Dobra mutacja

O mutacjach słyszymy najczęściej przy okazji chorób genetycznych. Niewielka zmiana potrzebnego genu generuje ogromne i w większości nieuleczalne problemy zdrowotne. Czasem słyszymy o mutacjach w kontekście nowotworów bądź jako o skutkach skażenia środowiska.
Ale czy istnieć może dobra mutacja? Taka, która sprawia, że obdarzony nią człowiek ma się generalnie lepiej od innych? Jeden z takich przypadków omówię w niniejszym wpisie.

   W latach 70. naukowcy z uniwersytetu w Milano zwrócili uwagę na szczególny zestaw pojawiający się w wynikach badań krwi mieszkańców małej, włoskiej miejscowości. Niektórzy mieszkańcy Limone sul Garda posiadali niski poziom lipoproteiny wysokiej gęstości (HDL) odpowiedzialnej za transport cholesterolu z tkanek do krwi, oraz wysoki poziom trójglicerydów i cholesterolu. Były to więc idealne warunki do rozwoju miażdżycy - dużo trójglicerydów i cholesterolu, a czynnik usuwający cholesterol z tkanek słabo działa.
  Jednak u mieszkańców wioski o tym fenotypie miażdżyca nie występowała. Co więcej, stan ich zdrowia pod względem chorób naczyniowych wydawał się nawet lepszy niż przeciętnie. Ponieważ Limone sul Garda liczyła w tym czasie niespełna 1000 mieszkańców, przeprowadzono badania krwi całej populacji, stwierdzając że fenotyp "niskie HDL - wysokie trójglicerydy - brak chorób wieńcowych" występuje u 3,5%. Zarazem osoby o tych cechach były bezpośrednio spokrewnione, co wskazywało na genetyczne podłoże tego stanu. Następnie zbadano dane urzędowe i księgi parafialne, w celu zbadania pokrewieństwa osób u których pojawił się ta cecha. Im dalej wstecz, tym więcej spośród ponad 50 osób o niezwykłym fenotypie okazywało się bezpośrednio spokrewnione.   Ostatecznie znaleziono żyjącego w połowie XVIII wieku Cristoforo Pomaroli, który był wspólnym przodkiem wszystkich tych osób. Mutacja wystąpiła więc u jednej osoby a potem została przekazana  potomkom. Ponieważ wioska przez długi czas była odizolowana i dostać się można tam było tylko łodzią, mieszkańcy żenili się głównie między sobą a potomkowie Cristoforo mieszkali nadal w tej samej miejscowości.

Charakterystyczną cechą osób o tym fenotypie, była mniejsza częstość chorób miażdżycowych i wynikające stąd zauważalnie dłuższe życie. Również dane urzędowe i wyciągi z kronik parafialnych potwierdzały, że potomkowie Cristoforo żyli wyraźnie dłużej od reszty mieszkańców wioski, a przyczyną naturalnej śmierci nigdy nie były zawały czy udary. Wielu przekroczyło wiek 90 lat.
Nic więc dziwnego, że szybko zaczęto badać co takiego zaszło w ich genach, że daje to tak niesamowite skutki.

Lipoproteiny  to koloidalne cząstki agregatów białkowo-lipidowych zawieszone w osoczu krwi. Ich zadaniem jest transportować lipidy, które generalnie nie są rozpuszczalne w krwi. Frakcja chylomikronów przenosi lipidy wchłonięte w jelicie cienkim do wątroby, aby mogła je przerobić; frakcja VLDL przenosi lipidy z wątroby do tkanki tłuszczowej; frakcja LDL z wątroby do mięśni a frakcja HDL przeprowadza procesy odwrotne, czyli odbiera lipidy tkankom i transportuje do wątroby. W idealnej sytuacji między działaniem frakcji powinna zachodzić równowaga, dzięki czemu tkanki dostają tyle lipidów ile potrzebują ale nie więcej, tkanka tłuszczowa nadmiernie nie przyrasta i nie następuje stłuszczenie wątroby. Zaburzenie równowagi wywołuje najczęściej gromadzenie się tłuszczów i cholesterolu w różnych tkankach, co prowadzi do rozwoju miażdżycy i otyłości.

