În cadrul proiectului de cercetare în care sunt implicat, denumit sugestiv mtDNA.350RO, a cărui scop este prelevarea de probe biologice de la persoane născute în România și genotiparea ADN-ului mitocondrial, pentru stabilirea fondului genetic al populației romanești pentru markerii HVR1 și HVR2, am primit următorul feedback:

– Și ce aflu dacă îmi fac analiza ADN-ului mitocondrial?
– Descendența pe linie maternă.
– Bine-bine, dar ce aflu?…

Rolul acestui articol este evident acela de a lamuri anumite aspecte legate de ce înseamnă ADN-ul mitocondrial, descendența pe linie maternă, studiile populaționale și de genealogie genetică, pentru persoanele care nu au nicio legătură cu domeniul în sine sau cu domenii asociate, sub formă unor întrebări și răspunsuri.

Ce este ADN-ul?

ADN-ul este o macromoleculă existentă în toate organismele vii, care are rolul de a înmagazina informația de baza a acestor organisme. Orice organism viu are nevoie de ADN pentru a funcționa, a se reproduce și a își transmite informația în descendență. Și ca sa fie și mai ușor de înțeles acest rol o să fac un paralelism grosolan cu sistemele informatice actuale.

Oricine a văzut și mai știe câte ceva despre un calculator (altfel nu ați avea cum să citiți aceste rânduri)… Informația la nivelul calculatoarelor actuale, fie că vorbim de fotografii, documente, mp3, etc., este compusă, la bază, dintr-o succesiune binară 0 și 1 (da/nu, este/nu este)… În natură, echivalentul acestei succesiuni este reprezentat de o succesiune de nucleotide notate A, T, G, C. Pentru a scrie o literă sau un număr (numite și caractere alfa-numerice) folosind sistemele informatice, există un model de codificare a acestor succesiuni binare în grupuri care sunt interpretate de calculator ca fiind caracterul pe care vrem să-l scriem. De exemplu, „100 0001” este A, „100 0010” este „B” și tot așa… În cazul ADN-ului, nucleotidele se grupează câte 3, structură care se numește codon. Fiecare codon codifică pentru câte un aminoacid, în locul caracterelor alfa-numerice de la calculatoare. De exemplu, codonul GCA codifică pentru Alanină. În sistemele informatice caracterele alfa-numerice formează cuvinte… În sistemele vii, aminoacizii formează lanțuri polipeptidice. Cuvintele formează linii de cod, lanțurile polipeptidice formează proteine. Liniile de cod formează limbaje de programare, proteinele formează complexe proteice. Limbajele de programare formează programe (software), complexele proteice formează organite celulare. Programele formează sisteme de operare, organitele celulare formează celulele… și de aici ați cam prins ideea…

Ce este ADN-ul mitocondrial?

ADN-ul mitocondrial este ADN-ul care se află în mitocondrii. Celula umană și în general celula eucariotă prezintă două surse de ADN. ADN-ul nuclear, aflat în Nucleul celulei, responsabil cu înmagazinarea informației ereditare transmisă de la părinți, jumătate de la mamă și jumătate de la tată și ADN-ul mitocondrial aflat în mitocondrii.

Ce sunt mitocondriile?

Sunt organite celulare cu rol în asigurarea energiei unei celule. Dacă ne imaginăm celula ca fiind un oraș, atunci fiecare organit celular are un rol. În acest oraș mitocondriile ar fi centralele care furnizează curentul electric, respectiv energia necesară funcționarii celulei.

celula

De ce există ADN doar în mitocondrii și nucleu și nu și în alte organite celulare?

ADN-ul mitocondrial există în mitocondrii datorită faptului că în evoluția vieții pe Pământ, strămoșii mitocondriilor au fost niște bacterii care pentru a exista și a se reproduce aveau nevoie și ele de ADN. Organismele se pot împarți în procariote (bacteriile) și eucariote (organismele superioare precum plantele și animalele). Strămoșul celulei eucariote actuale a „mâncat” o bacterie la un moment dat și în loc să o digere, a “văzut” că dacă o ține captivă în propria citoplasmă, cruțându-i astfel existența, aceasta îi va oferi energia necesara propriei existențe și așa cele două organisme ancestrale au trăit în simbioză, și au evoluat împreună fericite până în ziua de azi…  Cu alte cuvinte o mitocondrie este un organit care s-a tras cândva dintr-o bacterie înghițită de strămoșul eucariotelor de azi (celulele plantelor și animalelor).

Cum se transmite ADN-ul mitocondrial în descendență?

ADN-ul mitocondrial nu respectă același mod de transmitere ca cel nuclear, adică varianta clasică în care jumătate din informație (ADN împachetat sub formă de cromozomi) provine de la mamă și jumătate de la tată, ci acest tip de ADN se transmite doar de la mamă. Acest lucru se datorează mecanismului de fecundare și a dimensiunii și modului în care este format spermatozoidul.

Un spermatozoid este compus din două segmente importante: capul (unde se află Nucleul, respectiv ADN-ul nuclear) și coada. La nivelul cozii, în apropierea capului, se află o regiune mai groasă în care se găsesc pachetele de mitocondrii (respectiv ADN mitocondrial), dispuse la acest nivel, precum niște baterii, folosite în generarea energiei necesară mișcărilor făcute de codă, în propulsarea spermatozoidului.

