Rannsóknir á sauðfé bættu skilning á HIV

Fjallað var um erindi og rannsóknir Halldórs Þormar á Bylgjunni og í Fréttablaðinu.

Halldór Þormar var ráðin til Rannsóknastöðvar Háskóla Íslands í meinafræði að Keldum, til að prófa tilgátur um að mæði og visna væri orsökuð af veirusýkingum. Honum og samstarfsmönnum tókst að staðfesta tilgáturnar og um leið afla mikilvægrar þekkingar á eðli hæggengra veirusjúkdóma, en þekktasta veiran í þeim flokki er HIV. Erindið tilheyrði nýrri fyrirlestraröð sem kallast vísindi á mannamáli.

Fréttin í Fréttablaðinu (21. janúar 2015 Rannsóknir á sauðfé bættu skilning á HIV):

Tímamótarannsóknir íslenskra vísindamanna á veirusjúkdómum í sauðfé stuðluðu að auknum skilningi manna á alnæmisveirunni HIV, og nýtast enn til þess að varpa ljósi á líffræði HIV og alnæmis.

Þetta kom m.a. fram í hádegisfyrirlestri Halldórs Þormar, prófessors emeritus í frumulíffræði við Háskóla Íslands, í gær. Þar sagði Halldór frá rannsóknum við Tilraunastöð Háskóla Íslands í meinafræði að Keldum sem sýndu fram á að sauðfjársjúkdómarnir illvígu visna og mæði væru sprottnir af afbrigðum af sama sjúkdómsvaldi, mæði-visnuveirunni (MVV).

Halldór rakti þá ólíkindasögu þegar hingað til lands var flutt karakúlfé, upprunnið í Úsbekistan, til kynbóta árið 1933 með þeim afleiðingum að fimm fjárpestir skutu rótum og ollu miklu tjóni. Þessa sögu þekkja margir og þá ógn sem sauðfjárbúskap í landinu stafaði af henni.

Í einföldustu mynd má segja að tekist hafi að uppræta sjúkdómana með skipulögðum niðurskurði sem stóð fram yfir 1950.

Síður eru rannsóknir á sjúkdómunum þekktar sem voru í höndum íslenskra vísindamanna frá upphafi og til þessa dags; ekki síst Björns Sigurðssonar, fyrsta forstöðumanns Tilraunastöðvar Háskóla Íslands, Halldórs og fleiri, sem prófuðu þá tilgátu, og sönnuðu, að visna væri veirusjúkdómur. Framhaldsrannsóknir sýndu einnig að visnu- og mæðiveirur væru afbrigði af sömu veirunni. Síðar kom í ljós að sú veira er náskyld hinni alræmdu HIV-veiru sem veldur alnæmi í fólki.

Spurður hvort vísindamenn, sem fyrstu árin börðust gegn HIV-veirunni, hafi þekkt til verka íslenskra vísindamanna svarar Halldór því til að svo hafi vissulega verið, þótt annað hafi verið í forgrunni þeirra vinnu. Skyldleikinn komi vel fram í heiti veirunnar á meðal vísindamanna.

Í hádegisfréttum Bylgjunar - Halldór Þormar, prófessor emeritus í frumulíffræði, flytur erindi í Háskóla Íslands.

Mynd af Halldóri Þormar er úr safni Keldna, ártal óljóst.

Thormar H. The origin of lentivirus research: Maedi-visna virus. Curr HIV Res. 2013 Jan;11(1):2-9.
 

Vísindi á mannamáli: Mæði-visnuveirur í hádeginu

Vísindauppgötvanir á Íslandi tengdar veirusjúkdómum í sauðfé og mikilvægi þeirra fyrir skilning á alnæmisveirunni eru meginefni erindis sem Halldór Þormar, prófessor emeritus í frumulíffræði við Háskóla Íslands, flytur í Hátíðasal Háskóla Íslands, þriðjudaginn 20. janúar nk. kl. 12.10. Um er að ræða þriðja erindið í nýrri fyrirlestraröð
á vegum Háskóla Íslands sem nefnist Vísindi á mannamáli.

Alnæmisveiran HIV fannst snemma á níunda áratug tuttugustu aldar í sjúklingum með forstigseinkenni alnæmis. Rannsóknir sýndu að HIV veldur sjúkdómnum og í ljós kom að veiran var svokölluð lentiveira, sú fyrsta sinnar tegundar sem fannst í mönnum.
Nærri 30 árum áður höfðu veirur af þessum flokki fundist hér á landi í sauðfé við rannsóknir að Tilraunastöð Háskóla Íslands í meinafræði að Keldum. Halldór Þormar, sem tók þátt í þessum tímamótarannsóknum, mun segja frá þeim í erindi sínu.

Mynd: Mæði-visnuveirur valda samruna fruma í rækt. Mynd úr grein Halldórs Þormar og félaga.

Halldór Þormar á að baki glæsilegan feril sem vísindamaður við Tilraunastöð Háskóla Íslands í meinafræði að Keldum, sem prófessor í frumulíffræði við Háskóla Íslands og við rannsóknir í háskólum og rannsóknastofnunum víða um heim.

Um fyrirlestraröðina
Vísindi á mannamáli er ný fyrirlestraröð Háskóla Íslands sem efnt er til að frumkvæði Lífvísindaseturs og Líffræðistofu Háskóla Íslands. Markmiðið er að varpa ljósi á það hvernig vísindamenn háskólans reyna að afhjúpa leyndardóma náttúrunnar og hvaða þýðingu vísindarannsóknir hafa fyrir daglegt líf fólks.

