2020. december 22., kedd

COVID-19 - A nagy vakcinakérdések 1. Hogy lehet ilyen gyorsan oltást fejleszteni?

Korábban évtizedekig tartott, de most egy év alatt van oltás, hogy lehet ez? Biztos nem tesztelték eléggé? Esetleg nem figyelték elég ideig? – ilyen kérdéseket kell napi szinten megválaszolni a közösségi oldalakon. Itt az én válaszom:


A háborúhoz három dolog kell: pénz, pénz és pénz


Montecuccoli-t idézet a kutatásra és így a vírus elleni harcra is igaz. Ennek a hatását nem lehet eléggé hangsúlyozni. Most egyik cégnek sem arra kellett gondolni, hogy meg fogja-e érni neki, ha továbblép. Megkapták hozzá a pénz, és van egy óriási felvevőpiac, akiknek KELL a vakcina. A járvány oltással állítható meg. Az oltást jelenleg minden államnak kell, így hajlandóak voltak a pénzt is odarakni.


Az oltásfejlesztés a legtöbbünknek nem kimondottan a szakterülete. A technikai vívmányokról viszont hallottunk. Az oltás is egy technikai vívmány, ráadásul maga az ötlet elég régi. Ehhez képest az atombomba meglepően új elméleteken alapult. A Manhattan terv 1942-ben kezdődött és 1945-re működő atombombája volt az USA-nak. Mai áron 1,9 milliárd dollár volt. Ehhez képest persze egy oltás lényegesen olcsóbb, a fejlesztés valahol 130–500 millió dollárba kerül, a gyártókapacitás kiépítése viszont ennek a két-háromszorosa is lehet (de ugye azt egyszer kell kiépíteni) (Plotkin et al. 2017). Ez persze becslés, és az is benne van, hogy a fejlesztés nem garantálja a sikert. Egy 2018-as tanulmány (Gouglas et al. 2018) úgy becsülte, hogy 11–21 preklinikai vizsgálatokon túljutott jelöltre jut 1 olyan, ami eljut a klinikai fázis 2-be. A sikertelen kísérleteket is ki kell fizetni valakinek. Ha a 10 (11) legaggasztóbb ragályos betegség (lásd lejjebb) mindegyikére szeretnénk egy olyan oltást, ami eljutott a klinikai 2-es fázisba (járvány nélkül nehéz a 3-as fázis), 2,8–3,7 milliárd dollárt kéne a kutatásba befektetni (összehasonlításképpen a magyar GDP 157,8 milliárd dollár volt 2018-ban).


Lehet, hogy ez akár egyetlen ország megtermelt javaihoz képest is kifizethetőnek tűnik (az is), de betegségből és problémákból van ezen kívül is. Ellenben hiszem, hogy jobb helye lenne annak a pénznek ilyen kutatásokban, mint fegyverfejlesztésben vagy a leggazdagabb 1% dőzsőlésében.


Akkor miért nincs oltás ... ellen?


Nagyon sok ennél halálosabb kórság sújtja az emberiséget. Ezekből sok olyan, ami akár milliárd embert is érinthet. Egy részük ellen valószínűleg lehet oltást fejleszteni (esetleg van is, de nem túl hatásos). Kérdezhető, hogy akkor miért nincs? Mert nem jó piac. Ha a fejlesztéshez pénz kell (kell, drágák ezek az eljárások), akkor ennek valamikor meg kell térülnie. Ha az egyetlen felvevőpiac olyan emberek, akik nem képesek fizetni, akiknek az állama sem akarja/tudja kifizetni az oltás árát, akkor abból nem lesz gyorsan oltás. Lehet, de nem gyorsan.


Gyorsan gondoljuk végig, hogy közepesen fejlett hazánkban milyen járványos (ragályos) betegségeket ismerünk, amelyek manapság is pusztítanak? Ezekből azért elég sok van, de mondjunk olyat, ami problémás. Az influenzák, náthák és hasonló felső légúti betegségek mellett van egy adag szexuális úton terjedő betegség. Az utóbbiak ellen a monogámia tényleg segít. Az előbbiek meg nem túl súlyosak vagy van ellene (influenza) oltás. Miért nem tudunk többet felsorolni? Mert van oltás.


