Z analizo genoma človeške ribice do boljšega razumevanja njenih nenavadnih lastnosti

Človeška ribica (Proteus anguinus) je endemit dinarskega krasa. Živi v podzemnih vodah od porečja reke Soče pri Trstu v Italiji, preko južne Slovenije, jugozahodne Hrvaške, Bosne in Hercegovine in vse do Črne Gore. Kot je za STA pojasnil Rok Kostanjšek z Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani, gre za območje največje podzemne biodiverzitete na svetu, ki bi ga lahko primerjali s koralnim grebenom ali tropskim pragozdom.

"Človeška ribica je krovni plenilec, kar pomeni, da s svojo prisotnostjo odraža, da je zanjo dovolj hrane, da je celoten ekosistem stabilen in da je voda, v kateri se nahaja pitna," je dejal Kostanjšek. Po njegovih besedah jo ravno zaradi tega razloga mnogokrat označujemo za čuvaja podzemne pitne vode.

Zaradi ekstremnih življenjskih pogojev, ki vladajo v jamah, je ta dvoživka razvila edinstvene lastnosti in prilagoditve. Je bledo kožnate barve, oči ima zakrnele in prekrite s kožo, saj ji v temnem okolju ne koristijo. Veliko bolj ima zato razvit vonj in čutilne organe, razporejene v koži.

Kasneje so raziskovalci največjega jamskega vretenčarja v Evropi ugotovili tudi druge prilagoditve, kot je nenavadna sposobnost stradanja in regeneracije ter izjemna dolgoživost. "Brez hrane lahko na primer preživi več let ter dočaka zavidljivo starost preko 100 let s sposobnostjo razmnoževanja pri 80. letih. Prav tako ima, kot nekatere druge repate dvoživke, sposobnost obnavljanja poškodovanih organov in tkiv brez brazgotinjenja," je pojasnil Kostanjšek.

V projektu analizirali genom človeške ribice

Ravno zaradi njenih nenavadnih, a hkrati izjemnih značilnosti so se na biotehniški fakulteti skupaj z dansko Univerzo v Aarhusu in kitajskim inštitutom BGI Research leta 2020 lotili projekta Genomski in transkriptomski vpogled v edinstveno biologijo človeške ribice (Proteus anguinus), da bi v prvi vrsti natančno določili njen genom, z njegovim razvozlanjem pa prišli tudi do boljšega razumevanja njenih lastnosti. Projekt, ki ga je financirala Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost RS (Aris) se je konec avgusta zaključil.

"Genom je trenutno analiziran, v veliki meri tudi sestavljen. Manjka še nekaj končnih analiz," je dejal Kostanjšek. Ob tem je poudaril, da so se tekom raziskave srečevali z nekaterimi izzivi. Ključna ovira pa je bila v sami velikosti genoma in omejeni dostopnosti analitske opreme v času pandemije. "Tako kot ostale repate dvoživke ima tudi človeška ribica izjemno velik genom, ki je od človeškega po grobih ocenah večji za kar 15-krat, kar je pomenilo obdelavo ogromne količine podatkov," je poudaril.

Ugotovili so, da je genom tako velik zato, ker vsebuje ponavljajoče se sekvence, ki ne nosijo nobenih genetskih informacij, temveč delujejo zgolj kot nekakšno mašilo. "Podobno ima tudi človeški genom ogromno nekodirajočega dela, biološka vloga katerega še ni povsem raziskana," je dejal. Dognali so tudi, da je količina genov pri človeški ribici primerljiva z ostalimi evkarionti.

S preučevanjem tako velikih genomov, kot ga ima človeška ribica, bi po besedah Kostanjška raziskovalci lahko odgovorili na ključna biološka vprašanja, kot na primer, zakaj je v človeškem genomu znaten del nekodirajočih regij oz. kaj je njihova biološka funkcija.