Allir velkomnir meðan húsrúm leyfir.

Nánari upplýsingar má finna á slóðinni:
www.hi.is/visindi_a_mannamali

Ráðgáta lífsins á prenti

Hver er mesta ráðgáta lífsins? Er það vitundin, uppruni lífsins, þróun nýrra tegunda eða undur frumunnar? 

Guðmundur Eggertsson, prófessor emeritus við HÍ, sameindaerfðafræðingur af guðs náð, hefur ritað snotra bók um ráðgátur lífsins, sem Bjartur gefur út. Í lýsingu á vefsíðu Bjarts segir.

Lífið á jörðinni á sér langa sögu en uppruni þess er enn mikil ráðgáta. Stóraukin þekking á innri gerð og starfsemi lífvera hefur ekki megnað að auka skilning á uppruna þeirra. Margvíslegar tilgátur um uppruna lífs hafa verið settar fram en um enga þeirra er einhugur. Jafnframt hefur reynst torvelt að svara spurningunni um eðli lífsins á sannfærandi hátt. Enn síður er til vísindaleg skýring á því að til skuli vera lífverur sem geta spurt spurninga um tilveru sína og uppruna.

Í þessari bók segir annars vegar frá upphafi sameindalíffræðinnar og merkum uppgötvunum sem lögðu grundvöllinn að nútímalíffræði. Hins vegar er fjallað um uppruna lífs og helstu tilraunir til að gera grein fyrir honum. Loks beinist umræðan að eðli lífsins og að meðvituðu lífi.

Dr. Guðmundur Eggertsson var um árabil prófessor í líffræði við Háskóla Íslands og vann að rannsóknum á sviði sameindaerfðafræði. Fjöldi greina eftir Guðmund hafa birst í íslenskum og erlendum tímaritum. Guðmundur er höfundur bókanna Líf af lífi: Gen, erfðir og erfðatækni og Leitin að uppruna lífs, líf á jörð, líf í alheimi. 

Ég er nýbyrjaður að lesa bókina og hún fer vel af stað. Stíll Guðmundar er aðdáunarverður og viðfangsefnið heillandi. Hann byrjar á að ræða sögu gensins og upphaf sameindaerfðafræðinnar. Segir meira frá bókinni eftir því sem lestrinum vindur fram.

Doktorsnám við EMBL, sameindalíffræðistofnun Evrópu

Doktorsnám við EMBL, sameindalíffræðistofnun Evrópu

Tilkynning um doktorsnám:

Til umsóknar er doktorsnám við EMBL, sameindalíffræðistofnun Evrópu.  EMBL (www.embl.org/phdprogramme) býður upp á doktorsnám í sameindalíffræði, lífupplýsingum og skyldum greinum og geta Íslendingar sótt um námsdvöl við stofnunina.  Nemendur sem teknir eru inn í námið fá framfærslustyrk á meðan á námi stendur og er öll aðstaða til fyrirmyndar, m.a. góð aðstaða fyrir fjölskyldufólk og leikskóli á staðnum.  Stofnunin er í fremstu röð á sínu sviði.  Þeir sem lokið hafa eins til tveggja ára rannsóknatengdu framhaldsnámi (MS eða fjórða árs verkefni) að loknu BS prófi í sameindalíffræði eða skyldum greinum eða í verk-, stærð- og tölvunarfræði, eru hvattir til að kynna sér tilhögun doktorsnáms við EMBL og senda inn umsókn.

Umsóknarfrestur er til 10. nóvember en skrá þarf umsóknina fyrir 3. nóvember.  Allar upplýsingar um námið er að finna á vefsíðunni http://www.embl.org/phdprogramme.  Einungis er tekið við umsóknum á netinu.  Frekari fyrirspurnir má senda til [e-mail].  Einnig má hafa samband við Katrínu Valgeirsdóttur ([e-mail]) eða Eirík Steingrímsson ([e-mail]).

Að skrá erfðamengi mannsins

Hvað felst í því að skrá erfðamengi mannsins og hvað hefur það í för með sér?

Þessari spurningu um skráningu erfðamengis mannsins var svarað af Guðmundi Eggertssyni á fyrsta starfsári Vísindavefsins, árið 2000. Síðan þá hefur ýmislegt gerst á sviði erfðavísindanna og því full ástæða til að svara spurningunni á nýjan leik. Eldra svarið stendur þó enn fyrir sínu, sjá: Hvað felst í því að skrá erfðamengi mannsins og hvað hefur það í för með sér?

Hér birtist svar sem við rituðum í sumar fyrir vísindavefinn.

Erfðaefnið í öllum lífverum á jörðinni er DNA-kjarnsýra. DNA er gormlaga og ber í sér upplýsingar um byggingu og starfsemi lífvera, hin svokölluðu gen. Kjarnsýran er tveir þræðir sem tvinnast saman og parast með ákveðnum einingum sem kallast kirni eða basar. Kirnin parast samkvæmt efnafræðilegum eiginleikum þannig að A parast við T, og C parast við G. Árið 1970 var kunngjörð aðferð sem gerði kleift að greina röð basa í bútum erfðaefnis. Margar lífefnafræðilegar aðferðir voru prófaðar í upphafi og enn eru nýjar aðferðir í þróun. Saman eru þessar aðferðir kallaðar DNA-raðgreiningar, og þær nýtast til að lesa röð basanna sem mynda genin og aðra hluti erfðamengisins. Fyrsta raðgreiningin á heilu erfðamengi var á veirunni MS2 árið 1976 og fyrsta bakterían, Haemophilus influenzae, var raðgreind 1995.