Ami ellen meg nincs (vagy kezdetleges, esetleg nem túl hatékony), azok számunkra jobbára ismeretlen betegségek. A WHO a következő betegségeket tartja prioritásnak (a COVID-19-en kívül természetesen) (részletesebben Bloom és Cadarette 2019):


  • Krími-kongói vérzéses láz: Afrikában, Ázsiában, a Közel-Keleten és a Balkánon fordul elő, kullancsok terjesztik. 30% halálozás
  • Ebola: Emberről-emberre terjedhet. 50% halálozási ráta.
  • Marburg vírus okozta betegség: Emberről-emberre terjedhet. 50% halálozási ráta. (88% is volt egyes kitöréseknél)
  • Lassa-láz: Rágcsálóktól lehet elkapni. Súlyos esetekben 15% halálozási ráta, átlagosan 1% körüli. Afrikában tud járványos méreteket ölteni (évi 300–500 ezer eset).
  • MERS és SARS: A korábbi koronavírus járványok 30% és 10% halálozási rátával. Az ezek ellen lassan fejlesztett oltások segítettek a mostani elleni oltás gyors fejlesztésében.
  • Nipah- és henipa-vírus betegség: 40–75% halálozás. Járványok Dél-Kelet Ázsiából és Óceániából ismertek.
  • Rift Valley-láz: Súlyos esetben 50% halálozási ráta. Afrikában és az Arab-félszigeten okoz fertőződéseket. Emberről-emberre nem terjed.
  • Zika: Nem halálos, de egy új mutáció következtében születési rendellenességet okoz. Minden bizonnyal azért került fel a listára, mert megjelent az amerikai kontinensen.

Az oltásoknak köszönhetően nem félünk eléggé a betegségektől


Azt kell mondjam, hogy kiveszőben az a generáció, akik még megélték azokat a fertőző betegségeket, amelyektől nagyon kellett tartani. Mindenki olvassa el a torokgyík, gyermekbénulás, szamárköhögés, és kanyaró leírását a wikin. Nekem már csak olyanok jutottak, hogy bárányhimlő, rózsahimlő, mumpsz, amelyek messze nem halálosak, de jobb, ha az ember nem kapja meg. Mindezek ellen ma elérhető védőoltás (és kötelezőek).


Mivel a súlyos ragályos betegségek felett Európában és Észak-Amerikában (Ausztrália, Új-Zéland, Japán, Dél-Korea, stb. a fejlettebb országok, ahova néha magunkat is szeretjük sorolni, és ahol nincs trópusi klíma) az oltásnak köszönhetően lényegében győztünk, így el is feledkeztünk róluk. És elfeledtük, hogy az oltások mindenféle esetleges mellékhatásuk, kényelmetlenségük ellenére életeket mentenek. Sokat. Nagyon sokat.


Volt elég önkéntes


Járvány közben egyszerűbb tesztelni egy oltás hatékonyságát. Ha nincs kórokozó nincs mire vizsgálni, ez jelentősen lassítja az olyan oltások fejlesztését, ami időszakosan kiújulóak, mint a MERS (nem tűnt el) vagy az ebola. Ráadásul most helyben volt elérhető a sok önkéntes és tesztalany. Nem kell harmadik világban keresgetni valami csak őket érintő betegségben szenvedőket. Összefüggésben az előző ponttal, a járvány most itt van.


A fentebb említett Gouglas et al. (2018) tanulmány minden esetben klinikai fázis 2a-ig eljutó oltásokról beszél. A 2b fázis lenne az optimális dózis megállapítása és hasonlók. A 3-as fázis nagy mintán figyeli a hatékonyságot és a mellékhatásokat. Ezt követően lehet valamit kereskedelmi forgalomba hozni. Ezt most azért jegyzem meg, mert a szociális médiában terjed a kérdés, hogy miért nem volt 4-es és 5-ös fázis. Azért, mert a 4-es a bevezetést követően jön, 5-ös meg nincs.