Lipoproteiny składają się z białek o dobrym powinowactwie do substancji tłuszczonych, we frakcji HDL głównym typem jest apolipoproteina, ma ona kilka podtypów. Apolipoproteina 1 to białko zawierające 270 reszt aminokwasów. Jak wykazały badania molekularne, u mieszkańców Limone występuje mutacja, która zamienia aminokwas argininę na pozycji  173 na cysteinę. Różnica jest o tyle istotna, że cysteina zawiera siarkę i może tworzyć mostek siarczkowy, łączący łańcuch z innym białkiem z cysteiną, na przykład drugą taką cząsteczką. Powstaje dimer, czyli połączenie dwóch łańcuchów zmutowanej apolipoproteiny, nazwany wariantem A-1 Milano (od miasta w którym badacze przeprowadzali badania).
W takiej formie białko jeszcze skuteczniej wiąże się z cholesterolem, przez co mimo niskiego poziomu HDL jest on efektywniej i lepiej usuwany z tkanek, w których jest go zbyt dużo. To powinno powodować, że nie powstają blaszki miażdżycowe prowadzące ostatecznie do rozwoju chorób układu krążenia.

Znamy inne mutacje w genach lipoprotein, które jednak nie miały pozytywnych skutków, jak choćby wariant Iowa wywołujący rodzinną amyloidozę, powodującą gromadzenie się w mózgu złogów apolipoproteiny, które uszkadzają neurony[1].

Ponieważ obecnie różnymi technikami biotechnologicznymi możemy produkować białka o znanej sekwencji, wariantem Milano zainteresowali się lekarze, widzące w tym niepozornym białku szansę na pomoc wielu ludziom, którzy nie mieli takiego szczęścia do genów.
Pierwsze próby na zwierzętach którym wstrzykiwano otrzymaną sztucznie apolipoproteinę Milano, były bardzo obiecujące, istniejące złogi ulegały zauważalnej redukcji.[2] Przystąpiono więc do testów na ludziach, ale wyniki nie były zbyt zachwycające - wprawdzie faktycznie część złogów została usunięta i polepszyła się elastyczność ścian naczyń, ale w porównaniu z grupą placebo pozytywny efekt by niewielki, rzędu 1,1% [3]
Można to tłumaczyć na dwa sposoby - ludzie z Limone sul Garda posiadali zmutowaną wersję lipoproteiny od urodzenia, byli więc chronieni przez całe życie, bez zmian w dawkowaniu czy przerw, a niewykluczone że drobne złogi w młodym wieku mają wpływ na potencjał rozwinięcia się choroby w wieku bardziej podeszłym. Druga natomiast możliwość to niezupełnie udane syntetyczne odtworzenie cząsteczki o aktywnym kształcie.
Potencjalnie więc najlepszym sposobem wykorzystania mutacji byłaby terapia genowa, zwłaszcza skierowana do ludzi posiadających mutację o odwrotnym działaniu

--------
*  https://en.wikipedia.org/wiki/Limone_sul_Garda
*  https://en.wikipedia.org/wiki/ApoA-1_Milano
*  http://www.comune.limonesulgarda.bs.it/index.asp?lang=1&menu=96&art=363
* http://blogs.sciencemag.org/pipeline/archives/2016/11/16/the-long-saga-of-apo-a1-milano

[1] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014579398006681
[2]  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12642784
[3] http://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/197579

Endemity roślinne Polski

Czyli rośliny rosnące tylko w naszym kraju.