Röð basa í DNA má greina með efnahvarfi þar sem hver basi er litaður með sérstökum flúorljómandi hópi. Mismunur á staðsetningu og styrk ljóss á fjórum bylgjulengdum segir til um röð basa í ákveðnum DNA-bút eða geni.

Samfara tækniframförum kom upp sú hugmynd að skrá eða raðgreina erfðamengi mannsins. Það var mikil áskorun því erfðamengi Homo sapiens er mörgum sinnum stærra en erfðamengi veira og bakería. MS2-veiran hefur um 3.000 kirnapör en eitt sett af litningum okkar (23 alls) samanstendur af um það bil 3.200.000.000 kirnapörum. Ef litningar mannsins væru skrifaðir út í sömu leturstærð og nöfn í símaskrá, þyrfti um 200 símaskrár til að rita út eitt erfðamengi (miðað við 1000 bls. skrár). Raðgreining erfðamengis mannsins var risavaxið verkefni, sem þarfnaðist mikils skipulags og fjármagns. Bandarísk yfirvöld, með liðsinni Kanadamanna og Breta hönnuðu þrepaskipt verkefni sem átti að taka rúm 10 ár. Einkaaðilar, undir forystu Craig Venter, völdu aðra nálgun og fóru í kapp við hið opinbera. Markmið Venter var að sækja um einkaleyfi á genum. Sú hugmynd var felld því náttúrulegar erfðaupplýsingar lífvera eru ekki uppfinning. Engu að síður varð mikið kapphlaup um að ljúka raðgreiningu erfðamengisins. Kapphlaupinu lauk með jafntefli og sumarið 2000 var fyrsta útgáfa af erfðamengi mannsins kynnt á blaðamannafundi á túni þáverandi Bandaríkjaforseta, Bills Clintons. Vísindagreinar um erfðamengið birtust síðan í febrúar 2001. Með því að skrá erfðamengi mannsins var röð basanna í genum og á litningum ákvörðuð. Einnig var hægt að skilja röð gena, byggingu og staðsetningu þeirra á litningum. Til dæmis byrjar genið Evx á atggagagccgaaaggacatggttatgtttctgga, og það liggur við hliðina á RNA-geninu HOTTIP. Raðgreiningin afhjúpaði líka aðra hluti erfðamengja og litninga, eins og þráðhöft, stökkla, stjórnsvæði og endurtekningar. En tæknin og raðgreiningar eru ófullkomnar. Sum svæði í erfðamengi dýra og plantna hafa það margar endurtekningar og stökkla að ekki hefur tekist að raðgreina þau. Erfðamengi okkar er þekkt að stærstu leyti en nokkur hundruð slík göt eru enn ófyllt. En maðurinn á ekki bara eitt erfðamengi. Við eigum hvert tvö eintök af okkar eigin erfðamengi (eitt frá pabba og eitt frá mömmu) og þau eru ekki eins. Því á mannkynið rúmlega 14 milljarða erfðamengja (tvö í hverjum einstaklingi). Ástæðan er sú að í erfðaefninu eru frávik, breytingar á stökum kirnum eða jafnvel heilum genum eða litningahlutum. Þessi frávik kallast stökkbreytingar og þau má til dæmis finna með því að bera saman erfðamengi. Í ljós kemur að að minnsta kosti 15.000.000 staðir í erfðamengi mannsins eru breytilegir. Þar af leiðir að allir eru erfðafræðilega einstakir. Breytileiki á milli einstaklinga var ein af kveikjunum að raðgreiningu erfðamengis mannsins. Hugmyndin var að auðveldara væri að kortleggja gen sem tengjast sjúkdómum, ef við vissum byggingu erfðamengisins. Kortlagning gena byggist á að kanna hvaða stökkbreytingar sýna fylgni við sjúkdóm eða einkenni, til dæmis þegar bornir eru saman 1000 astmasjúklingar og 1000 heilbrigðir (sjá mynd).

Til að greina áhrif stökkbreytinga er tíðni þeirra borin saman hjá hópi sjúklinga með ákveðinn sjúkdóm og sambærilegum viðmiðunarhóp. Í þessu tilbúna dæmi eru áhrif tveggja stökkbreytinga athuguð. Engin munur er á tíðni stökkbreytingar á basa 1 í lösnum og hraustum einstaklingum, en breyting á basa 2 er greinilega algengari lösnum en heilbrigðum.

Þegar búið er að staðfesta að stökkbreyting tengist sjúkdómi þá opnast möguleiki á dýpri skilningi á sjúkdómnum og um leið meðferð eða lækningu. En í mörgum tilfellum er björninn ekki unninn þegar stökkbreyting finnst. Guðmundur Eggertsson sagði árið 2000:

Þess er ekki að vænta að raðgreining genamengisins valdi byltingu í mannerfðafræðirannsóknum. Frekar má líta á hana sem fyrsta áfangann til fulls skilnings á erfðaefni mannsins og starfsemi þess. Næsti áfangi verður skilgreining á gerð og hlutverki allra þeirra prótína sem ákvörðuð eru af erfðaefninu.

