اختاپوس‌ها برای سازگار شدن با آب سرد کد ژنتیکی خود را ویرایش می‌کنند
نتایج مطالعه جدیدی نشان می‌دهد اختاپوس‌ها برای سازگاری با نوسانات دمای آبی که در آن زندگی می‌کنند،RNA درون مغز خود را ویرایش می‌کنند.
اختاپوس‌ها روشی باورنکردنی برای محافظت از ویژگی‌های ظریف سیستم عصبی خود دربرابر تغییرات شدید دما پیدا کرده‌اند. وقتی شرایط در نوسان است، آن‌ها می‌توانند به سرعت پروتئین‌های کلیدی درون سلول‌های عصبی خود را از نو رمزگذاری کنند تا اطمینان حاصل کنند که وقتی دما به شدت کاهش پیدا می‌کند، فعالیت‌های عصبی حیاتی آن‌ها همچنان پایدار می‌ماند. اختاپوس‌ها این کار را با ویرایش RNA همزمان با تغییر شرایط محیطی انجام می‌دهند. برخی از گونه‌های اختاپوس، ماهی مرکب و سپیداج از این توانایی برخوردار هستند.
این استراتژی غیرعادی است، اما به‌نظر می‌رسد راهکار موثری باشد و دانشمندان براین‌باورند که ممکن است در سراسر جهان توسط سفالوپودها مورد استفاده قرار گیرد. به‌گزارش ساینس آلرت، جاشوا روزنتال، از آزمایشگاه زیست‌شناسی دریا دانشگاه شیکاگو و نویسنده ارشد پژوهشی جدید که در مجله‌ی Cell منتشر شده است، می‌گوید: «عموما فکر می‌کنیم اطلاعات ژنتیکی ما ثابت است، اما محیط می‌تواند بر نحوه‌ی رمزگذاری پروتئین‌های شما تاثیر بگذارد و در سفالوپودها این پدیده در مقیاس وسیعی رخ می‌دهد.»
رمزگذاری مجدد RNA به ارگانیسم این امکان را می‌دهد که در هر زمان و مکان خاص انواع مختلفی از پروتئین‌ها را بیان کند. در سفالوپودها، بیشتر رمزگذاری مجدد برای پروتئین‌هایی صورت می‌گیرد که برای عملکرد سیستم عصبی مهم هستند، بنابراین سوال طبیعی این است که آیا این موجودات از این پدیده برای عادت کردن به تغییرات محیط فیزیکی خود استفاده می‌کنند؟
دستورالعمل‌های ژنتیکی موردنیاز برای بقا در انسان نیز می‌تواند تغییر کند، اما این امر معمولا به آرامی و با اصلاح دی‌ان‌ای در طول نسل‌ها اتفاق می‌افتد. تنوع در کد ژنتیکی شکل و عملکرد نهایی پروتئین‌های سازنده بدن ما را تعیین می‌کند.
اگرچه دی‌ان‌ای به‌طور مستقیم پروتئین‌ها را نمی‌سازد. دستورالعمل‌های ساخت پروتئین در هسته سلول‌های شما باقی می‌مانند و الگوهای ساخت پروتئین به‌واسطه‌ی مولکولی به نام RNA پیام‌رسان (mRNA) از هسته به سیتوپلاسم می‌روند تا ماشین‌آلات سازنده پروتئین به کمک آن‌ها پروتئین‌های موردنیاز سلول را بسازند. در بیشتر موجودات این فرایند بسیار ساده است. وقتی الگو ساخته شد، دیگر تغییری در RNA صورت نمی‌گیرد. اگرچه در سفالوپودها وضعیت کمی متفاوت است.
اختاپوس دو نقطه‌ای کالیفرنیا RNA خود را در پاسخ به تغییر دما ویرایش می‌کند.
در سال ۲۰۱۵، دانشمندان دریافتند که ماهی مرکب، سپیداج و اختاپوس می‌توانند RNA را پس از خروج از هسته تغییر دهند. اما این توانایی امکان واکنش فیزیولوژیکی سریع به چه چیزی را ممکن می‌سازد؟ برخی از دانشمندان ایده سازگاری با تغییرات محیطی را مطرح کرده‌اند. موجودات دریایی درمعرض طیف وسیعی از دماها قرار دارند و اختاپوس‌ها توانایی تنظیم فعالانه دما را ندارند. براین‌اساس، شاید ویرایش RNA توانایی کنار آمدن با تغییرات محیطی را ممکن می‌سازد.