În momentul în care are loc fecundația, din întregul spermatozoid doar capul intră în ovul, unde eliberează ADN-ul nuclear necesar creării noului organism, coada și mitocondriile rămânând în afara membranei ovulului, fiind ulterior eliminate… Pe de altă parte, există unele situații excepționale în care regiunea îngroșată a cozii intră accidental în ovul și eliberează mitocondriile care aparțin tatălui, însă ovulul fiind cea mai mare celulă a corpului uman (iar spermatozoidul cea mai mica), conține și cele mai multe mitocondrii, în așa fel încât mitocondriile tatălui vor consta într-un procent foarte mic, ele fiind ca și inexistente în analizele convenționale.

fecundarea

Din aceste motive fiecare dintre noi are ADN-ul mitocondrial provenit de la mamă. Diferența dintre băieți și fete este că băieții sunt doar purtători, aceștia netransmițând mai departe ADN-ul mitocondrial decât în condițiile excepționale explicate mai sus. Astfel, bunica, mama, nepotul și nepoata vor avea același ADN mitocondrial, diferit de cel al bunicului și/sau a tatălui.

De ce este folosit ADN-ul mitocondrial în studiile de genealogie?

Din mai multe motive:

  1. Rata mutațiilor punctiforme este mult mai mică decât la ADN-ul nuclear (unde există și procesul de recombinare), el transmițându-se intact de la o generație la alta.
  2. Număr mare de copii per celulă. Celulele umane conțin între 500 și 2000 de mitocondrii, ceea ce reprezintă cam 500 – 2000 copii ale aceluiași ADN mitocondrial, față de doar două copii existente de ADN nuclear (2 perechi de cromozomi).
  3. ADN-ul mitocondrial are dimensiuni reduse, doar 16.569 perechi de baze, față de aproximativ 3 miliarde cât are ADN-ul nuclear.
  4. Punctele 1, 2 și 3, fac din acest ADN un instrument eficient de cartare a modificărilor genetice apărute în timp, aceste modificări suprapunându-se, într-o mai mică sau mai mare măsură, cu evoluția omului și trecutul său istoric pe Terra.

 

Ce alte instrumente genetice mai sunt folosite în genealogie?

În afara de ADN mitocondrial care este cel mai cunoscut, se mai folosește și ADN-ul nuclear (autozomal – cromozomi perechi și heterozomal – cromozomii sexului, respectiv X și Y). Din ADN-ul nuclear se analizează în mod deosebit cromozomului Y, pentru că acesta se transmite în descendență pe linie paternă, similar ca efect cu ADN-ul mitocondrial.

Din punct de vedere populațional și spațio-temporar aceste instrumente genetice prezintă dimensiuni diferite. ADN-ul mitocondrial și ADN-ul cromozomului Y reflectă trecutul îndepărtat al populației umane iar ADN-ul nuclear (autozomal) reflectă prezentul și trecutul apropiat al acesteia.

Din punct de vedere istoric ADN-ul cromozomului Y reflectă populațiile (popoarele) invadatoare / cuceritoare / migratoare iar ADN-ul mitocondrial reflectă populațiile locale, care erau invadate / cucerite, supuse transformărilor externe.

Ce afli dacă îți este analizat ADN-ul mitocondrial în acest proiect?…

În primul rând afli că faci parte dintr-un haplotip. Un haplotip este o familie de secvențe de ADN mitocondrial. Cu alte cuvinte afli cărei mari familii genetice aparții. Haplotipurile sunt notate cu litere: A, B, C… până la X. Fiecare haplotp este împărțit în subiziuni, numite sub-haplotipuri care corespund unor populații relativ mai mici cum sunt cele distribuite la nivelul unor țări sau popoare. Fiecare haplotip derivă dintr-un alt haplotip și are un trecut istoric. Totalitatea haplotipurilor formează un arbore a cărui baza pornește din Africa (de la Eva mitocondrială) și urmează în urma ramificării, traseul parcurs de specia umană în expansiunea sa geografică pe Terra. În al doilea rând poți avea surpriza să afli ca sub-haplotipul din faci parte, este subiectul unor studii internaționale, prin care acesta este legat de anumite familii sau persoane cu implicații istorice deosebite.

Ce mai trebuie sa știu despre secvențele de ADN studiate în proiect?

  • ADN-ul mitocondrial nu permite identificarea de persoane, ci de familii/grupuri de persoane (populații și subpopulații).
  • Secvențele studiate HVR1 și HVR2, reprezintă o mică porțiune din tot ADN-ul mitocondrial. Ele reprezintă secvențe care intra în arhitectura generală a ADN-ului mitocondrial și nu codifică pentru o proteina (nu sunt gene). Aceasta înseamnă că nu se pot trage concluzii de natură medicală în urma analizelor.
  • ADN-ul mitocondrial este totuși ADN mitocondrial… apartenența la o populație sau la o alta se încadrează doar la acest nivel. Pentru a avea totuși o viziune de ansamblu a moștenirii genetice pe care o poarta fiecare om sunt necesare studii suplimentare care implică folosirea și a celorlalte instrumente genealogice menționate mai sus.

Lista întrebărilor rămâne deschisă…