Nenavadne lastnosti človeške ribice z velikim biomedicinskim potencialom

Znanje o nenavadnih lastnosti, ki jih ima človeška ribica, pa bi lahko prenesli tudi na področje humane medicine. Ob tem Kostanjšek izpostavlja potencial njene nenavadne dolgoživosti. "Ta dvoživka je glede na svojo majhno velikost izjemno dolgoživa, kar je zanimiva posebnost. Znano je namreč, da so dolgoživi veliki organizmi, kot so želve, sloni, tudi človek. Majhne živali pa so praviloma kratkožive. Človeška ribica pa ima kljub svoji majhni velikosti življenjsko dobo primerljivo s človekom," je pojasnil.

Ker pa so njej sorodne dvoživke kratkožive, bodo zato v prihodnje potrebne primerjave tudi njihovih genomov. S tem bodo namreč znanstveniki ugotovili, kje so razlike v genih za dolgoživost, in opredelili, kateri geni so bolj pomembni za dolgoživost. S potrditvijo njihove prisotnosti pri človeku bi lahko nato med že poznanimi z dolgoživostjo povezanimi geni identificirali ključne gene ter vanje usmerili raziskave.

"Zavedati pa se moramo, da zgolj z določitvijo tovrstnih genov ne bomo odgovorili na vprašanje, zakaj so določeni organizmi, tudi ljudje, dolgoživi. Ta je namreč odvisna od širšega spleta okoliščin, kot sta na primer življenjski slog in zdravstveno stanje organizma," opozarja Kostanjšek.

Podobna zgodba je, ko govorimo o sposobnosti učinkovite regeneracije pri človeški ribici. S poznavanjem mehanizmov, zakaj lahko človeški ribici zraste nov ud, če ji ga amputirajo, humane medicine ne bi mogli privesti do točke, da bi tudi ljudem zrasli novi udi, bi pa lahko po njegovih besedah bolje razumeli in izboljšali postopke celjenja ran in skrajšali dobo hospitalizacije bolnikov po operacijah.

Nenazadnje bodo lahko z razvozlanjem genoma znanstveniki dobili podlago tudi za lažje razumevanje, kako človeški ribici uspe prestati leta stradanja in nato prenajedanja brez slabih učinkov za organizem. Kot je dejal, bi lahko imelo tudi znanje o presnovnih procesih velik biomedicinski potencial. "Pri ljudeh namreč stradanje vodi v anoreksijo, intenzivno hranjenje po stradanju pa sproži intoleranco na inzulin, kar vodi v sladkorno bolezen, medtem ko se pri človeški ribici to ne zgodi," je pojasnil. Ugotovitve bi tako lahko pomembno prispevale tudi k boljšemu razumevanju nastanka in učinkovitejšemu zdravljenju bolezni, kot je sladkorna bolezen.

O človeški ribici še vedno ne vemo dovolj

Čeprav se na prvi pogled zdi, da o človeški ribici vemo že veliko, pa je ogromno stvari še zavitih v tančico skrivnosti. "O tej izjemni živali še vedno ne vemo dovolj. Našli smo jo v Sloveniji, imeli smo jo na kovancih, dajemo jo na znamke, ne vemo pa, kje točno živi in kolikšno je njeno število, kakšna je populacijska sestava, prav tako na primer ne znamo določiti njenega spola, saj je ta na podlagi zunanjih znakov in kromosomske slike praviloma nedoločljiv. Posledično nimamo izdelane nacionalne strategije varovanja te jamske dvoživke in njenega naravnega okolja ter jih za enkrat ne znamo nadzorovano gojiti v laboratorijskih pogojih. Ne poznamo tudi njihove stopnje ogroženosti, v kolikšni meri jo ogrožajo kmetijska gnojila in druga onesnažila ter izguba njihovega naravnega okolja," opozarja Kostanjšek.

Po njegovih besedah ravno te vrzeli v znanju predstavljajo velik izziv pri njenem varovanju in planiranju raziskovalnega dela. Z analizo njenega genoma pa bodo raziskovalci naredili pomembne korake tudi k razrešitvi tovrstnih nejasnosti. "Pri človeški ribici ni nič enostavno. Vsaka še tako majhna ugotovitev je stopnica višje, zato imajo raziskave na tem področju še kako pomembno težo in se bodo še nadaljevale. Analiza genoma človeške ribice je zgolj prvi korak na tej poti," je še dejal.