

 

[squalus]

הקישורים התפספסו, אבל עדיין עובדים

 

[ranisharoni]

מעניין - אבולוציה ללא לחץ סלקטיבי

כמעט רק ע"י אפקט המייסד וסחף גנטי שזה משהו שלא ממש ברור לגבי הדנ"א הרגיל (למרות טענות שהועלו פה לגבי מסקנות דומות של ביולוגיה מולקולרית ברזולוציות של אבולוצית גנים בודדים ולא הדנ"א בשלמותו, למרות שאבולוציה מוגדרת עפ"י שכיחות אללים(?)).

אני מניח שניתן להחשיב את המיטכונדריון כיצור אוטונומי היות ויש לו דנ"א ורביה משלו ולכן ניתן לדבר על האבולוציה של יצור זה בדומה לשאר היצורים החיים (בניגוד למשל לגנים בדידים).

אגב - האם יש חלבון להשמדת מיטוכונדריון עם דנ"א פגום בדומה ל P53 ? האם יש סרטן של "תאי" מיטוכונדריה (קרי התחלקות שיוצאת משליטה)? האם למיטוכונדריון ריבוזום (מקודד לחלבונים) משל עצמו? איך מערכת החיסון מטפלת במיטוכונדריון נגוע (יש מערכת חיסון עצמאית למיטוכונדריה)?

תודה על התשובות והקישורים.

 

[squalus]

אבולוציה לא מחייבת לחץ סלקטיבי

לחץ סלקטיבי זה רק אחד מהכוחות שיכולים לכוון את האבולוציה. הגנום המיטוכונדריאלי עובר אבולוציה הרבה יותר מהר מהגנום הגרעיני, בגלל שאין לו מנגנוני פיקוח ותיקון הדוקים כמו שיש לגנום הגרעיני.
בגלל זה הגנום המיטוכונדריאלי הוא כלי מצויין לבדוק גנטיקה של אוכלוסיות. אני למשל משתמש בגן Cytochrome Oxidase C Subunit I, או בקצרה, COI, ככלי לבחינת מעבר גנים בין אוכלוסיות של בעלי חיים מאותו המין. לניתוח של phylogeny למשל, בו בודקים אבולוציה בין מינים שונים, גנום מיטוכונדריאלי הוא לא כלי טוב, ומשתמשים בגנים גרעיניים, כמו 18S, כי הם הרבה יותר שמורים ועוברים אבולוציה הרבה יותר לאט.

למיטוכונדריון (ולכלורופלסט) ריבוזומים משלו, והם הבסיס לתיאוריה האנדוסימביוטית, כי הם דומים יותר לריבוזומים חיידקיים (שניהם במשקל 70S) לעומת ריבוזומים אאוקריוטים (80S).
לגבי מנגונני טיפול במטוכונדריה בעיתיים, אני לא יודע, אולי יש פה מישהו שמתמצא בזה יותר ממני.

 

[ranisharoni]

שאלה - מדידת מהירות אבולוציה

"הגנום המיטוכונדריאלי עובר אבולוציה הרבה יותר מהר מהגנום הגרעיני"
עפ"י איזה מדד? שינויים בקוד של הדנ"א המיטוכונדרי או בפנוטיפ שלו?

אם משווים, למשל, בין מיטוכונדריון של אדם לזה של ספוג (יצור קדום כלשהו) האם ההבדל יהיה יותר גדול מאשר בין המינים עצמם? ברמת הגנוטיפ? ברמת הפנוטיפ?

המיטוכונדריון\פרוטו קיים איזה 2 מיליארד שנים או יותר (?) ומשום מה יש לי את הרושם שהוא לא השתנה בצורה דרמטית ברמת המנגנונים והפונקציונליות שלו.

היתכן שללא לחץ סלקטיבי ולמרות קצב מוטציות גבוה האבולוציה שלו היא למעשה איטית מאוד (כפי שגם תום הציע)?

אגב - במאמר שהזכרת על אדפטציות ברמת המיטוכונדריה הוזכר שלא ממש ברור איך לחשב את פוטנציאל תפוקת האנרגיה של מיטוכונדריונים של מינים שונים ולפיכך לדעת האם אכן היית אדפטציה.

תודה!

 

[squalus]

המדד הוא שינויים ברצף ה-DNA

הפנוטיפ לא רלוונטי ולא מעניין, מסתכלים רק על רצף ה-DNA ורואים שינויים בנוקליאוטידים.
ההבדל במיטוכונדריה בין בעלי חיים שונים הוא גדול. אמנם בגדול, בקרב בעלי חיים, אתה תמצא במיטכונדריה את אותם 37 הגנים - שניים ל-rRNA, שלוש-עשרה חלבונים, ו-22 tRNA, יש הרבה יוצאי דופן. בצורבנאים למשל (Cnidaria), אבדו כמעט כל הגנים ל-tRNA ונוספו 2 גנים שלא קיימים בשום קבוצה אחרת.
גם קצב האבולוציה לא זהה בין הקבוצות - באלמוגים למשל, קצב החלפת הנוקלאוטידים ברצף המיטוכונדריאלי הרבה יותר איטי מזה של הגנום הגרעיני, הפוך משל בעלי חיים אחרים.
ביונקים למשל, קצב המוצטציות בDNA מיטוכונדריאלי גדול בערך פי 10 מזה של DNA גרעיני.
ובנוסף, קצב האבולוציה לא זהה בין כל הגנים במיטוכונדריה - זה תלוי בכמה שמור הגן המדובר. לכן, אם רוצים להשוות בין מינים, לוקחים גן שקיים בכולם, ומסתכלים רק עליו.