Endemizm to szczególny przypadek ograniczenia zasięgu gatunku, gdy dotyczy on określonego regionu, kraju, jednostki geograficznej czy czasem nawet do jednego miejsca. To ograniczenie, może wynikać z bardzo różnych przyczyn - często ograniczonym endemitem staje się gatunek który dawniej występował nader pospolicie, ale zmiany klimatyczne oraz różne przypadkowe kataklizmy, w rodzaju wybuchów wulkanów, długotrwałych susz czy zmian tektonicznych spowodowały, że wyginął na pozostałych obszarach, wytrzymując się tylko w kilku miejscach o korzystnych warunkach. Tak było z Miłorzębem, dawniej rosnącym powszechnie i znajdowanym w skamieniałościach aż z okresu Kredy na terenach Azji i Europy, którego jedyny żyjący dziś gatunek uchował się ostatecznie w pewnej dolinie na południu Chin, gdzie rośnie kilkaset starych drzew, niektóre osiągające wiek 3 tysięcy lat. Stamtąd w średniowieczu zaczęto sprowadzać sadzonki i nasiona, stosując Miłorząb jako drzewo ozdobne.

 Niektóre gatunki to wynik zmian ewolucyjnych na stanowiskach reliktowych, na przykład gatunki typowo arktyczne, które po ociepleniu klimatu zachowały odosobnione stanowiska wysoko w górach, gdzie w obrębie ograniczonej populacji zachodziła dalsza specjacja. W ten sposób zapewne powstały niektóre opisane niżej podgatunki na stanowiskach oddalonych od typowego zasięgu. Najciekawszym przypadkiem są jednak gatunki, które powstały niedawno, w jednym, konkretnym miejscu a ich ograniczony zasięg wynika tylko stąd, że jeszcze nie zdążyły się rozsiać na większym terenie.

W opracowaniu Zbigniewa Mirka na temat endemizmu roślin w Polsce* jako endemity podano 169 taksonów, w tym 129 gatunków i 40 podgatunków. Część to endemity na terenach przygranicznych, występujące w naszym kraju i w którymś z państw sąsiednich. Jeśli ograniczyć się do gatunków rosnących tylko w naszym kraju, wówczas endemitami wyłącznie polskimi będzie 30 gatunków. Ponadto można znaleźć informacje o pewnej ilości podgatunków, co do niektórych botanicy nie są pewni czy wyróżniać je jako gatunki osobne.

Przytulia krakowska
Rodzaj przytulia zawiera bardzo wiele gatunków o szerokim, pospolitym występowaniu, jak choćby będąca uciążliwym chwastem przytulia czepna, czy żółto kwitnąca przytulia właściwa.
Jednak ten gatunek jest wyjątkowo rzadki - stwierdzono go tylko na siedmiu stanowiskach w obszarze Jury Krakowsko-Częstochowskiej koło Olsztyna, są to murawy wokół skalnych ostańców Góra Zamkowa, Wzgórze Niwki, Wzgórze Brodła, Skałki Lipówki, Skałki Duże, Łysa Góra. Jeszcze jedno ma się znajdować w Górach Towarnych, ale to zaraz obok. Ogółem występuje w okręgu kilkunastu kilometrów, wyrastając ze szczelin skałek wapiennych, czasem jest to po kilka kępek, czasem większe płaty w murawie. Tworzy niskie, płożące się kępy.

Zakwita drobnymi, białymi kwiatkami:

Podlega ochronie ścisłej, znajduje się na liście gatunków narażonych na wyginięcie. W kraju występują też trzy gatunki bardzo podobne i blisko spokrewnione - przytulia sudecka, będąca endemitem Masywu Czeskiego i występująca głównie w Czechach i w dwóch miejscach w polskich Sudetach; przytulia szorsktoowocowa występująca w Europie centralnej i zachodniej aż do Francji; oraz przytulia nierównolistna rosnąca w Tatrach i innych masywach górskich środkowej i południowej Europy. [1][2]

