Der er slim overalt. Slim former konsistensen af vores kropsvæsker, fra spyttet i munden til det ‘snask’, der dækker vores organer.
Slim beskytter mod patogener, som eksempelvis coronavirus, samtidig med det skaber et hjem i munden for milliarder af godartede bakterier.
Slim hjælper snegle med at dyrke sex i bedste Spiderman-stil, når de parrer sig hængende lodret på en mur.
Slim-ål forvandler vand til slim som en forsvarsmekanisme. Lampretter producerer slim til at afstive væggene i gangene i mudderet, og salanganer bygger spiselige reder, der næsten udelukkende består af fuglenes klæbrige, slimede spyt.
Slimens evolutionære oprindelse stadig uklar
Men selvom slim er afgørende for alle former for komplekst liv, er slimens evolutionære oprindelse stadig uklar.
Jeg er en evolutionær genetiker, og jeg studerer, hvordan mennesker og deres genomer udvikler sig.
Sammen med mine kolleger, blandt andet min mangeårige samarbejdspartner Stefan Ruhl og Petar Pajic, tacklede jeg denne evolutionære gåde i vores nyligt publicerede studie.
Vi startede med at se på, hvordan forskellige arter producerer spytslim. Vi fandt, at slim åbner et vindue til den rolle, som repetitive DNA-sekvenser spiller i evolutionens mysterier.
Hvad er muciner?
Slim består af proteiner kaldet muciner, som hovedsaglig består af sukkerstoffer. Disse sukkerstoffer er afgørende for, at noget bliver slimet.
I modsætning til andre proteiner, som typisk har indviklede 3D-former, er muciner ofte lange, stive stænger. Sukkermolekyler er fastgjort langs stængerne, hvilket skaber komplekse, børstelignende strukturer.
Dette partnerskab mellem proteinerne og de sukkerstoffer, der er bundet til dem, som er repeteret igen og igen, er afgørende for mucinernes egenskaber.
Disse strukturer kan klæbe til andre muciner og mikrober og ændre de fysiske egenskaber af de væsker, der omgiver dem, så det bliver et klæbrigt og slimet stof.
\ Om Forskerzonen
Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.
Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra vores partnere: Lundbeckfonden, Aalborg Universitet, Roskilde Universitet, Syddansk Universitet & Region H.
Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af partnerne. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.
Udviklingen af slim
På trods af mucinernes bemærkelsesværdige egenskaber og deres vigtige rolle i biologien, ved forskerne ikke meget om mucinernes evolution.
For at afdække mucinernes evolutionære oprindelse begyndte mine kolleger og jeg med at lede efter deres fælles genetiske forfædre på tværs af 49 pattedyrarter.
Når alt kommer til alt, laver evolutionen ofte lidt om på tingene, men den opfinder kun sjældent.
Den letteste måde for et nyt gen at udvikle sig på er ved at kopiere og indsætte et eksisterende gen og så lave små ændringer i den nye kopi, så det passer til de miljømæssige forhold.
Sandsynligheden for, at en art selvstændigt opfinder et komplekst mucin fra bunden, er astronomisk lille.
Hoveddrivkraften bag udviklingen af muciner
Vores forskerhold var sikre på, at kopiering og indsættelse af eksisterende mucin-gener, der derefter tilpasser sig en bestemt arts behov, var hoveddrivkraften bag mucin-evolutionen.
Men vores oprindelige antagelser viste sig at være ufuldstændige. Kopiering og indsættelse af mucin-gener i et genom bør føre til dattergener, der har fælles ligheder.
Selvom en del muciner passede til vores kriterier, fandt et tidligere studie, som gennegik alle kendte gener, der koder for muciner i mennesker, en række ‘forældreløse’ muciner, der ikke tilhører en genfamilie.
De eksisterer alene i det store landskab af det menneskelige genom.
Ledte efter ‘forældreløse’ gener
Vi fokuserede derefter på at lede efter ‘forældreløse’ gener i genomerne af en lang række arter i genetiske databaser. Vi fandt 15 tilfælde af nye mucin-gener, der udviklede sig i forskellige pattedyr, uden nogen forbindelse til kendte mucin-gener.
Yderligere undersøgelser afslørede imidlertid, at disse mucin-gener trods alt har slægtninge. De har samme herkomst som andre stavlignende proteiner rige på aminosyren prolin, som almindeligvis findes i spyt.
Disse proteiner, der er rige på prolin, har imidlertid ikke de vigtigste repetitive proteinstrukturer, der hjælper muciner med at binde til sukkermolekyler.
Vi antog, at disse proteiner rige på prolin kunne gennemgå ‘mucinisering’ ved gentagne gange at tilføje proteiner, der binder til sukkermolekyler, kaldet glycoproteiner.
For at teste denne hypotese sammenlignede vi sekvenserne af gener, der koder for muciner, og gener, der koder for proteiner rige på prolin, i forskellige pattedyr, heriblandt mennesker.
Vi fandt, at sekvenserne var meget ens. Den eneste forskel var tilstedeværelsen af gentagne segmenter af glycoproteiner i muciner. Det betyder, at visse proteiner kunne transformeres til muciner blot ved at tilføje kopier af disse gentagne segmenter.
Repetitiv DNA og evolution
Vores resultater afslører mangfoldigheden af muciner i mange forskellige skabninger, hvilket åbner et vindue til evolutionens slimede tilpasningsbyggeplads.
Forskere ignorerer ofte repetitive genetiske sekvenser, fordi de sjældent forekommer i gener, der koder for de proteiner, som udfører mange biologiske funktioner i celler.
Men i mucinernes tilfælde viser det sig, at de repetitive sekvenser skabt fra bunden er en vigtig drivkraft for deres udvikling.
Vores tidligere arbejde med primater indikerer, at antallet af repetitive sukkerbindende segmenter, der er i en given mucin, kan være den faktor, der bestemmer, hvordan den adskiller sig fra andre.
Det er muligt, at tilføjelsen af repetitive genetiske sekvenser også diskret kan forme andre funktioner på tværs af genomet. Sådanne tandem-repetitioner er faktisk en almindeligt forekommende type mutation i det menneskelige genom, og nylige studier peger muligvis på deres uopdagede rolle i biologisk variation mellem mennesker.
Muciner og menneskers sundhed hænger sammen
Indsigt i, hvad mucinerne gør, vil også hjælpe forskerne med bedre at forstå en række sygdomme.
Hvis mucinerne ikke fungerer ordentligt, kan det føre til sygdom. Personer med et defekt CFTR-gen udvikler cystisk fibrose, hvor kroppen ikke er i stand til at fjerne slim fra lungerne, hvilket gør det svært at trække vejret. Svigtende mucinregulering er også koblet til udvikling af kræft.
Selvom det måske ikke er indlysende, har vi alle sandsynligvis en personlig forbindelse til muciner.
For to år siden besøgte jeg min mor efter hendes kræftdiagnose.
Det var netop holdt op med at regne, og Istanbuls gader var fyldt med kæmpe snegle. I løbet af en kort gåtur med min mor samlede jeg til hendes store rædsel fascineret én af disse snegle op.
Jeg kunne ikke nænne at fortælle hende, at den biologiske mekanisme, der gør disse fantastiske væsner i stand til at bevæge sig, var den samme, der hjalp tumoren i hendes lunger med at vokse.
Det mindede mig om den britiske fysiker, kemiker og forsker Michael Faradays ord:
»Uanset hvad du ser på, hvis du betragter det nøje nok, er du forbundet med hele universet«.
Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.
