Barvo kože, las in oči več kot osmih milijard ljudi določa pigment, ki absorbira svetlobo, znan kot melanin. Raziskava dr. Viveka Bajpaija, glavnega avtorja in docenta na Šoli za trajnostno kemijsko, biološko in materialno inženirstvo na Univerzi v Oklahomi, ter sodelavcev z Univerze Stanford je odkrila 135 novih genov, povezanih s pigmentacijo.
Kaj je melanin?
Melanin nastaja v posebnih strukturah, imenovanih melanosomi. Melanosome najdemo znotraj pigmentnih celic, ki proizvajajo melanin, imenovanih melanociti. Čeprav imamo vsi ljudje enako število melanocitov, se količina melanina, ki ga proizvedejo, razlikuje in povzroča razlike v barvi človeške kože.
Gensko inženirstvo celic pomagalo pri odkritju
»Da bi razumeli, kaj dejansko povzroča nastajanje različnih količin melanina, smo uporabili tehnologijo, imenovano CRISPR-Cas9, za gensko inženirstvo celic,« je dejal Bajpai. »Z uporabo CRISPR smo sistematično odstranili več kot 20.000 genov iz več sto milijonov melanocitov in opazovali vpliv na proizvodnjo melanina.«
Da bi ugotovili, kateri geni vplivajo na proizvodnjo melanina, je bilo treba celice, ki so med postopkom odstranitve gena izgubile melanin, ločiti od milijonov drugih celic, ki ga niso. Z uporabo celičnih kultur in vitro je Bajpai razvil novo metodo za dosego tega cilja, ki zaznava in kvantificira aktivnost melanocitov, ki proizvajajo melanin. S prehodom svetlobe skozi melanocite je lahko zabeležil, ali melanin v notranjosti svetlobo absorbira ali razprši.
»Če je veliko melanosomov, ki proizvajajo melanin, se bo svetloba razpršila veliko bolj kot v celicah z malo melanina,« je dejal Bajpai. »S postopkom, imenovanim stranska razpršitev pretočne citometrije, smo lahko ločili celice z več ali manj melanina. Te ločene celice smo nato analizirali, da bi ugotovili identiteto genov, ki spreminjajo melanin. Identificirali smo nove in prej znane gene, ki igrajo pomembno vlogo pri uravnavanju proizvodnje melanina pri ljudeh.«
Raziskovalci so odkrili 169 funkcionalno različnih genov, ki so vplivali na proizvodnjo melanina. Od tega jih 135 prej ni bilo povezanih s pigmentacijo. Nadalje so identificirali funkcijo dveh na novo odkritih genov: KLF6 in COMMD3. Protein KLF6, ki veže DNA, je povzročil izgubo proizvodnje melanina pri ljudeh in živalih, kar potrjuje vlogo, ki jo ima KLF6 pri proizvodnji melanina tudi pri drugih vrstah. Protein COMMD3 je uravnaval sintezo melanina z nadzorovanjem kislosti melanosomov.
Manj dnevne svetlobe pomeni manj melanina
V preteklosti je bila temnejša pigmentacija potrebna za zaščito pred ultravijoličnim sevanjem na območjih bližje ekvatorju in za ljudi, ki so več ur preživeli na neposredni sončni svetlobi. Ko so se ljudje selili na območja z manj neposredne sončne svetlobe ali na splošno manj ur dnevne svetlobe, je bilo potrebno manj melanina. Sčasoma je to povzročilo melanosome, ki so proizvedli manj melanina in tako absorbirali več sončne svetlobe.
»Z razumevanjem, kaj uravnava melanin, lahko pomagamo zaščititi ljudi s svetlejšo poltjo pred melanomom ali kožnim rakom,« je dejal Bajpai. »Z usmerjanjem na te nove melaninske gene bi lahko razvili tudi zdravila za spreminjanje melanina za vitiligo in druge pigmentne bolezni.«
Tehnološke procese, ki jih je razvila in uporablja raziskovalna skupina, bi lahko uporabili tudi za identifikacijo genov, ki uravnavajo proizvodnjo melanina v glivah in bakterijah. Proizvodnja melanina v glivah in bakterijah jim omogoča, da so bolj patogene za ljudi ali pridelke. Raziskovalci bi lahko razvili učinkovite posege proti tem mikrobom in njihovim boleznim z odkrivanjem in ciljanjem na takšne gene, ki proizvajajo melanin.
Novinar
