Den mest succesfulde organisme i verden har dogme-DNA

Af Rasmus Kragh Jakobsen

Hvis man tror, at det kræver en masse avancerede 'vinder-gener' at overvinde konkurrenterne i resten af verden og blive klodens mest udbredte og folkerigeste livsform kan man godt tro om. Det er blevet tid til at stifte bekendtskab med en gruppe af uanseelige mikrober kaldet SAR11.
De små væsner kan påberåbe sig at være en af klodens absolut mest succesrige livsformer, der beboer hver eneste dråbe overfladevand i havene - fra polernes iskolde hav til Middelhavets lune bølger. Der er rigtig mange vanddråber i oceanerne og man skønner kloden er befolket af 1 milliard milliarder milliarder SAR11 individer. Ikke så lidt af en familie sammenlignet med vores blot 6,5 milliarder. Faktisk er de så mange, at den kuldioxid de producerer har en enorm indflydelse på det globale kulstofkredsløb og ikke mindst klimaet.
Men det sjoveste er, at Stephen Giovannoni og kolleger netop har vist, at de ikke bare er mange, de har også det klart mindste genom for nogen fritlevende organisme.
Forskerne fra Oregon har netop offentliggjort deres resultater i det videnskabelige tidsskrift Science. De viser, at den første dyrkede SAR11-bakterie, Pelagibacter ubique klarer sig med blot 1.354 gener, klart det mindste antal gener for en organisme, som kan klare stofskifte og reproduktion selv.

Pelagibacter gør en dyd ud af genetisk 'simple living'. Ud over at have et absolut minimum af gener er generne pakket så tæt sammen som de næsten kan være. Gener er lange sekvenser af basepar (de 'bogstaver' vores arvemateriale skrives i), der ligger på DNA-molekylernes lange strenge. Det betyder, at næsten alle de ca. 1,3 millioner basepar, der er i bakteriens genom, er gener. Til sammenligning består menneskets arvemateriale af omkring 3 milliarder basepar, men kun omkring 1,8 pct. af vores arvemateriale er egentlige gener. De resterende 98 pct. er historisk døbt "junk-DNA", fordi det tilsyneladende er fyldt med ligegyldige sekvenser af DNA, såkaldte pseudogener og efterladenskaber fra visse typer virus.
Junk-DNA findes i større eller mindre grad i alle organismer, men på en eller anden måde er SAR11 sluppet af med det og har tilsyneladende haft en enorm gevinst ud af det. Det får naturligvis én til at undre sig - hvordan har SAR11 gjort det, og er vi på vej til at gøre det samme?

Til trods for SAR11 er havenes konge blev de først opdaget i 1990 som en hidtil ukendt DNA-sekvens i indholdet af vandprøver fra havet. Siden er bakterierne dukket op alle steder forskerne har kigget og deres betydning er enorm. I de omtrent 1 milliard år de har eksisteret har bakterierne bredt sig og udkonkurreret mange andre så de i dag udgør 25 pct. af havenes mikrober. Hemmeligheden bag succes'en er ifølge forskerne gen-minimalismen. Den sparer nemlig energi.
»Det koster det en lille smule ekstra energi, at lave f.eks. 100 overflødige stykker DNA,« siger Stephen Giovannoni.
»Og SAR11's succes er et eksempel på at succes avler succes.«
I havet er det sparsomt med vigtige DNA-byggesten som nitrogen og fosfor, så hvis en bakterie kan opretholde de samme funktioner med mindre arvemateriale skal den bruge en lille smule mindre energi og har en fordel. Den fordel arver næste generation og så fremdeles indtil genomet er skåret helt ind til benet - forskerne kalder den evolutionære mekanisme strømlining.
Fordi det handler om ekstremt små energibesparelser kommer til strømlining kun til sin ret, når der er tale om virkelig store befolkninger med milliarder og milliarder af individer. Og kun over meget lang tid. Men hvordan kan det være hver eneste celle i os er så fyldt med junk-DNA mens klodens måske mest succesrige livsform har elimineret hvert en overflødig DNA-base?
»Det er et spørgsmål om antal,« siger Stephen Giovannoni.
»Store organismer som mennesker har masser af junk-DNA, men hvis vi var mange nok ville vi også slippe af med det.«

Men det er det slet ikke alle, der er enige i.
»Jeg tror ikke på strømlining gælder for flercellede organismer hverken planter eller dyr,« siger professor Peter Arctander fra Institut for Molekylærbiologi og Fysiologi ved Københavns Universitet.
»Vi kunne slet ikke have udviklet os, hvis det ikke var for det såkaldte "junk-DNA" og mit synspunkt er at der ikke eksisterer noget, der hedder junk-DNA.«
Peter Arctander er nemlig overbevist om, at der er en vigtig grund til at vi har det mange forskere kalder junk-DNA. De seneste 5 år er der kommet et enormt boom af nye resultater, som viser, at junk-DNA'et er meget mere end bare DNA, der ikke koder for proteiner.

Arctander forestiller sig, at det ikke-kodende DNA har været essentielt i en af klodens største begivenheder, der skete for ca. 900 millioner år siden, da der pludseligt opstod flercellet liv. Indtil da - dvs. de første 2-3 milliarder år - var alt liv encellet som bakterierne. Skridtet fra at være en celle til at være to eller flere celler har krævet noget udover de proteiner, der driver den biokemi en en-cellet organisme skal bruge i sit stofskifte og for at dele sig.
Der opstår et kæmpe behov for koordinere de biokemiske reaktioner, udveksle informationer og håndtere nye funktioner som f.eks. at æde en-cellede bakterier. Her har det nye 'overskydende' DNA måske spillet en afgørende rolle, som det stadig har i dag. For de flercellede organismer har brug for direktører, mellemledere og revisorer, der ikke producerer noget men leder, koordinerer og reviderer det hele.
Inden for de sidste par år har man fundet noget man kalder regulerende RNA i store dele af 'junk-DNA'et'. Regulerende RNA er en slags vævstype overkommando, der kan fortælle en celle, at den er en levercelle og ikke en muskelcelle, og på den måde få cellen til at bruge netop den del af det store arvemateriale i DNA'et, som den har brug for til at udfylde sin funktion.
Tanken er, at ur-cellen kan have fået nogle helt nye strenge at spille på med det ekstra DNA uden for generne, som har gjort det muligt at blive flercellet. Et helt nyt informationssystem, der på få millioner år har stået bag en eksplosion af forskellige flercellede livsformer.
»Tænk på den digitale revolution og hvor hurtigt det er gået - det er en helt ny måde at kommunikere på. DNA er et digitalt system og et meget komprimeret system, der med få midler kan køre meget information igennem og har givet mulighed for en helt anderledes regulering og samordning af ting i en celle,« siger Peter Arctander.
Han ser store muligheder i udforskningen af det overskydende DNA.
»I virkeligheden er det jo fantastisk, at man med masser af års intensiv molekylærbiologisk forskning fuldstændig har overset en væsentlig del af det genomiske udtryk,« siger Arctander.
»Man har jo lært, at det ikke-kodende DNA ikke er interessant og bortset fra en lille håndfuld mennesker i verden har man ikke interesseret sig for det, fordi "det er jo junk" og hvem gider beskæftige sig med junk?«

Copyright © Rasmus Kragh Jakobsen og Dagbladet Politiken A/S www.pol.dk