Szóval a COVID-19 járvány esetében le lehetett folytatni az összes klinikai fázist. A sebességhez ez is hozzájárult.


Sokat fejlődött a tudomány


Ez talán a kulcs (a pénzen kívül). A tudomány fejlődéséből nagyon keveset látunk. A legújabb iPhone, az egyre nagyobb tévék és az elektromos autó körülbelül az, ami megüti az ingerküszöböt. Ezekkel kapcsolatban nem is kérdezzük meg, hogy hogyan nőhet exponenciálisan a számítási kapacitás (Moore -törvény). Szinte elvárjuk ezt a fejlődést. Miért gondoljuk, hogy közben a többi tudomány is sokat fejlődött?


A biológia is sokat fejlődött. Annyira, hogy sokszor én biológusként is alulbecslem, hogy mire képes ma a technológia. Sokszor az ember (legalábbis én, biztosan mindenki más sokkal okosabb) az alapján ítéli meg a világot, hogy mit tanult róla. Nekem biológiából ez a '90-es évek volt. Akik csak gimnáziumban tanultak biológiát, azok a konkrét évszámból vonjanak le pár évtizedet, sokára szokott a közoktatásba leszivárogni egy-egy fejlesztés ténye. Azaz legyünk őszinték, a legtöbben a XX. század második fele alapján értékeljük azt, hogy most mi történik. Ahhoz képest tényleg lehet hihetetlenül gyors ez az oltásfejlesztés.


Gondoljunk olyasmibe bele, hogy az 50-es években fedeztük fel a DNS szerkezetét (röntgen krisztallográfia). Ma nem okoz gondot, hogy szinte azonnal megtudjuk a vírus minden kis részletének a szerkezetét.


Az első teljes vírusszekvenciát 1976-ban határozták meg. Ez akkor igen jelentős teljesítmény volt. Most majdnem másnap megvolt a szekvencia (a vírus izolálása volt a nehezebb technikailag) és azóta igen sok teljes SARS-CoV-2 vírusszekvencia áll rendelkezésre, hogy lássuk miként változik és, hogy mely országba mely variáns terjed.


A szokásos állatmodell az egér nem jó alapból, mert máshogy néz ki az a kötőfehérjéje (ACE2 receptor), amihez a vírus köt. Erre ma nem az a válasz, hogy jó, akkor kénytelenek vagyunk aranyhörcsögöt vagy rézuszmajmot alkalmazni (ezeket is alkalmazzák), hanem előállítanak egy olyan genetikailag módosított egeret, ami fertőzhető.



Koronavírusokat is jobban ismerjük, oltást is próbáltak fejleszteni ellenük


A koronavírusokat bár egy ideje már ismerjük, de csak 2002-ben jelent meg olyan változata (SARS), ami elég veszélyes, hogy oltást próbáljanak fejleszteni ellene. Próbáltak is, csak közben nincs más az a betegség, így nehéz (pénzt találni rá). És ott a MERS is. Tehát van azért itt már vagy két évtized tudása, amire lehetett támaszkodni. És ez csak a koronavírusok és az oltás kérdése. Az oltások terén ennél sokkal több ismeret gyűlt össze.


Oltásfejlesztések időtartama. A mostani szemmel hosszúnak tűnő fejlesztés nem a biztonság okán volt ilyen hosszú. Forrás Nature