Pszonak pieniński
zgodnie z nazwą występuje tylko w Pieninach - największe i jak kiedyś sądzono jedyne stanowisko znajduje się na terenie zamku w Czorsztynie, gdzie około 1000 osobników porasta rumowiska i murawy. Małe stanowisko znaleziono też na stoku Flaków i Upszaru, gór po drugiej stronie jeziora Czorsztyńskiego, na przeciwko zamku. Małe, oddalone stanowisko znaleziono też u wylotu wąwozu Homole, przy czym nie wiadomo czy to stanowisko naturalne, czy może do jego powstania przyczynił się człowiek. Ponadto rośnie w kilku ogrodach botanicznych.
[3]

Warzucha polska
Warzucha to roślina podobna nieco do rzeżuchy. Spośród czterech gatunków występujących w Polsce, jeden jest specyficznym endemitem. Warzucha polska (Cochlearia polonica) została pierwotnie opisana ze stanowisk na źródliskach strumienia Biała i mniejszych strumyków, oraz na zabagnionych obszarach wokół Pustyni Błędowskiej. Dziś wiadomo, że powstała stosunkowo niedawno w wyniku mutacji warzuchy pirenejskiej. Gatunek wyjściowy ma 6 chromosomów, w wyniku mutacji liczba ta została zwielokrotniona do 36 chromosomów, co wpłynęło na ogólny pokrój i niektóre cechy morfologiczne. Właśnie w taki sposób mogą czasem powstawać nowe gatunki, skrajnym przykładem jest pewien australijski krzew, dla którego znany jest tylko jeden osobnik (ale za to rozrośnięty na dużym obszarze).
W XX wieku działalność kopalń doprowadziła do osuszenia pierwotnych stanowisk, i roślina przestała w nich rosnąć. Dlatego w opracowaniach ma status "wymarłej na naturalnych stanowiskach". Jednak już wcześniej kilka osobników przesadzono do innych, bardziej sprzyjających miejsc. Obecnie rośnie w misie źródliskowej potoku Centuria, na źródłach Wiercicy i Rajecznicy. To w sumie ten sam region. Próby posadzenia poza tym rejonem skończyły się niepowodzeniem.

Mniszek pieniński
Rodzaj mniszek, do którego należy znany wszystkim mniszek pospolity, nazywany mleczem lub dmuchawcem obfituje w gatunki. Rodzaj ten wyodrębnił się z pozostałych roślin już dosyć dawno, ulegając stopniowemu skomplikowaniu. Począwszy od najstarszych taksonów diploidalnych i rozmnażających się tylko płciowo, do współczesnych poliploidalnych gatunków zbiorowych, z licznymi "gatunkami mniejszymi" rozmnażającymi się bezpłciowo.
W dużej części gatunków mniszków nasiono powstaje nie w wyniku przeniesienia pyłku kwiatów męskich na słupki żeńskie, lecz w wyniku powstania zarodka z komórki jajowej bez zapłodnienia, lub z innych komórek. W efekcie nasiona są genetycznie identyczne z osobnikiem wyjściowym.
Ten specyficzny rozród powodujący izolowanie linii genetycznych sprzyja także utrwalaniu się przypadkowych mutacji, stąd duża liczba "gatunków mniejszych" różniących się drobnymi cechami, zauważalnymi przez specjalistów, i nie krzyżujących się ze sobą.

Mniszek pieniński jest gatunkiem o tyle ciekawym, że rozmnaża się tylko płciowo i jest diploidalny, a to oznacza że w ramach swego rodzaju jest gatunkiem bardzo starym. Jest to zresztą jedyny w naszym kraju gatunek mniszka o tych cechach. Występuje tylko w Pieninach, w masywie Trzech Koron a dokładnie na stoku Okrąglicy. Jedyne znane dawniej stanowisko leżało niedaleko ścieżki prowadzącej na Okrąglicę ale w latach 80. zostało zniszczone przez obryw skalny. Ponieważ nie zabezpieczono wcześniej nasion, uważano że gatunek w wyniku tej katastrofy wyginął. W roku 1999 został jednak ponownie odnaleziony w innym miejscu, na łączce w pobliżu szczytu Okrąglicy, gdzie rosło kilkadziesiąt osobników i gdzie utrzymuje się do dziś. Nasiona zostały zabezpieczone w banku genów. [4]