Orð Guðmundar eiga enn við. Jafnvel þótt að við finnum erfðaþátt sem tengist sjúkdómi, þá er mikil vinna fyrir höndum að skilja hvernig hann hefur áhrif á sjúkdóminn. Þetta vandamál er því flóknara þar sem flestar stökkbreytingar eru meinlausar. Þær hafa engin áhrif á svipfarið, útlit eða eiginleika fólks. Á þeim rúmleg 13 árum sem liðin eru frá raðgreiningu erfðamengis mannsins hafa tugþúsundir erfðamengja verið raðgreind. Flest mengin eru úr bakteríum, en einnig hafa erfðamengi tilraunalífvera eins og ávaxtaflugna, gersveppa og vorskriðnablóms verið skráð. Einnig hafa erfðamengi rúmlega 10.000 manns verið raðgreind og afhjúpuð. Gögn um tilraunalífverur eru aðgengileg í opnum gagnagrunnum, en vegna persónuverndar eru næstum öll erfðamengi manna í lokaðri gagnavörslu. Erfðamengjaöldin færði okkur erfðamengi mannsins, innsýn í sjúkdóma og líffræði okkar en einnig gríðarlega þekkingu á fjölbreytileika dýra, plantna og örvera. Samantekt:

• DNA raðgreining er aðferð til að greina röð basa í DNA.
• Raðgreining erfðamengja afhjúpar röð gena, byggingu þeirra og þróunarlegan skyldleika.
• Raðgreining erfðamengis mannsins auðveldar leitina að erfðaþáttum sem tengjast sjúkdómum.

Ítarefni:

• Fyrsta veiran raðgreind: Fiers W, Contreras R, Duerinck F et al. (1976). Complete nucleotide sequence of bacteriophage MS2 RNA: primary and secondary structure of the replicase gene. Nature, 260 (5551): 500–7.
• Fyrsta baktería raðgreind: Fleischmann RD, Adams MD, White O, Clayton RA, Kirkness EF, Kerlavage AR, Bult CJ, Tomb JF, Dougherty BA, Merrick JM, o.fl. (1995). Whole-genome random sequencing and assembly of Haemophilus influenzae Rd. Science, 28; 269 (5223): 496-512.
• Guðmundur Eggertsson. Hvað felst í því að skrá erfðamengi mannsins og hvað hefur það í för með sér? Vísindavefurinn 21.9.2000.
• Eric S. Lander o.fl. (2001). Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 409, 860-921 .
• J. Craig Venter ofl. (2001). The Sequence of the Human Genome. Science, 291; 5507, 1304-1351.
• All About The Human Genome Project (HGP) - National Human Genome Research Institute (NHGRI).
• 7 Takeaways From Supreme Court's Gene Patent Decision - National Geographic.

Myndir:

• Fyrri mynd: DNA sequence.svg - Wikimedia Commons. (Sótt 7. 8. 2014).
• Seinni mynd: Arnar Pálsson.

Spriklandi andstæðingur erfðrabreyttra lífvera

Erfðatækni er notuð í landbúnaði til að betrumbæta plöntur og húsdýr. Hún er hluti af verkfærasetti sem ræktendur búa að, og nýtist t.d. til að gefa plöntum þol gagnvart sýklum eða jafnvel til að bæta ræktunareiginleika og afurðir.

Rannsóknir hafa sýnt að erfðabreyttar plöntur eru ekki síðri að næringarinnihaldi og almennt ekki hættulegar umhverfi og heilsu.

Engu að síður er umtalsverð tortryggni gagnvart erfðabreyttum plöntum. Gagnrýni andstæðinga erfðabreyttra lífvera byggir oft á heimspekilegum rökum og félagslegum. (við megum ekki breyta náttúrunni, eða erfðatækni er notuð af stórfyrirtækjum sem gera bændur að þrælum)

Endrum og eins bera andstæðingarnir upp rök sem virðast vísindaleg. Og það eru nokkrir (svokallaðir eða sjálfskipaðir) fræðimenn sem skaffa gögn eða greinar sem virðast benda til þess að erfðabreyttar plöntur séu hættulegar heilsu.

Einn þeirra er Gilles-Éric Séralini sem vinnur við háskólann í Caen í Frakklandi og er einnig stofnandi og stjórnandi stofnunar sem einbeitir sér að gagnrýni á erfðabreyttar lífverur (CRIIGEN).

Hann hefur sent frá sér nokkrar greinar, sem flestar hafa verið gagnrýndar af öðrum vísindamönnum vegna alvarlegra galla og oftúlkunar.

Árið 2012 birtist grein eftir Seralini og félaga í tímaritinu Food and Chemical Toxicology sem virtist benda til að erfðabreyttur maís ylli krabbameini í rottum.

Seralini með "niðurstöðurnar" í fjölmiðla og neitaði öðrum fagmönnum að lesa greinina áður en fréttin fór í loftið. Slíkt er mjög óalgengt, og þýðir að aðrir fagmenn geta ekki sett sig inn í málið áður en fréttamenn kynna það. (það að margir fréttamennirnir sættu sig við þetta skilyrði er áfellisdómur yfir þeirra vinnubrögð). Á sínum tíma skrifuðum við þetta.

