W laboratorium University of Texas Southwestern Medical Center naukowcy po raz pierwszy zarejestrowali na nagraniu wideo coś, co przez lata uznawano za niemożliwe: fragment DNA samoistnie wysunął się z jądra jednej ludzkiej komórki i przeniósł do sąsiedniej. Film z mikroskopii poklatkowej ukazał moment, w którym komórki o czerwonych i zielonych jądrach nawiązały kontakt, a zielony fragment DNA przeniknął do komórki czerwonej. To nie jest model komputerowy, lecz autentyczne nagranie dokumentujące zjawisko zaobserwowane po raz pierwszy w komórkach ssaków w 2024 roku i opisane w recenzowanym czasopiśmie „Cell” w 2026 roku.
Horyzontalny transfer genów jest od dawna znany u bakterii i organizmów jednokomórkowych jako jeden z głównych mechanizmów ich ewolucji. Jednak u złożonych eukariontów, w tym ssaków i ludzi, proces ten uważano za niezwykle rzadki lub wręcz niemożliwy. Zazwyczaj DNA jest bezpiecznie zamknięte w jądrze i chronione przez podwójną membranę. Mimo to, w wyniku uszkodzeń komórek lub błędów w podziale, powstają mikrojądra – znajdujące się w cytoplazmie, poza głównym jądrem, duże fragmenty DNA lub nawet całe chromosomy. Badania Petera Lee, adiunkta w instytucie badawczym Children’s Medical Center przy UT Southwestern, wykazały, że te mikrojądra nie tylko pozostają w macierzystej komórce, ale potrafią ją opuścić, przemieszczając się przez tak zwane „nanorurki” – cienkie mostki cytoplazmatyczne łączące sąsiednie komórki – i wbudować się w genom biorcy.
Zespół badawczy Lee celowo uszkodził komórki ludzkiej siatkówki oraz nerek, wywołując powstawanie mikrojąder, a następnie wymieszał je z komórkami nieuszkodzonymi. Mikroskopia poklatkowa zarejestrowała transfer DNA w mniej niż pięciu procentach przypadków – rzadko, ale w sposób powtarzalny. Przekazany materiał genetyczny okazał się dziedziczny: komórki potomne powielały i przekazywały dalej nowe geny, w tym fragmenty chromosomu Y (chromosomu męskiego) przeniesione z komórek męskich do komórek żeńskich. Podobne rezultaty uzyskano w liniach komórek nowotworowych oraz pluripotencjalnych komórkach macierzystych, zdolnych do różnicowania się w dowolny typ komórek organizmu.
Już wcześniej naukowcy obserwowali, jak między komórkami poprzez nanorurki (struktury znane jako kontakty cytoplazmatyczne) przekazywane są cząsteczki RNA, białka i organelle. Jednak samo DNA przez długi czas wymykało się bezpośredniej obserwacji i nie było jasne, jak często proces ten zachodzi w żywym organizmie. Eksperymenty Lee dowodzą, że mostki międzykomórkowe są w stanie transportować również duże, dwuniciowe cząsteczki DNA, które włączają się do chromosomów komórki biorcy na drodze rekombinacji. Specjalista w dziedzinie biologii molekularnej określił tę pracę mianem pierwszego bezpośredniego dowodu wideo na horyzontalny transfer genów w żywych komórkach ssaków.
Zjawisko to występuje rzadko, jednak jego skutki biologiczne mogą być znaczące. W nowotworach zmutowane onkogeny lub uszkodzone fragmenty DNA mogą być przekazywane do zdrowych sąsiednich komórek, co przyspiesza ewolucję raka, sprzyja heterogenności guza i utrudnia jego leczenie. Sam mechanizm transferu oraz dokładny zestaw genów zdolnych do takiej migracji wymagają jeszcze wnikliwych badań – częstotliwość tego zdarzenia jest zbyt niska, by przeprowadzić szybkie analizy przesiewowe bez specjalistycznych metod wideo.
Odkrycie to nie unieważnia klasycznego pionowego dziedziczenia genów z rodziców na potomstwo, które pozostaje podstawowym mechanizmem dziedziczenia. Dodaje ono jednak nowy, nieoczekiwany wymiar do rozumienia zmienności genetycznej w organizmach wielokomórkowych. Okazuje się, że komórki nie są całkowicie odizolowanymi jednostkami: nawet wewnątrz jednego organizmu możliwa jest wymiana dużych fragmentów DNA między „sąsiadami”, co może wpływać na adaptację tkanek i progresję chorób.
Przed badaczami stoi teraz poważne wyzwanie: ustalenie, jak często taki transfer zachodzi w warunkach żywego organizmu, jakie specyficzne sekwencje lub geny są najbardziej podatne na taką migrację i czy mechanizm ten można wykorzystać w medycynie, czy też – wręcz przeciwnie – należy go blokować podczas leczenia raka.
To odkrycie stanowi jaskrawy przykład tego, jak nauka wciąż odsłania zdumiewającą złożoność i dynamikę życia na poziomie komórkowym. Komórki w naszym organizmie okazały się znacznie bardziej „towarzyskie” i powiązane ze sobą, niż dotychczas sądziliśmy. Możliwość horyzontalnego transferu dużych fragmentów DNA przez nanorurki dodaje nową, fascynującą warstwę do obrazu biologicznej współpracy i adaptacji.
Zamiast izolowanych „twierdz” z rygorystycznie zamkniętym genomem, komórki jawią się jako aktywna społeczność zdolna do wymiany materiału genetycznego w razie potrzeby.
Badanie to otwiera perspektywy dla przełomów w onkologii, medycynie regeneracyjnej i terapii genowej. Natura okazała się jeszcze bardziej elastyczna, niż myśleliśmy – i to inspiruje do kolejnych odkryć.