Spośród pozostałych gatunków mniszków apomiktycznych, jeszcze cztery zostały opisane ze stanowisk tylko na terenie kraju, aczkolwiek dokładne badania mogłyby wykazać, że rosną też za granicą, czego na razie nie chciało się nikomu sprawdzać. Są to Teraxacum glowackii odnotowany na terenie parku krajobrazowego Podlaski Przełom Bugu, w okolicach Siemiatycz i Siedlec; Taraxacum podlachiacum notowany w okolicach Warszawy, Wołomina, Mińska Mazowieckiego i Siedlec[5], T. pawlowskii i T. polonicum.

Róża Kostrakiewicza 
Rodzaj róża obejmuje wiele gatunków. Poza odmianami uprawnymi są to głównie tzw "dzikie róże" z których wyróżnia się około 150 gatunków i mieszańców, z czego około 40 rośnie w Europie. Pod tym względem flora Polski jest w nie dosyć bogata, rośnie ich bowiem u nas około 25 gatunków, szczególne zagęszczenie osiągając w Górach Pieprzowych. Tam też wyróżniono jeden gatunek endemiczny - różę Kostrakiewicza.

Nie znalazłem informacji czy wyróżnia się czymś szczególnym.

Jastrzębiec Marii
Jastrzębce to drobne rośliny łąkowe o kwiatkach wyglądających jak pomniejszona wersja mlecza, rośnie ich u nas około stu gatunków. Pospolicie występuje zwłaszcza jastrzębiec kosmaczek, tworzący na suchych łąkach rozległe płaty. Rzadko natomiast, bo wyłącznie w Sudetach, rośnie jastrzębiec Marii Bornmüller (Hieracium mariae-bornmuelleriae) przy czym nie znalazłem informacji kto konkretnie jest "patronką" gatunku.

Wiechlina babiogórska
Trawy z rodzaju wiechlina to rośliny nader pospolite. Gatunek wiechlina babiogórska rośnie jednak, zgodnie z nazwą, tylko w masywie Babiej Góry. W tej samej okolicy rośnie też kilka innych rzadkich gatunków reliktowych, jak okrzyn jeleni czy rogownica alpejska. W tym ostatnim przypadku niektórzy badacze uznają osobniki z tego stanowiska za endemiczny podgatunek rogownicę alpejską babiogórską (Cerastium alpinum subsp. babiogorense).[6]

Skalnica darniowa bazaltowa i Biedrzeniec mniejszy skalny
Podgatunek skalnicy darniowej wyróżniający się skłonnością do rośnięcia na skale bazaltowej. Rośnie wyłącznie w jednym miejscu - na odsłonięciu żyły bazaltu w żlebie na jednej ze ścian Małego Śnieżnego Kotła w Karkonoszach. Panują tam specyficzne warunki klimatu arktycznego i podłoża powstałego z przemieszania granitu i bazaltu. Jest to także jedyne na świecie stanowisko biedrzeńca mniejszego skalnego porastającego piarg żlebu. Rośnie tam około 200 osobników. W tym samym żlebie rośnie też skalnica śnieżna, roślina typowa dla terenów arktycznych, rosnąca zwykle w Norwegii, Grenlandii i Kanadzie. Stanowisko w Karpatach jest najbardziej wysuniętym na południe reliktem tego gatunku. Osuwiska i zbieranie do zielników doprowadziły do tego, że w latach 90. pozostało tylko kilkanaście osobników, dlatego rośliny z tego stanowiska rozmnożono i w ostatnich latach dosadzono otrzymane siewki.