En staðan er sú að fjöldi ritrýndra rannsókna hefur ekki fundið nein áhrif. Þessi rannsókn Serilinis sýnir skaðleg áhrif. Hvernig samrýmum við þetta tvennt?

a) Eru áhrif til staðar, en þau finnast bara í lengri tíma rannsóknum.

b) Áhrif eru til staðar, en þau eru það veik að þau finnast bara í fáum rannsóknum?

c)  Engin áhrif, niðurstaða Serilinis og félaga er jákvæð vegna tilviljunar (búast má við marktækum niðurstöðum í 1 af hverri 20 tilraunum - einungis vegna tilviljunar. Samkvæmt grunnsetningum tölfræðinnar því við sættum okkur við "falskar jákvæðar" - "false positive" niðurstöður í 5% tilfella).

d)  Engin áhrif en Serilini og félagar oftúlka niðurstöður sínar eða hönnuðu tilraunina vitlaust.

e)  Áhrif eru til staðar, en allir hinir vísindamennirnir vantúlka niðurstöður sínar eða hönnuðu tilraunirnar vitlaust.

Aðrir fagmenn lásu greinina og komust að því rannsóknin var mjög meingölluð að nær öllu leyti, og  að endingu var greinin dregin til baka af tímaritinu. Slíkt er gert ef upp kemst um gallaða tölfræði, illa hannaðar tilraunir og/eða oftúlkanir á niðurstöðum. Í þessu tilfelli var tilrauna uppsetningin gölluð og tölfræðileg greining ófullnægjandi. Þeir notuðu m.a. rottustofn þar sem 80% dýranna fá krabbamein og samanburðarhópurinn var svo lítill að tölfræðin var ómarktæk.

Andstæðingar erfðabreyttra lífvera tóku þetta óstint upp og sögðu að um þöggun væri að ræða.

Það er sannarlega matsatriði hvenær er rétt að draga grein til baka, en mér finnst eðlilegt að slíkt sé gert ef tilraunin er illa hönnuð, tölfræðin léleg eða niðurstöðurnar oftúlkaðar.

Aðrar rannsóknir, m.a. önnur langtíma rannsókn og stór samantekt í Food and Chemical Toxicology sýndi að erfðabreyttum maís hafði ekki áhrif á heilsu eða lífslíkur músa.

Óhellindi Seralinis

Hvað gerir Seralini næst, þegar búið er að draga grein hans til baka. Hann klæðir gögnin í ný föt og sendir í annað tímarit. Svo sendir hann út fréttatilkynningu og segir að greinin erfðabreyttur maís valdi krabbamein. Reyndar stóð í fyrri útgáfu greinarinnar "the data are inconclusive, due to the rat strain and the number of animals used", en sá varnagli var fjarlægður úr seinni útgáfunni. Einnig var fullyrt í fréttatilkynningu að rannsóknin væri ritrýnd, en ritstjóri  Environmental Sciences Europe sagði í viðtali að svo væri ekki.

Í þessari umræðu sem mörgum öðrum málum skiptir ekki máli hvort að gögnin séu rétt, heldur að "niðurstöðurnar" henti þeim sem hafa krók að maka. Seralini og margir andstæðingar erfðabreyttra lífvera tína til atriði sem henta þeirra skoðun og lífssýn, óháð því hvort þau eigi við rök að styðjast eða ekki.

Leiðrétting. Í fyrstu útgáfu pistilsins var spriklandi með tveimur k-áum.

Ítarefni:

John Entine Forbes 24. júní 2014. Zombie Retracted Séralini GMO Maize Rat Study Republished To Hostile Scientist Reactions

Arnar Pálsson | 21. september 2012  Veldur erfðabreyttur maís krabbameinum í mönnum?

 

Eru eineggja tvíburar alltaf alveg eins?

Tvíburar eru af tveimur megingerðum, eineggja eða tvíeggja. Tvíeggja tvíburar verða til þegar tvö egg frjóvgast í sama tíðahring og bæði leiða af sér fósturvísa. Eineggja tvíburar koma úr einu frjóvguðu eggi sem myndar tvo fósturvísa. Þannig eru eineggja tvíburar alltaf af sama kyni meðan tvíeggja tvíburar geta verið af sama kyni eða sitthvoru. Samkvæmt lögmálum erfða deila tvíeggja tvíburar jafn mörgum genum og venjuleg systkin, um 50%. En eineggja tvíburar eru frábrugðnir því báðir fá sama erfðamengi frá hinu frjóvgaða eggi; þeir eru því erfðafræðilega eins (100% genanna eru þau sömu). Guðmundur Eggertsson svaraði spurningunni Eru eineggja tvíburar með nákvæmlega eins erfðaefni? árið 2000 á þessa leið:

Eineggja tvíburar eru komnir af einni og sömu okfrumunni og hafa nákvæmlega eins erfðaefni ef undan eru skildar stökkbreytingar sem kunna að hafa orðið í líkamsfrumum þeirra. Þeir eru samt aldrei alveg eins, sem sýnir og sannar að genin ein ráða ekki öllu um þroskun einstaklingsins.

Eineggja tvíburar koma úr einu frjóvguðu eggi sem myndar tvo fósturvísa á meðan tvíeggja tvíburar verða til þegar tvö egg frjóvgast í sama tíðahring og bæði leiða af sér fósturvísa.