Az adminisztráció is gyorsabb


A gyógyszereket is engedélyeztetni kell. Az államok – nagyon helyesen – nem engedik, hogy bárki bármit gyógyszerként forgalmazzon. Senki nem szeretné, ha mérgeznék a lakosságot, vagy csodagyógyszerként árulnának nagy semmit. A gyógyszer-engedélyezés így egy hosszú adminisztratív folyamat, amíg a hatóságok megbizonyosodnak arról, hogy minden rendben volt a vizsgálatok során, amelyek előtte kellenek (klinikai vizsgálatok). Egy 2016-os cikk (Van Norman 2016) akár 2 évre is teszi ezt a fázist (gyógyszerek esetén, az USA-ban). Hangsúlyozom, hogy ez aktatologatás, tehát ez az az idő, amiben új ismeret a készítményről már nem keletkezik (a hivatal kérhet kiegészítést, sőt új adatot is, de az ugye akkor a klinikai fázisok részei lesznek). Ez a rész lehet lehet gyors (és sürgős, fontos esetben törvényi lehetőség is van, hogy gyors legyen). Mint sok hivatali dolognál itt is a maximális idő van meghatározva, hogy mennyi idő van a válaszra. Kevesebb lehet. Na most az adminisztráció gyors volt.


És ha ilyen gyorsan lehet oltást fejleszteni, akkor gyógyszert miért nem?


A gyógyszerek zömében olyan apró molekulák (egy antitesthez képest aprók), amelyeket bekapkodva valamihez fognak kötődni és ezzel megakadályozzák, hogy valami más kötődjön oda. Természetesen egyszerű olyan molekulát fejleszteni, ami szépen kötne az ACE2 receptorokhoz és a vírus be se tudna jutni a szervezetünkbe. Valószínűleg belehalnánk, de a vírustól védene. Mert ugye a gyógyszerek tényleg valamit megbolygatnak a szervezetben, és annak igen kiszámíthatatlan a hatása. Én nem csodálkozom, hogy nem találtak hatásos gyógyszert ilyen gyorsan.

Az oltás nem így működik. Bemutatunk a szervezetnek valamit, hogy "figyelj, ez az ellenség, most szépen az évmilliók alatt csiszolt immunrendszereddel takarítsd ezt el és utána emlékezz, hogyan kell ezt csinálni". A feladatot a szervezetünkre hagyjuk, arra a mechanizmusra, ami a vírust is legyőzné (ha az sikerül). Viszont a vírus (vagy más kórokozó) rombolása nélkül.


Hivatkozott irodalom

Most direkt minden idézett tanulmány 2020 előttről van, hogy mutassam ezek a kérdések (oltás, fertőző betegségek, kutatások költsége, engedélyezés sebessége, stb.) korábban is érdekelte a kutatókat, az ipari szereplőket, csak nem szűrődtek le a mindennapjainkba.

2020. december 14., hétfő

Fotoszintetizáló baktériumok utódai vagyunk

Luca nap van és az evolúcióbiológusok nem tudják kihagyni, hogy beszéljenek a LUCA-ról. A LUCA az a Last Universal Common Ancestor, magyarul az utolsó univerzális közös ős. Ez az az élőlény, aminek minden ma élő élőlény az utódja. Ilyen élőlényből amúgy igen sok lehet, ezért az utolsó kitétel. A közös ős fogalmának megértése egyrészt könnyű, amikor a saját felmenőinkről van szó, de nem egy egyszerű agygimnasztika, amikor olyan különböző élőlényeket kell közös tőről fakadónak venni, mint a kutya, a magyar nőszirom, a zöld szemesostoros, a vérhasamőba és a veteménybab gyökérgümőiben nitrogént fixáló Rhizobium etli baktérium.

Haeckel törzsfája 1866-ból

A testvérem és jómagam legutolsó közös őse a szüleink. Közös őseink természetesen a nagyszüleink, a dédszüleink, az ükszüleink és így tovább, de a hozzánk időben legközelebbi őseink a szüleink. Az unokatestvéreimmel már a közös nagyszülők jelentik ugyanezt a kapcsolatot. A közös ősöknek ezen hozzánk időben, genetikailag és érzelmileg közel álló halmazát jól ismerjük, számon is tartjuk. A feleségemmel kapcsolatban egyikünk családja sem szólalt fel, hogy mi bizony rokonok vagyunk, így nem lenne ildomos összeházasodnunk. Pedig rokonok vagyunk. Szinte biztos, hogy legfeljebb pár száz év távlatlában van valaki, aki mindkettőnk ük-ük-akárhagyadik ük apja vagy anyja.


