iPon Cikkek

Vitaminevolúció

Dátum | 2013. 12. 15.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

1602-ben egy apró spanyol hajóhad (Sebastián Vizcaíno expedíciója) a mai Mexikó partjainak közelében tartózkodott, amikor a legénység egy része súlyos beteg lett. Antonio de la Ascensión, az expedíciót kísérő egyik szerzetes így ír a történtekről: „Az első tünet az egész testben jelentkező, érintésre fokozódó fájdalom. Később lila foltok lepik be a bőrt, főként a derék alatti részeket, majd a fogíny olyan gyulladt lesz, hogy a betegek képtelenné válnak a rágásra. Végül már csak inni képesek, majd gyorsan beáll a halál.” A felfedezések korának hajósai számára nem volt ismeretlen a ma skorbutnak nevezett betegség, ugyanakkor senki sem tudta, hogy miért sújtja az utazókat, és hogyan lehetne gyógyítani. Ezen a bizonyos úton azonban Ascensión egy egészen meglepő, csodaszámba menő dolog tanújává vált. Amikor a legénység partra szállt, hogy eltemesse a halottakat, az egyik, már súlyosan beteg tengerész megkóstolta a fügekaktusz termését, és rövidesen gyökeres javulás állt be állapotában. Társai ezt látva követték példáját, és mindenki fogyasztani kezdte a fügeszerű gyümölcsöt, amelyből a hajóra is bőven vittek magukkal. Két héten belül mindenki meggyógyult. A következő két évszázad során világossá vált, hogy a skorbut olyankor jelentkezik, ha valaki hosszú ideig nem eszik zöldséget vagy gyümölcsöt, például egy nagy távolságú tengeri utazás alatt. Az 1700-as évek végétől a brit haditengerészet hajóin az ellátmány szerves részévé tették a citromlevet, egyszer és mindenkorra leszámolva a problémával. Arra azonban, hogy pontosan minek a hiánya okozza a skorbutot, és mivel lehet kúrálni, csak Szent-Györgyi Albert jött rá 1928-ban, a C vitamin pontos élettani hatásainak felderítésével.