Przywrotniki
Rodzaj przywrotnik obfituje w podobne do siebie gatunki, często klasyfikowane jako "gatunki mniejsze" w ramach zbiorowego Przywrotnika pospolitego, stąd ich odrębność bywa dyskusyjna. We florze kraju wyróżniono kilkanaście gatunków endemicznych, wśród nich rosnący tylko w Tatrach przywrotnik polski (Alchemilla polonica). Endemitami są też prawdopodobnie, przywrotnik babiogórski, (Alchemilla babiogensis) przywrotnik równoząbkowy (A. aequidens), przywrotnik łysawy (A. calviflora), przywrotnik karkonoski (A. corcontica), przywrotnik jedwabistonerwowy (nazywany też giewonckim) (A. jasiewiczii), przywrotnik Othmara (A othmari lub A. pseudothmari) i przywrotnik różnowłosy (A. versipla).

Jeżyny
W rodzaju Jeżyna znajduje się duża ilość "gatunków mniejszych" rozmnażających się apomiktycznie, podobnie jak to jest z Mniszkami. Poza dwoma starymi gatunkami rozmnażającymi się płciowo - Maliną właściwą i Maliną moroszką - rośnie u nas jeszcze kilkadziesiąt podobnych do siebie gatunków. Wśród nich kilka o bardzo ograniczonym zasięgu. Endemicznymi gatunkami dla Polski są: jeżyna notecka (Rubus czarnunensins), jeżyna Holzfussa (R. holzfussii), opisana w 2004 roku Rubus lucentifolius, jeżyna ostrowska (R. ostroviensis), jeżyna mosińska (R. seebergensis), jeżyna Spribillego (R. spribillei), jeżyna główkowata (R. capitulatus)
Duże zagęszczenie gatunków jeżyn obserwuje się w okolicy Raciborza. Badacze na podstawie badań okolic miasta opisali gatunki takie jak rosnąca w Lesie Obora jeżyna trójlistkowa (Rubus oboranus) która jest endemitem doliny Górnej Odry.

***

W przypadku części gatunków może się okazać, że nie są aż tak ściśle krajowymi endemitami i występują też w innych krajach, a jedynie dotychczas nikt tego dokładnie nie zbadał. Tak było z nie omawianą tutaj Brzozą ojcowską, o której sądzono dawniej, że rośnie tylko w dolinie Prądnika, po czym odnaleziono jej stanowiska na Ukrainie, Słowacji, w Czechach, Rumunii i Szwecji.

Części tych endemitów grozi wyginięcie, głównie z powodu małej ilości osobników, które skupione w jednym miejscu narażone są na celowe lub przypadkowe zagrożenia; inne bardziej rozprzestrzenione są w zasadzie bezpieczne, choć i tak zasługują na ochronę. Aby zapobiec wyginięciu, nasiona i siewki najrzadszych gatunków przechowuje się lub uprawia w bankach genów, skąd niekiedy są dosadzane na stanowiska.
--------------
Źródła:
* Z. Mirek, H. Piękoś-Mirkowa, Fitogeograficzne aspekty endemizmu w Polsce, Wiadomości Botaniczne 53 (3/4): 7–30, 2009
* Niezwykły świat raciborskich i śląskich gatunków Jeżyn
* Banki Genów

[1] http://siedliska.gios.gov.pl/pdf/siedliska/2009-2011/wyniki_monitoringu_roslin_2189.pdf
[2] http://www.gios.gov.pl/siedliska/pdf/przewodnik_metodyczny_galium_cracoviense.pdf
[3] http://www.gios.gov.pl/siedliska/pdf/wyniki_monitoringu_roslin_erysimum_pieninicum.pdf
[4]  http://www.ib-pan.krakow.pl/ibwyd/red/plcarp_Tar_pie.pdf
[5] H. Øllgaard, Z. Głowacki, M. Falkowski i J. Krechowski , Nowe dla polskiej flory gatunki z rodzaju Taraxacum, Fragm. Flor. Geobot. Polonica, 9 ;21-35; 2002
[6] http://www.ib-pan.krakow.pl/ibwyd/red/plcarp_Cer_alp.pdf

Polskie nazwy ustalałem na podstawie internetowego Atlasu Roślin i Wikipedii.

Praca Mirka wymieniała jeszcze dwa gatunki Przywrotnika, które inne źródła uznały za synonimy P. równoząbkowego.