تیمی به سرپرستی متیو بیرک از آزمایشگاه زیست‌شناسی دریا دانشگاه شیکاگو این ایده را مورد آزمایش قرار دادند. آزمودنی‌های آن‌ها اختاپوس‌های دو نقطه‌ای کالیفرنیا (Octopus bimaculoides) بودند. ژنوم این اختاپوس در سال ۲۰۰۵ توالی‌یابی شد.
پژوهشگران اختاپوس‌ها را به آب گرم دارای دمای ۲۲ درجه سانتی‌گراد یا آب سردتر دارای دمای ۱۳ درجه سانتی‌گراد عادت دادند و سپس اطلاعات ژنتیکی آن‌ها را با ژنوم موجود در پایگاه داده مقایسه کردند. آن‌ها بیش از ۶۰ هزار مکان ویرایش شناخته‌شده را بررسی کردند و نتایج شگفت‌انگیزی به دست آوردند. الی آیزنبرگ، از نویسندگان مقاله می گوید: «ویرایش حساس به دما در حدود یک سوم از جایگاه‌ها (بیش از ۲۰ هزار جایگاه فردی) رخ داد که نشان می‌دهد پدیده‌ای عمومی است. اما این پدیده به شکل یکنواخت رخ نمی‌دهد: پروتئین‌هایی که ویرایش می‌شوند، معمولا از پروتئین‌های عصبی هستند و تقریبا تمام مکان‌هایی که حساس به دما هستند، در سرما با شدت بیشتری ویرایش می‌شوند.»
بنابراین، به‌نظر می‌رسد ویرایش RNA با هدف عادت کردن به آب سرد رخ می‌دهد و بر پروتئین‌های عصبی اثر می‌گذارد که به دمای سرد حساس هستند. آزمایش پروتئین‌های ساختاری حیاتی برای عملکرد سیستم عصبی اختاپوس (کینزین و سیناپتوتاگمین) نشان داد تغییرات ایجادشده بر عملکرد آن‌ها تاثیر دارد.
این احتمال وجود داشت که مشاهدات پژوهشگران، نتیجه‌ی حضور اختاپوس‌ها در آزمایشگاه باشد، بنابراین آن‌ها اختاپوس دو نقطه‌ای کالیفرنیا و اختاپوس دو نقطه‌ای وریل (Octopus bimaculatus) را در تابستان و زمستان گرفتند و ژنومشان را بررسی کردند. این اختاپوس‌ها الگوهای ویرایش RNA مشابهی داشتند که نشان می‌داد عملکرد خود را برای شرایط دمایی فعلی بهینه کرده بودند.
پژوهشگران همچنین این موضوع را بررسی کردند که تغییرات با چه سرعتی انجام می‌شود. آن‌ها در عرض ۲۰ ساعت، دمای مخزن اختاپوس‌ها را با افزایش یا کاهش نیم درجه‌ای از ۱۴ درجه سانتی‌گراد به ۲۴ درجه سانتی‌گراد یا بالعکس رساندند. آن‌ها مقدار ویرایش RNA را در هر اختاپوس درست پیش از تغییر دما، درست پس از تغییر دما و چهار روز بعد بررسی کردند.
دانشمندان دریافتند که ویرایش RNA خیلی سریع اتفاق می‌افتد. بیرک توضیح می‌دهد: «درمورد سرعت این اتفاق ایده‌ای نداشتیم و نمی‌دانستیم که چند هفته یا چند ساعت طول می‌کشد، اما توانستیم تغییرات قابل‌توجه را در کمتر از یک روز شاهد باشیم.»
یافته‌ها نشان می‌دهد که حداقل یکی از عملکردهای ویرایش RNA در سفالوپودها واکنش سریع به شرایطی است که ممکن است در غیر این صورت برای حیوان خطرناک باشد. متغیرهای محیطی دیگری مانند اکسیژن کم، آلودگی و تغییر شرایط اجتماعی نیز وجود دارند که می‌توانند موجب این پاسخ شوند.
پژوهشگران گمان می‌کنند ویرایش RNA استراتژی نسبتا رایجی در میان اختاپوس‌ها و ماهی‌های مرکب است تا بتوانند در محیط‌های درحال تغییر زنده بمانند. آن‌ها قصد دارند نحوه استفاده از این استراتژی را به‌طور دقیق‌تر بررسی کنند.
منبع
زومیت
حکیم مهر