Aki úgy gondolja, hogy ez csak valami nemzetépítő mese, hogy mi magyarok egymás rokonai vagyunk valami nem túl közeli, de nem is túl messzi fokon, annak itt egy rövid gondolatmenet. Van két szülőm, négy nagyszülőm, nyolc dédszülőm, tizenhat ükszülőm, és így tovább, minden generációval korábban az ősök száma duplázódik. Minden más emberre is igaz ez. 21 generációval korábban (ez 28 éves generációkkal számolva 588 évnyire van, azaz 1432-ben) körülbelül 2 millió ősömnek kéne lennie, ha minden ősöm különböző. Ez másra is igaz. Tehát, ha semmilyen közös felmenőnk nincs, akkor a XV. században a Magyar Királyság területén élő emberek fele az én ősöm, a fele azon másik emberé. Egy generációval korábban viszont már valami átfedésnek kell lennie, mert több ősnek kéne lenni, mint ahányan éltek az országban. [Teljesen mindegy, hogy mit gondolunk arról, hogy melyikünk őse mikor keveredett a Kárpát-medencébe, pár generációval korábban olyan sok különböző ősünknek kéne lennie, hogy ez távolabbi vidékekről származókkal kapcsolatban is igaz.]

Nemcsak bármely két ma élő embernek van közös őse a múltban, de az embereknek és a csimpánzoknak is. Természetesen a csimpánzok nem az őseink, pláne nem valamelyik ma élő csimpánz sem az ősünk (már csak azért sem, mert egy kicsit rövidebb ideig élnek, mint mi). A csimpánzok és az emberek közös őse valamikor 5–7 millió évvel ezelőtt élt. Azóta mi is változtunk és a csimpánzok is.
Ahogy megyünk visszafele az időben olyan 80–90 millió évvel ezelőtt megtalálhatjuk az összes főemlős utolsó közös ősét. És újabb százmillió évvel korábban az összes emlős közös ősét. Ahogy megyünk visszafele úgy olvadnak egybe a most külön leszármazási vonalak: lesz valami hüllőszerű őse az összes mai hüllőnek, madárnak és emlősnek, majd csatlakoznak a kétéltűek, a tüdőshalak, az izmosúszós halak és így tovább. Na ezt a történetet szeretnénk addig visszatekerni, amíg megtaláljuk az utolsó olyan élőlényt, amely minden ma élőnek az őse.


Természetesen ezt az őst még lenyomatként sem fogjuk megtalálni az ősmaradványokban. Jellegzetességeire abból következtethetünk, hogy milyen jellemzőek univerzálisak az élővilágban (például a DNS örökítőanyag vagy a genetikai kódszótár), mely fehérjék tűnnek ősinek vagy milyen mai élőlényt találunk a törzsfa gyökeréhez leghasonlóbbnak.


A teljes élővilágra vonatkozó molekuláris adatokon alapuló törzsfa Carl Woese és Geroge Fox nevéhez fűződik, akik riboszomális RNS alapján az élővilágot három birodalomba (domén, de ezt a nevet később adták a csoportoknak) osztotta: valódi baktériumok (Eubacteria), ősbaktériumok (Archaebacteria) és sejtmagvasak (Eukaryota). Korábban a sejtmag nélküli élőlényeket egységesen prokariótának tekintették és a prokarióta – eukarióta volt az élők felosztásának legmagasabb szintje.




Amennyiben a prokariótákon belül találtak volna két nagyobb csoportot, akkor nem vezettek volna be új neveket, sőt megerősödött volna a prokarióta – eukarióta fő szétválás. Viszont azt találták, hogy az archaeák (az ősbaktérium nevet ma már nem használjuk, mert, ahogy később részletesen leírom, ma már nem gondoljuk, hogy ősiek lennének) közelebb állnak az eukariótákhoz (hozzánk), mint a baktériumokhoz, ahova eddig sorolták őket. Mivel az eukariótákat egy nagy egységes csoportként kezeljük, amelyek közelségük ellenére eléggé különböznek az archaeáktól, így az új birodalom létrehozása megalapozott. Ez a ma legáltalánosabban használt, úgynevezett három birodalmas felosztása az élőknek.