Guðmundur vísar hér til mikilvægis umhverfis og tilviljunar. Eiginleikar lífvera eiga sér rætur í erfðum, umhverfi og tilviljunarkenndum atburðum. Hlutfallslegt mikilvægi þessara þátta er mismikið, eftir eiginleikum. Flestir átta sig á áhrifum erfða og umhverfis en mikilvægi tilviljana er oftast vanmetið. Tilviljanirnar koma hins vegar skýrt í ljós við þroskun einstaklinga. Hægri og vinstri hlið líkamans hafa sömu arfgerð, fá sömu næringu en eru samt ekki nákvæmlega eins; þannig getur erfðasamsetning hægra nýra og vinstra nýra sama einstaklings verið ólík. Staða og stærð fæðingarbletta er til dæmis háð tilviljun í þroskun og einnig er oft ósamhverfa í andlitsfalli eða lögun handa. Bókhaldsgreiningar sýna að tilviljun útskýrir ef til vill sjaldan meira en 1-5% í breytileika í eiginleikum. Slíkar greiningar sýna líka að arfgengi, það er áhrif genanna, mismunandi eiginleika er mismikið. Þær sýna að eiginleikar eineggja tvíbura eru oft mjög áþekkir en aldrei nákvæmlega eins vegna til dæmis tilviljana eða mismunandi umhverfis, það er annar tvíburanna borðaði hugsanlega hafragraut en hinn slátur. Lögun andlits er með frekar hátt arfgengi, þá eru áhrif umhverfis og tilviljana lítil. En staðsetning fæðingarbletta er með mjög lágt arfgengi vegna þess að þar ræður tilviljun mestu. Því er mjög ólíklegt að eineggjatvíburar séu með fæðingarbletti á sama stað. Vitað er að eineggja tvíburar eru ekki nákvæmlega eins í útliti og dæmi eru um að annar tvíburinn fær sjúkdóm sem hinn sleppur við. Oftast er umhverfi eða tilviljun kennt um. En eins og Guðmundur víkur að er málið ekki svo einfalt. Lífverur eru samansettar úr tvennskonar frumum, kímlínufrumum og líkamsfrumum (einnig kallaðar sómatískar frumur). Kímlínan eru frumur sem koma til með að mynda kynfrumurnar og þær fara í gegnum tiltölulega fáar skiptingar. Líkamsfrumurnar skipta sér hins vegar margfalt oftar og mynda alla aðra vefi líkamans, til dæmis húð, lungu og taugar.

Sumir eiginleikar mannfólks eru með sterkt arfgengi og verða það svipaðir milli eineggja tvíbura að þeir virka sem spegilmyndir hvor af öðrum. Aðrir eiginleikar, eins og fæðingarblettir, eru meira tilviljun háðir og munu ekki speglast á milli eineggja tvíbura frekar en milli hægri og vinstri hliðar sama einstaklings.

Árið 2008 birti hópur við háskólann í Birmingham Alabama niðurstöður í tímaritinu American Journal of Human Genetics sem sýna að eineggja tvíburar eru ekki með nákvæmlega eins erfðaefni. Þeir beittu nýlegri tækni sem finnur grófar breytingar í erfðamengjum. Niðurstöðurnar sýna að eineggja tvíburar eru fjarri því að vera með eins erfðamengi, til dæmis geta heilu genin dottið út. Einnig var sýnt fram á að mikill munur getur verið á milli vefja, til dæmis lungna og tauga, þar sem sum gen vantar í ákveðna vefi en ekki aðra. Þetta getur náttúrulega útskýrt hvers vegna annar tvíburi fær ákveðinn sjúkdóm en hinn ekki. Það er því staðfest að eineggja tvíburar eru ekki með 100% eins erfðamengi. En ekki er ljóst hver rétta talan er, það er hvort hún sé til dæmis nálægt 99.999% eða 99.998%. Og eins og þekkt er úr erfðafræðinni og þróunarfræðinni geta litlar breytingar vegið mjög þungt. Ef eineggja tvíburar eru grunaðir um glæp, má nýta sér þetta til að finna út hvor þeirra var á vettvangi. Með réttri tækni er hægt að greina erfðasamsetningu úr skinnpjötlu sem finnst á morðvopni og þar með skera úr um hvor eineggja tvíburanna er sá seki. Stuttu svörin eru því þessi.

• Eineggja tvíburar verða aldrei nákvæmlega eins vegna áhrifa tilviljunar, umhverfis og breytinga á líkamsfrumum.
• Eineggja tvíburar eru ekki með nákvæmlega eins erfðaefni í öllum frumum sínum.
• Eineggja tvíburar eru ekki spegilmyndir hvor annars. Það sama á við um tvíeggja tvíbura.

Pistillinn birtist á vísindavefnum í janúar.

Arnar Pálsson. „Eru eineggja tvíburar alltaf alveg eins?“. Vísindavefurinn 14.1.2014. http://visindavefur.is/?id=53647. (Skoðað 15.5.2014).

Ítarefni:

• Grein í American Journal of Human Genetics.

Upphafleg spurning hljóðaði svo:

Eru eineggja tvíburar alltaf alveg eins eða er möguleiki á að vera eineggja tvíburar þegar annar er með fæðingarblett á hægri öxlinni en hinn á vinstri en samt á nákvæmlega sama stað? Spurning mín er eiginlega hvort að eineggja tvíburar geti "speglað" hvorn annan eða eru þeir þá tvíeggja?

Hvort er maður meira skyldur foreldrum sínum eða systkinum?