Szent-Györgyi kísérletei azon 20. század eleji kutatássorozatnak a részét képezték, amely lerántotta a leplet a vitaminok mibenlétéről. A szakértők rájöttek, hogy az emberi szervezet megfelelő működéséhez 13 szerves molekula rendszeres bevitelére van szükség, mivel ezek előállítására a szervezet nem, vagy nem megfelelő mennyiségben képes, és ha közülük bármelyik kimarad a bevitt tápanyagokból, az súlyos tünetekkel járó hiánybetegségek kialakulásához vezet. Az A vitamin hiánya például vakságot, a B12-é súlyos vérszegénységet, a D vitaminé pedig angolkórt okoz. Ezen vitaminok pontos szerepét és hatásait napjainkban is rengetegen kutatják, a munkák többsége azonban elsősorban arra koncentrál, hogy melyik molekulából mennyit kell fogyasztani ahhoz, hogy egészségesek maradjunk. Jóval kevesebben foglalkoznak azzal az alapvető kérdéssel, hogy hogyan is vált fajunk ilyen mértékben „kiszolgáltatottá” a vitaminokkal szemben. Egy nemrégiben lezárult kutatás új válaszokat ígér ezzel kapcsolatban. A jelek szerint a vitaminok az élet kialakulásának kezdeti időszakától, nagyjából 4 milliárd éve esszenciális szerepet játszanak az élő organizmusokban. A különbség csupán annyi, míg a legtöbb korai és ma létező életforma képes volt maga előállítani ezeket a molekulákat, egyes fajok, köztük az ember is, elvesztették ezen képességüket, és kénytelenek lettek más élőlények vitamintermelő tevékenységére támaszkodni a túlélés érdekében. Kivétel nélkül minden vitamint élő sejtek állítanak elő, vagy a saját, vagy más szervezetek sejtjei. A D vitamin például a bőrünkben napfény hatására keletkezik előanyagából, a citromfa pedig glükózból állítja elő a C vitamint. A vitaminkészítés ugyanakkor a legtöbb esetben rendkívül összetett folyamat: egyes fajokban 22 különböző fehérje működése szükséges a B12 vitamin előállításához. Ez azért is érdekes, mert míg a fehérjék több ezer atomból állnak össze, a vitaminok maguk alapvetően aprócska molekulák, mégis nélkülözhetetlen szerepet töltenek be, mivel jelentősen fokozzák a szervezetben folyó kémiai reakciók sokféleségét. Az A vitamin például lehetővé teszi, hogy egyes fehérjéink olyan reakciókba is belépjenek, amelyek önmaguktól nem lennének képesek, a B1 vitamin pedig a szén-dioxid más molekulákból való kivonásában segíti a proteineket.
A vitaminok, mint már említettük, minden élő organizmusban jelen vannak, és mindenütt szükségesek a normális működéshez. Mindegy, hogy a baktériumokat, a gombákat, a növényeket vagy az embert nézzük, mindenkinek szüksége van rájuk, mondja Harold B. White III, a Delaware-i Egyetem biokémikusa. Ez a fajta univerzális kémia pedig minden valószínűség szerint valamiféle korai evolúciós folyamat eredménye. A kutatók általános vélekedése szerint a földi élet a kezdetekben jóval egyszerűbb kémiával rendelkezett, mint ami a mai élőlények többségét jellemzi. Az első, több mint 4 milliárd éve felbukkanó organizmusokban még nem a DNS, hanem az egyetlen szálból álló RNS hordozta a genetikai kódot. Az RNS-nek az élet hajnalán kettős feladata volt: egyrészt hordozta géneket, ami a mai leosztásban a DNS feladata, másrészt napjaink fehérjéihez hasonlóan részt vett a kémiai reakciók katalizálásában is. White egyike volt az első kutatóknak, akik foglalkozni kezdtek ezen korai „RNS-világ” jellegzetességeivel. 1975-ben megjelent tanulmányában a szakértő annak lehetőségét vetette fel, hogy a vitaminok elsődleges feladata az RNS kémiai reakciókban való részvételének segítése lehetett. A DNS megjelenésével aztán a fehérjék átvették ugyan az RNS ezen szerepét, azonban a vitaminok segítségére továbbra is szükségük volt, ami azóta sem változott. White ezen elméletét a szakértők többsége szkeptikusan fogadta, főként azért, mert senki sem tudta igazán, hogyan lehetne ellenőrizni annak igazságát.