Ez a törzsfa nem mond semmit arról, hogy a LUCA milyen lehetett, esetleg melyik csoporthoz állt közelebb. A törzsfák gyökerét általában úgy állapítjuk meg, hogy veszünk egy olyan fajt (vagy fajokat), amely kívül van a csoporton (külcsoport) és amely fajok ehhez legjobban hasonlítanak az van a legközelebb a gyökérhez. Az emlősök törzsfájának gyökeréhez legközelebb a kacsacsőrű emlős van, ő hasonlít legjobban a hüllőkre (de sok tekintetben biztos nem így nézett ki az emlősök közös őse!). Az összes élőt magába foglalni vágyó törzsfáknál viszont nem lehet külcsoportot alkalmazni, mert definíció szerint nincs élő az élőkön kívül. Be lehet vetni trükköket, de mindnek megvan a maga problémája. Woese-ék egy későbbi tanulmánya a baktériumokat rakta közelebb a gyökérhez, de nem állította, hogy a LUCA baktérium lett volna. Sőt 2002-ben úgy gondolta, hogy nincs is jól definiálható LUCA. A gének egy fura katyvasza volt, amit a sejtek nagyon gyorsan cserélgethettek egymás között (úgynevezett horizontális géntranszfer ma is van, de nem túl gyakori). Ebből az őskáoszból emelkedett ki három független leszármazási vonal, amelyek már kevésbé cserélgettek géneket, így ma egységként tudjuk őket kezelni.


A problémák fókuszában az áll, hogy az archaeák és az eukarióták közelsége, amit a riboszomális RNS-en kívül több a DNS másoláshoz köthető gének és egyes speciális anyagcsereutak is valószínűsítenek, attól még nem érthető, mert sejtszerveződés tekintetében nagyon más a két csoport. Tovább ködösíti a képet, hogy bizonyos módszerekkel olyan törzsfák jönnek ki, amelyben az archaeák és az eukarióták nem testvérei egymásnak, hanem az eukarióták az archaeákon belül fejlődtek ki. Ebben az esetben csak két doménról lehet beszélni, az archaeákról és a baktériumokról. Az eukarióták csak alrészei az archaeáknak.


Ez sok érdekeset elmond az archaeákról, de szinte semmit a LUCA-ról, márpedig róla szeretnénk többet megtudni. Mivel közel állnak az eukariótákhoz is, de felépítésükben inkább a baktériumokra hasonlítanak, így Woese köztes formaként tekintett rájuk és őket helyezte a gyökérhez. Az archaeák akkor ismert fajai metanogének és extremofilek, azaz metántermelők és extrém körülmények, mint magas sókoncentráció vagy magas hőmérséklet mellett is megélő élőlények. Ezek az élőlények olyan helyeken élnek, amelyekkel kapcsolatban felmerült, hogy az élet keletkezésének színhelyei, így vélték őket ősinek. Ma úgy gondoljuk, hogy az archaeák nem ősiek, így az ősbaktérium kifejezést nem is használjuk.


Most egy kicsit el kell hagynunk az archeákat és beszélnünk kell a baktériumokról. A baktériumok osztályozása egy ideig egy festési eljárásban való színeződésük alapján történt. Ez alapján vannak Gram-pozitív (festődő) és Gram-negatív (nem festődő) baktériumok. A különbség a sejtfaluk vastagságában keresendő. A vastag sejtfalúak festődnek, míg a vékony sejtfalúak nem (legalábbis ez az általános megfigyelés, kivétel van). A vékony sejtfalúaknál amúgy nem is annyira a sejtfal vastagsága érdekes sejttanilag, hanem a tény, hogy két membrán veszi őket körül. Van egy sejtmembránjuk, ahogy megtanultuk, hogy minden sejtnek van. Azon kívül egy sejtfaluk, amivel még mindig nem térnek el igen sok sejtféleségtől, például a növényeknek és a gombáknak is van sejtfaluk (csak teljesen más, és más a bakteriális sejtfalhoz képest is). Az állati sejteknek amúgy nincs sejtfaluk. A Gram-negatív sejteknek (a jellemző képviselőknek) a sejtfalon kívül van egy újabb membránjuk. Ilyen baktérium az E. coli is, ami a baktériumok megtestesítője, modell élőlénye. És ezért van két membrán a mitokondrium és a kloroplasztisz körül is, mert az elsőnek az őse egy α-proteobaktérium és a másodiknak pedig egy cianobaktérium (kékbaktérium), és mindkét baktériumcsoportnak két membránja van.