Erfðafræðilegur skyldleiki tveggja einstaklinga fer eftir nokkrum þáttum. Í fyrsta lagi geta atburðir leitt til þess að tvö fóstur myndast úr einu frjóvguðu eggi og þar með eineggja tvíburar. Meira máli skiptir þó hvort viðkomandi eigi sömu foreldra. Allar manneskjur eru erfðafræðilega einstakar en sumar eru samt líkari en aðrar. Spurt er hvort skyldleiki einstaklings við foreldra sína sé meiri en skyldleikinn við systkin sín. Ef systkin eiga sömu foreldra þá eru þau að meðaltali jafn skyld foreldrum sínum og hverju öðru. Lykilorðið hérna er – að meðaltali – því ef tvær eggfrumur fá næstum sama sett af litningum frá móður og tvær sáðfrumur fá næstum sama sett af litningum frá föður, þá eru systkinin skyldari hvoru öðru en foreldrum sínum. En litningafjöldi mannsins og líkindafræðin benda til þess að þetta sé fjarska ólíklegt.

Alsystkin eru að meðaltali jafn skyld foreldrum sínum og hverju öðru.

En ef um hálfsystkin er að ræða, þá minnkar skyldleikinn í 25% að meðaltali. Hálfsystkin eru því jafnskyld hvoru öðru og börn afa sínum eða ömmu. Það er einfalt að rekja skyldleikann með því að telja kynslóðir og fylgja kynfrumun í gegnum ættartré. Þannig má meta skyldleika einstaklinga í stórum ættartrjám, jafnvel þótt einhver skyldleikaæxlun sé til staðar. Samruni eggs og sæðisfrumu er fyrsta skrefið í fósturþroskun mannfólks. Hvor kynfruma um sig leggur til eitt eintak af öllum 23 litningum mannsins og því er hver einstaklingur með tvö afrit af öllum litningum og öllum genum (þekkt eru frávik, sjá neðar). Við myndun kynfruma parast samstæðir litningar, það er báðir litningar númer 1 parast, litningar númer 2 parast, og svo framvegis. Hluti af þessu ferli er víxlun á erfðaefni milli samstæðra litninga, þannig að erfðaefni hvers litnings stokkast upp í hverri kynslóð. Það er ólíkt á milli kynfruma, til dæmis einstakra sæðisfruma, hvar víxlin verða. Afleiðingin er sú að engar tvær sæðisfrumur eða eggfrumur bera sama erfðaefni. Tvíburar koma í tveimur megingerðum, eineggja og tvíeggja. Tvíeggja tvíburar verða til þegar tvö egg frjóvgast í sama tíðahring og koma sér fyrir í legi móður. Eineggja tvíburar verða til þegar eitt frjóvgað egg myndar tvo fósturvísa.

Lögmál erfða sýna að tvíeggja tvíburar deila jafn mörgum genum og venjuleg systkin, um 50%. En eineggja tvíburar eru frábrugðnir, því báðir fá sama erfðamengi frá hinu frjóvgaða eggi. Þeir eru því erfðafræðilega eins (100% genanna eru þau sömu). Stuttu svörin eru því þessi:

• Maður er jafnskyldur foreldrum sínum og alsystkinum, en minna skyldur hálfsystkinum.Foreldrar pabba manns er því jafn skyld manni og alsyskin pabba manns.
• Alsystkin eru jafnskyld og tvíeggja tvíburar en minna skyld en eineggja tvíburar.

Ítarefni:

• The Claim: Identical Twins Have Identical DNA - New York Times.

Skrifað fyrir vísindavefinn og spyrjendur hans.

Arnar Pálsson. „Hvort er maður meira skyldur foreldrum sínum eða systkinum?“. Vísindavefurinn 30.9.2013. http://visindavefur.is/?id=11204. (Skoðað 7.5.2014).

Brögðóttar krabbameinsfrumur í gervi stofnfruma

Krabbameinsfrumur eru ansi brögðóttar. Nýlegar rannsóknir sýna að stundum geta krabbameinsfrumur hermt eftir stofnfrumum, sérstaklega þegar þær eru að mynda meinvörp.

Sameindalíffræðingurinn Þórður Óskarsson hefur rannsakað þessi fyrirbæri, og ræðir þau í viðtali við Leif Hauksson í Sjónmáli gærdagsins (5. mars 2014).

Krabbameinsfrumur eiga nefnilega erfitt uppdráttar í framandi vefjum. Segjum sem svo að krabbamein hafi myndast í lunga, og myndar þar æxli. Slík æxli má fjarlægja með skurðaðgerð og/eða meðhöndla  með geislum eða efnum. En æxlisfrumur geta líka farið á flakk um líkamann, og myndað meinvörp.

Það sem torveldar flakk krabbameinsfruma er sú staðreynd að vefir eru ólíkir, og eiga lungnafrumur almennt ekki auðvelt uppdráttar í t.d. vöðva eða heila. En Þórður og aðrir vísindamenn hafa sýnt að krabbameinsfrumur yfirstíga þessa hindrun með bellibrögðum. Þær breyta tjáningu gena sinna, og framleiða sameindir sem einkenna stofnfrumur. Flestir vefir eru með stofnfrumur, og þar með er komin leið fyrir krabbameinsfrumurnar að "nema land" í nýjum vef. Og þá getur meinvarp farið að myndast oft með alvarlegum afleiðingum. 

Ég skora á fólk að hlýða á einstaklega fræðandi viðtal við Þórð í Sjónmáli. Einnig er öllum frjálst að hlýða á erindi Þórðar á morgun, á málþingi á vegum Líffræðifélags Íslands og Líffræðistofu HÍ. Erindið verður flutt á ensku.