Eltelt azonban néhány évtized, és a technika fejlődésének köszönhetően elérkezett az a pillanat, amikor tesztelhetővé vált White teóriája. Dipankar Sen, a kanadai Simon Fraser Egyetem kutatója 2007-ben vágott bele a kísérletezésbe, és hat évnyi munka után sikerült igazolnia, hogy egyes RNS-ek B1 vitamin jelenlétében képesek szén-dioxidot kivonni más molekulákból, vagyis végre tudják hajtani azt, ami napjainkban is a vitamin elsődleges feladata, immár a fehérjék „segítőjeként”. Ahogy a vitaminok előállításának képessége kialakult, egyes élőlények kivételesen hatékonnyá váltak ebben. A növények például valódi C vitamin gyárak: leveleiket és terméseiket egyaránt telepakolják a molekulával. A kezdetek kezdetén ennek fő célja a környezeti stressz elleni védelem volt, ezt a feladatot látja el bennünk is a vitamin, később azonban a növényekben új szerepekhez jutott, így ma már lényeges funkciója van többek közt a termés fejlődése során is. Bár több száz millió évig tartott, amíg a növények ilyen hatékonnyá váltak a C vitamin előállításában, a molekulák szintetizálásának képessége ennél sokkal rövidebb idő alatt is kialakulhat, illetve átalakulhat. Saját őseinknek például csak pár ezer évre volt szükségük a D vitamin termelési módjának jelentős módosításához. Ahogy az emberiség elhagyta Afrikát, és a magasabb szélességi körök irányába indult, egyre kevesebb napfényhez jutott, ami megnehezítette a molekula pótlását. Erre válaszul kezdett el világosodni az emberi bőr, ami az északi tájakon kevesebb ultraibolya fény mellett is megfelelő mennyiségű vitamin előállítását tette lehetővé. A D és a K vitamin kivételével az ember nem képes szintetizálni ezeket a szervezet számára oly nélkülözhetetlen molekulákat. A feltevések szerint őseink még képesek lehettek erre, az idők folyamán azonban elvesztettük ezen képességünket. Az emberiség 100 millió évvel ezelőtt élő emlős őse például minden bizonnyal sosem lett skorbutos, mivel saját maga termelte meg C vitaminját, hasonlóan a gerincesek többségéhez. Ami talán még érdekesebb, a vitamin előállításához gyakorlatilag minden gerinces ugyanazokat a géneket használja, és ez utóbbiak az emberi genomban is megtalálhatók. Első pillantásra tehát semmi akadálya nincs annak, hogy C vitamint termeljünk, mondja Rebecca Stevens, a Francia Mezőgazdasági Kutatóintézet munkatársa.
Közelebbről megvizsgálva ezeket a bizonyos géneket kiderül azonban, hogy a kenguruval és a békával ellentétben az ember mégsem képes a molekula előállítására, mivel az egyik ehhez szükséges génje mutációkon ment keresztült. A gén ennek következtében képtelen ellátni eredeti feladatát, a gulonolakton-oxidáz (GULO) nevű enzim termelését, és emiatt nem tudunk C vitamint előállítani. A probléma nem újkeletű, ez legközelebbi rokonaik vizsgálatából rögtön világossá válik. Guy Drouin, az Ottawai Egyetem evolúciós biológusa és kollégái számos főemlős genomját vizsgálták meg, és úgy találták, hogy ezek többségében szintén működésképtelen a GULO génje, mégpedig a legtöbb esetben ugyanazon mutációk következtében, amelyek az emberi gént is érintik. A kutatók véleménye szerint a C vitamin előállításának képessége nagyjából 60 millió éve veszhetett el végleg számunkra, és ezen fajok számára is. A főemlősök ugyanakkor nem az egyetlen állatcsoport, amelyben sérült a GULO génje. Ennek a ténynek annak idején fontos szerepe volt a C vitamin felfedezésében is, a szakértők rájöttek ugyanis, hogy a rágcsálók többségével ellentétben a tengerimalacok skorbutot kapnak, ha nem esznek elég gyümölcsöt. A genetikai vizsgálatok ugyanakkor kimutatták, hogy a tengerimalacok ezen génje másfajta mutációk miatt vált működésképtelenné, mint a főemlősöké. A GULO-gén néhány más fejlődési vonalon is funkcióképtelenné vált, így például a denevérek és az énekes madarak sem képesek a vitamin előállítására. A szakértők véleménye szerint jellemzően azon állatcsoportokban veszik el ez a képesség, amelyek előzőleg C vitaminban gazdag diétára váltottak. Az ember ősei például azt követően hagytak fel a vitamin termelésével, hogy étrendjükben egyre nagyobb hangsúlyt kaptak a gyümölcsök és a zöld levelek, amelyekben bőségesen elegendő C vitamin volt a szervezet szükségleteinek kielégítéséhez.
A GULO génjének állapota néhány fajban (a pirossal jelölt fajokban nem működőképes a gén, és ezzel a színnel vannak jelölve a mutációkban érintett bázispárok is)
Látszólag nem tűnik logikusnak lemondani egy olyan génről, amely a környezettől való függetlenedést tesz lehetővé, mondja Katherine E. Helliwell, a Cambridge kutatója. Ha azonban hosszú időn keresztül folyamatosan bőséges vitaminforrásokkal vagyunk körülvéve, egyszerűen nem éri meg működtetni a saját termeléshez szükséges géneket. Az utóbbi években a genomszekvenálás gyorsulásának és olcsóbbá válásának köszönhetően egyre több olyan fajt fedeznek fel a kutatók, amelyekben egyes vitaminok előállításában kulcsszerepet játszó gének a funkcióvesztésig mutálódtak vagy teljesen eltűntek a genetikai állományból. Sergio Sanudo-Wilhelmy, a Dél-Kaliforniai Egytem kutatója nemrégiben például a 400 leggyakoribb óceáni baktérium genomját vizsgálta meg ilyen szempontból. A kutatás során kiderült, hogy a fajok 24 százaléka nem képes a B1 vitamin, 63 százalékuk pedig a B12 vitamin előállítására. Ez az eredmény azért különösen meglepő, mert korábban az volt az általános vélekedés, hogy a baktériumok maximálisan önfenntartóak, ami a vitaminokat illeti. Az új adatok fényében viszont rejtély, hogy ezen mikrobák miért nem szenvednek különféle hiánybetegségekben, vagyis hogy pontosan honnan szerzik be az esszenciális molekulákat. Az óceánok egyes részein, mint a legújabb vizsgálatok kiderítették, tömegével találni vitaminokat, bár ezek forrása bizonytalan, más régiókban ugyanakkor szinte semmi sincs a vízben. Márpedig a molekulák jelenléte alapvető hatással lehet arra, hogyan alakul a vizek élővilága. A vitaminok rendkívül összetett utakat járnak be a szárazföldön is. Az emberi szervezet például nem képes a B12 vitamin előállítására. Ennek egyik legbőségesebb forrása a marhahús, ugyanakkor a marha sem maga termeli a vitamint, hanem a bélrendszerében élő baktériumok állítják elő számára azt. Mi magunk is számtalan vitamintermelő baktériumnak adunk otthont testünkben, és hogy pontosan mely molekulákat köszönhetjük saját sejtjeinknek, és melyeket mikrobiomunknak, az további részletes kutatások tárgyát jelenti majd.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