A nagy kérdés, hogy melyik az ősibb? Az egy membrán egyszerűbbnek tűnik és szeretjük, ha az egyszerűbb szerkezetek az ősiek. Ebből következően az olyan baktériumtörzseknek kéne ősibbnek lenni, amelyek Gram-pozitívok (Actinobacteria és a Firmicutes a jellemző képviselője). Nehéz megmondanom, hogy mi az általánosan elfogadott a baktériumrendszertanban (nem vagyok mikrobiológus), de talán ez a nézet közelebb állhat vagy állhatott hozzá. Számomra is hihető forgatókönyvek szólnak e mellett (Sutcliffe 2010; Gupta 2011). A tankönyvembe is ezt írtam, mint szerintem érvényeset. De megjegyeztem, hogy Thomas Cavalier-Smith máshogy gondolja.




Thomas Cavalier-Smith a rendszertan megkerülhetetlen alakja. A mai modern rendszerek igen nagy részt az ő munkásságán alapulnak, a legutóbbi (2015-ös) az élővilág egészére kiterjedő rendszeréről írtam korábban. Nem mindig fogadják el az ajánlásait, bár sokról kiderült, hogy igaza van (és van, amiről az, hogy nincs, de saját nézeteit is hajlandó revideálni). A munkásságában az a nagyszerű, hogy ő ért az élőlényekhez, érződik a mély alázat és tisztelet a világ sokfélesége iránt. Azért írom le, mert a rendszertanok egyre inkább bioinformatikai és biokémiai/genetikai bravúrok eredményei, amennyiben egyre több élőlény örökítőanyagát ismerjük és azokat igen bonyolult módszerekkel törzsfákká tudjuk masszírozni. Ami elveszett az a mikrobiológiai ismeret, az, hogy az adott fa mit is mond nekünk, hogyan fejlődhetett ki egyik a másikból. És bizony lehet borzalmakkal találkozni, ami erőszakot tesz úgy a rendszerezésen, mint a mikrobiális sejttanon (Nayfach et al. 2020, 130+ törzset ajánl, hogy a törzsek közötti távolságot normalizálja).


Cavalier-Smith új mikrobiális rendszertant ajánlott ez év elején. Szokásához híven regény hosszúságú cikkben (133 oldal) taglalja a problémát, a lehetséges megoldásokat és egy új vagy inkább finomított rendszertant. Magáról a rendszerről majd írok később, az önállóan is érdekes lehet, azoknak, akiket érdekel az élővilág sokfélesége. Most itt arra fókuszálok, hogy ő mit ajánl, mi van a törzsfa gyökerénél. Az előzőekből talán sejthető, hogy a kétmembrános baktériumokat tartja ősinek, közülük is egy olyan csoportot (Chloroflexi), amit eddig inkább az egymembránosakkal láttam közös csoportban (lásd tankönyv 482. oldal 😉).


A Chloroflexi csoportba kétmembrános baktériumok tartoznak. A második membrán megléte kérdéses (volt), ami biztos, hogy a tipikus kétmembrános baktériumokkal ellentétben lipopoliszacharidjaik (membránba ágyazott molekulák, amelyeknek egy hosszú cukorrésze kifelé áll) nincsenek. Ide tartoznak a bíbor nem-kén baktériumok, akik fototrófok, azaz a fény energiáját használják molekuláik felépítéséhez. A LUCA biztosan anaerob volt, azaz oxigéntől elzárva élt (ilyen fajok vannak a Chloroflexin belül), ami az esetében a Föld akkori természetes állapota volt, a légkör akkor még legfeljebb nyomokban tartalmazott oxigént.