 

[ranisharoni]

שאלה

איך אתה מסביר את העובדה שהמיטוכונדריון דומה מאוד בין יצורים שונים (למשל יונקים כפי שציינת) למרות הקצב הגבוה של מוטציות בדנ"א המיטוכונדרי (אין לו מנגנוני הגהה, אין כמעט אזורי זבל וקרוב לתוצרי לוואי תוקפניים של זירחון-חמצני)? אולי בלי לחץ סלקטיבי האבולוציה של האברון (פנוטיפ) לא מהירה למרות ריבוי מוטציות?

זה מזכיר לי את הטענה שיש קופים שהמרחק הגנטי בין שני פרטים מאותו המין גדול מהמרחק בין ממוצע המרחקים של המין שלהם ממין האדם. כלומר היה למין הזה מספיק זמן לצבור המון מוטציות בין פרטים מסוימים אך ללא הלחץ הסלקטיבי זה לא ממש בא לידי ביטוי (ואין הרבה יצורים יותר עתיקים מהמיטוכונדריה).

 

[Charles Darwin]

1. אין קופים כאלה. 2. ל-squalus

"יתכן שלאותה חוה היו יתרונות אדפטיביים, והמיטוכונדריה שלה פשוט זכתה באור מן ההפקר וזכתה לשרוד בזכות הגנום הגרעיני המוצלח של חוה."

לא נשמע לי סביר.

 

[ranisharoni]

כולל דנ"א שלא מקודד לגנים?

שם לבטח יתכן פער בין פרטים לעומת ממוצעים.

 

[Charles Darwin]

כולל הכל

 

[ranisharoni]

אני לא רואה למה זה הכרחי

שמרחק מקסימלי בין שני פרטים יהיה בהכרח יותר קטן ממרחק בין ממוצעי אוכלוסיות. במיוחד שמדובר בדנ"א שלא מקודד או אפילו בדנ"א של אברון\יצור אוניברסלי כמו מיטוכונדריה.

מה פיספסתי?

 

[Charles Darwin]

לא אמרתי שזה הכרחי, אלא שבפועל זה המצב.

אגב יתכן שדווקא באיזורים מקודדים יהיה יותר קל למצוא מקרים כאלה (ע"ע ההבדל בצבע עור בין בני אדם לעומת ההבדל הממוצע בין האדם לשימפנזה). דווקא במיטוכונדריה זה פחות סביר כי השונות היחסית בין פרטים מאותו מין צפויה להיות קטנה יותר מאשר בדנ"א הגרעיני.

 

[ranisharoni]

אולי תוכל לענות על השאלה המקורית?

איך אתה מסביר את העובדה שהמיטוכונדריון דומה מאוד בין יצורים שונים (למשל יונקים כפי שצויין) למרות הקצב הגבוה של מוטציות בדנ"א המיטוכונדרי (אין לו מנגנוני הגהה, אין כמעט אזורי זבל וקרוב לתוצרי לוואי תוקפניים של זירחון-חמצני)? אולי בלי לחץ סלקטיבי האבולוציה של האברון (פנוטיפ) לא מהירה למרות ריבוי מוטציות?

תודה!

 

[Charles Darwin]

אני יכול רק לנחש

1. המיטוכונדריה, בדומה לקרוביה החיידקים, לא עושה הרבה, אבל מה שהיא עושה היא עושה די טוב ואין הרבה מקום לשיפור.
2. אין כמעט שחלופים במיטוכונדריה, מה שאומר שאדפטציות צריכות להתקבע אחת אחת.
3. אחד המנגנונים החשובים ביותר באבולוציה של חיידקים--horizontal gene transfer--כנראה כמעט לא מתקיים במיטוכונדריה.
4. בגלל שרוב הדנ"א מקודד (אין הרבה ג'אנק), יש יותר purifying selection.

 

[ranisharoni]

נראה לי שהבנתי

המיטוכונדריה "תענש" קשות על כמעט סטיה מהפונקציונליות הבסיסית שלה לפיכך יש לחץ סלקטיבי אדיר לשימורה ולפיכך המטוציות שלה לרוב משמרות (לא משפיעות על הפנוטיפ). אולי זאת גם סיבה טובה לכך שהדנ"א שלה קומפקטי במיוחד (הרבה פחות בסיסים ביחס לחיידקים ואפילו רוב הוירוסים) - התמקצעות פונקצונלית.

אני מניח שבאופן כללי יכולים להיות להיות הבדלים אדירים בין חיידקים שונים ולבטח בין וירוסים.