6. kiskoller
2013.12.16. 10:46
Érdekes cikk volt, köszönjük!

Amúgy ha mi is földes füvet ennénk mint a tehenek (nem mosnánk meg) akkor mi is termelnék B12 vitamint.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
5. Zotyko
2013.12.16. 12:58
Remek cikk, köszönjük!
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2013.12.16. 13:53
Még jó, hogy nem eszünk füvet, mivel természetes hashajtó, a kutyák is azért eszik. az 1840-es években az ír burgonyavészben is az éhezők már füvet ettek, de mivel ettől sűrűn fostak, még inkáb legyengültek, ez is hozzájárult a közel 1 millió ember halálához.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. enisherpa
2013.12.18. 11:42
Kiskoller: legelés mellett nem maradna elég időm netezni..
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. Hunger
2013.12.22. 23:26
Szerintem nem arról van szó, hogy "nem éri meg működtetni a saját termeléshez szükséges géneket", hanem ez is egy evolúciós folyamat, a nagy számok törvénye. Mivel "hosszú időn keresztül folyamatosan bőséges vitaminforrásokkal vagyunk körülvéve", ezért ezeknek a géneknek a mutációja nem okozott hátrányt/kipusztulást az érintett egyedeknél, így szépen lassan ez a mutálódott variáns terjedt el a természetes szelekció során, más olyan változásokkal együtt, amelyek viszont kifejezetten előnyt jelentettek.

Ehhez hasonló apró mutációk miatt váltunk végül emberré is. Elvesztettünk rengeteg jó genetikai tulajdonságot az őseinktől, de "nyertünk" helyettük olyanokat, amelyek előnyösebbek voltak az adott környezetben és ezáltal jobban tudtuk kamatoztatni a természetben, így nem számítottak az elvesztett képességek (ld. elcsökevényesedett szervek vs. idegrendszer).
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. kiskoller dj
2013.12.23. 00:53
Istenem, ezen kiakadni....

Mi nyílván nem eszünk füvet mivel nem vagyunk növényevőek. Répát eszel, nem? Gombát? Ezeket ha nem mosnánk meg rendesen, ugyanúgy kapnánk B12 vitamint, ahogy az állatok. Csupán erre akartam célozni.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!