A tanulmány felveti, hogy a fotoszintézis képessége ez egyszer alakult ki, és minden más bakteriális fotoszintézis ebből levezethető (az eukarióták fotoszintézise cianobakteriális eredetű plasztiszhoz köthető, tehát áttételesen szintén ezen vonalba tartozna). Nem érzem azonban kötelezőnek, hogy a LUCA fotoszintetikus, illetve autotróf legyen. Az autotróf azt jelenti, hogy képes szervetlen anyagokból előállítani a számára szükséges szerves anyagokat. A közismert élőlények közül a növények ilyenek. Az állatok pedig úgynevezett heterotrófok, mi kénytelen vagyunk szerves molekulákat magunkhoz venni. Ebben a tekintetben a növényevők és a húsevők között nincs különbség, mindkettő más élőlény szerves anyagaiból képes csak lakmározni (csak a miheztartás végett, hogy mindenki értse, hogy a vegetarianizmus miért tarthatatlan morális alapon). Az első élő sejt biztosan heterotróf volt. Az autotrófia ugyanis feltételez egy összetett anyagcserét, ami viszont nem állhatott az első sejt rendelkezésére. Az élet hajnalán az élőlények számára a környezet biztosíthatta a szerves molekulákat. A LUCA és az első sejt között azonban sokféle élőlény élt, sőt a LUCA sem bolyongott egyedül az óceánban. Mivel nem volt egyedül, így biztosan volt mellette heterotróf élőlény is. Nem tudjuk miért ő lett minden mai élőlény őse. Ez sokszor a véletlenen múlik. Az biztos, hogy sok mindenre fel volt készülve, úgy tűnik nitrogént is képes volt megkötni. Ez az önellátás csúcsa, hiszen a növények például ammónium-ion vagy nitrát-ion formájában veszik fel a nitrogént (amire a fehérjéinkhez és nukleinsavakhoz is szükség van), a levegőben levő nagy mennyiségű nitrogént nem képesek hasznosítani. Arra csak bizonyos baktériumok képesek, mint a bevezetőben említett Rhizobium etli.


Bár én kutatóként azzal foglalkozom, hogy hogyan jutunk el a LUCA-ig, az élet keletkezésének vizsgálata nagyjából odáig tart, bár maga a szó szoros értelemben vett élet sokkal korábbi, de evolúcióbiológusként a földi élet történetének minden része érdekel. A rendszertan azért egy csodálatos tudomány (akkor is, ha még a legtöbb biológus is csak latin nevek telefonkönyvszerű magolásaként éli meg), mert egy történetet mesél el. Ahogy egy uralkodóház családfája elmond egy történetet, úgy egy törzsfa is elmond egyet. A fenti ábrán bemutatott történet (mert az nem egy törzsfa) egészen az eukarióták megjelenéséig visz minket. Az eukariótákat és ezzel együtt testvérét az archaeákat is, amiket együtt Neomura (új sejtfal) kládnak nevez, a Planctobacteria (máshol Planctomycetes néven is találkozhatunk velük) kládon belül vagy ahhoz közel elágazónak adja. Ez azért érdekes, mert a Plantobacterián belül találunk olyanokat, amelyeknek van belső membránrendszere, sőt olyat is, amelynek a DNS-ét egy membrán veszi körül. Ez nem olyan, mint a sejtmag, de utal egy belső membránrendszerre, ami a baktérium zömében nincs. A Planctobacteriáról hosszan szoktunk értekezni, mint példa, hogy egyes eukarióta szerű jellemzők a baktériumokon belül is megjelennek. Mivel az eddigi törzsfák két nagyon távoli ágra rakták őket és az eukariótákat, így ez megmaradt a konvergens evolúció érdekességének. Így viszont összeáll egy kerek történetté.



Boldog Luca-napot!

Hivatkozott irodalom