Þrír aðrir líffræðingar flytja fyrirlestur á málþinginu, þau Sigríður R. Franzdóttir, Ólafur E. Sigurjónsson og Guðrún Valdimarsdóttir.

 

Guðrún birti einmitt nýlega rannsókn á stofnfrumum og hjartaþroskun, sem fjallað er um á vef HÍ.

Hópur vísindamanna og nemenda við Lífvísindasetur Háskóla Íslands undir forystu Guðrúnar Valdimarsdóttur, lektors í lífefnafræði við Læknadeild, fékk á dögunum birta grein í marsútgáfu hins virta vísindarits Stem Cells þar sem varpað er ljósi á það hvaða boðferlar í stofnfrumum úr fósturvísum manna leiða til þess að þær sérhæfast í hjartafrumur. Rannsóknin er liður í því að auka skilning manna á því hvernig hægt yrði að nýta fjölhæfar stofnfrumur til þess að græða skaddaðan hjartavef....

Guðrún og samstarfsfólk hennar hyggst halda áfram rannsóknum á sérhæfingu stofnfruma og beina nú sjónum sínum að myndun æðarþelsfruma. Vefir líkamans eru háðir blóði til vaxtar og viðhalds og æðaþelið er nauðsynlegt til blóðflæðis. „Við höfum tvenns konar markmið fyrir augum. Við viljum annars vegar geta aukið æðamyndun í tilvikum ýmissa æðasjúkdóma og hins vegar viljum við koma í veg fyrir of mikla æðamyndun til þess að geta stöðvað æxlisvöxt,“ segir Guðrún. Hún bætir við að tilraunir á músum, þar sem ákveðin gen hafa verið slegin út og eru þar af leiðandi ekki tjáð, sýni að fjölskylda vaxtarþátta, svokölluðu TGFbeta-fjölskylda, stjórnar miklu um þroskun fruma hjarta- og æðakerfis. „Við ætlum að skoða hvort við getum stjórnað sérhæfingu stofnfruma í  æðaþelsfrumur með því að breyta boðleið TGFbeta-fjölskyldunnar innan frumunnar. Þessi rannsókn byggist að sjálfsögðu á rannsóknarstyrkjum sem við erum algerlega háð í okkar vinnu,“ segir Guðrún að lokum.

Málþing um sameindalíffræði og stofnfrumur - dagskrá.

Sjónmál 5. mars 2014 Krabbameinsfrumur nýta sér stofnfrumur

Frétt á vef HÍ.is 5. mars 2014  Varpa ljósi á þroskun stofnfruma í hjartafrumur

Anne Richter ofl. BMP4 Promotes EMT and Mesodermal Commitment in Human Embryonic Stem Cells via SLUG and MSX2 2014 STEM CELLS Volume 32, Issue 3, pages 636–648, March 2014

Við erum samsett úr frumum og sameindum

Um miðbik síðustu aldar varð til ný fræðigrein á mörkum efnafræði og líffræði. Sameindalíffræði fjallar um sameindir eins og t.d. prótín, sykrur og kolvetni, sem finnast inni í öllum lífverum. Hún gerði vísindamönnum kleift að skilja eðli erfða, og rannsaka eiginleika fruma og lífvera.

Nú hefur sameindalíffræðin teygt anga sína víða. Hún er grundvöllur margra framfara í læknisfræði og landbúnaði, hún er nýtt í rannsóknum á vistkerfum og þróun og jafnvel sem verkfæri listamanna. Þekktast er etv. framleiðsla á insúlín með erfðatækni, og nú eru fjölmörg önnur lyf framleidd með aðferðum líftækninnar. Hið nýja hús Alvogens í Vatnsmýri, verður einmitt vettvangur framleiðslu samheita líftæknilyfja.

 

Sameindalíffræði hefur kollvarpað skilningi okkar á eiginleikum sjúkdóma, t.d. krabbameina eða hjartaáföllum. Með aðferðum hennar er hægt að rannsaka ferla sem aflaga fara í sjúkdómum, og jafnvel að þróa leiðir til að vinna gegn þeim. Íslenskir sameindalíffræðingar eru framarlega í rannsóknum á þessu sviði, sem dæmin sanna. Sigríður R. Franzdóttir og félagar eru t.d. að gen og kerfi sem stýra þroskun bleikjuafbrigðanna í Þingvallavatni. Ólafur E. Sigurjónsson hefur kannað hvernig má stýra þroskun stofnfruma með þáttum úr blóði. Guðrún Valdimarsdóttir náði að stýra stofnfrumum, og láta þær mynda litla hjartavísa. Þórður Óskarsson, sem fékk heiðursverðlaun Líffræðifélagsins í fyrra, stýrir rannsóknarhópi í Þýskalandi. Hann er að rannsaka áhrif umhverfis á stofnfrumur, með sérstaka áherslu á meinfarandi krabbamein.

 

Þessir líffræðingar munu allir halda erindi um rannsóknir sínar 7. mars 2014. Erindin verða í stofu 132 í Öskju, náttúrufræðahúsi HÍ.

 

Líffræðifélag Íslands og Líffræðistofa HÍ standa fyrir málstofunni.

 

Dagskrá má sjá vef Líffræðifélags Íslands. 

Mynd af tjáningu gena í fóstrum ávaxtaflugna. Litað er fyrir tveimur prótínum í einu, even-skipped, kruppel og giant. Úr grein Susan Lott og félaga frá 2007.