Galsi og eilíft líf

Er eilíft líf í sjónmáli? spyr Atli Steinn Guðmundsson á vísir.is. Svarið er gáskafullt og sprellfjörugt, en harla innihaldslítið. Atli dregur upp vísindamenn á Spáni, sem hann hirðir ekki um að nafngreina, sem eru að rannsaka litningaenda.

Málið er þannig vaxið að litningar styttast í hvert skipti sem þeir eru eftirmyndaðir. Venjulegar frumur geta bara skipt sér 50-70 sinnum, og upp úr því fer að bera á vandræðum vegna þess að litningaendarnir verða óstöðugir eða að virkni mikilvægra gena fer að raskast. Þetta er semsagt raunverulegt vandamál fyrir frumuna, sem telomerasi leysir úr.

Telomerasi er flóki prótíns og RNA sem bætir við enda litninga. Telomerasi er aðallega virkur í kynfrumumyndun. Því er haldið fram í grein Atla að hægt sé að koma í veg fyrir öldrun með því að virkja telomerasann. Vandamálið er að frumur sem ekki eldast geta orðið að krabbameinsfrumum. 

Það að kveikja á telomerasa í öllum frumum einstaklings, myndi því svo gott sem tryggja að viðkomandi fengi krabbamein. Lífverurnar feta því oft einstigi með dauðann á báðar hendur. Myndi fólk vilja lifa nokkur ár í viðbót, í skugga krabbans? Væri ekki skynsamlegra að njóta lífsins aðeins betur...í dag!

Rétt er að geta þess að mbl.is hefur einnig gert sig seka um ónákvæm vinnubrögð í fréttum um frumur (t.d. um telomerasa).

Eftir athugasemd Jóhannesar ákvað ég að bæta inn mynd sem sýnir hvernig eftirmyndun á DNA leiðir til þess að endarnir styttast. RNA vísirinn sem er notaður til að nýmynda er fjarlægður og þá stendur eftir örlítill óeftirmyndaður bútur. Með fleiri skiptingum styttist litningurinn sem því nemur, sem leiðir til vandræða. (Mynd úr Genomes eftir T. A. BROWN, af heimasíðu heilbrigðistofnunar Bandaríkjanna. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bookres.fcgi/genomes/ch13f24.gif)

 

Flott vörn

Bakteríur og veirur geta verið algerar pestir. Lífverur hafa margskonar varnir gegn slíkum vágestum. Til dæmis höfum við frumubundið ónæmi og þróunarfræðilega eldri varnir sem byggjat á bakteríudrepandi prótínum. Undur ónæmiskerfisins eru ekki að fullu skilin, né heldur þær varnir sem himnur og aðrir varnargarðar veita gegn bakteríum.

Fyrir nokkrum árum byrjuðu Halldór Þormar og aðrir vísindamenn að rannsaka áhrif fituefna á HIV og aðrar veirur. Hann sýndi fram á að fituefni, t.d. í mjólk geta raskað starfsemi veira og jafnvel drepið bakteríur. Mér finnst það alltaf jafn merkilegt, að frumur skuli framleiða fituefni sem geta virkað sem varnir gegn sýklum. Flestir líffræðingar hugsa í kjarnsýrum og prótinum, en hér eru lípíðin seig og slöpp að taka þátt í mikilvægum ferlum.

Rannsóknir Halldórs og samstarfsmanna hafa staðið yfir nokkurt skeið og beinist athyglin upp á síðkastið að notkun fitusýra til að berjast gegn bakteríuvexti í kjúklingum. Áherslan var á að finna leiðir til að draga úr salmonellu og campfýlobakter sýkingum sem eru töluvert vandamál í kjúklingarækt. Hilmar Hilmarsson doktorsnemi Halldórs mun einmitt verja ritgerð sína um þessar rannsóknir föstudaginn 28 nóvember. Athöfnin fer fram í sal 132 í Öskju, Náttúrufræðihúsi Háskóla Íslands og má sjá titil verkefnis ásamt fræðilegu ágripi á heimasíðu HÍ.

Ekki er von á öðru en vörn Hilmars verði jafn góð og fituefnanna.

ítarefni:

Thormar H, Isaacs CE, Kim KS, Brown HR. Inactivation of visna virus and other enveloped viruses by free fatty acids and monoglycerides. Ann N Y Acad Sci. 1994 Jun 6;724:465-71.

 

"Um uppruna tegundanna..." gefin út

Í dag 24 nóvember 2008 eru 149 ár síðan bók Charles Darwin um uppruna tegundana kom út. Venjulega er bókarinnar getið sem Uppruna tegundana, en titill bókarinnar er öllu ítarlegri.

Á ensku nefndist hún "On the origin of species by means of natural selection, or the preservation of favoured races in the struggle for life." Sem var þýtt sem "Uppruni tegundanna af völdum náttúrulegs vals, eða að sumum stofnum vegnar betur en öðrum í lífsbaráttunni", samanber titil á þýðingu Guðmundar Guðmundssonar.

Ég er ekki fyllilega sáttur við þann titil, e.t.v. væri  "Um uppruna tegundanna af völdum náttúrulegs vals, eða varðveisla valdra stofna í baráttunni fyrir lífinu". Ég hvet fólk til að spreyta sig á að þýða titilinn.

Ég er reyndar ósköp feginn að drifkrafturinn var þýddur sem náttúrulegt val, en ekki orðskrípið náttúruval sem náði einhvern vegin að festa rætur sem þýðing á "natural selection". Náttúrval gefur til kynna að náttúran sé gerandi og velji suma einstaklinga frekar en aðra. Lykilhugmynd Darwins og Wallace var að slíkt val gerist náttúrulega, samanborið orð Charles Darwin.

"As many more individuals of each species are born than can possibly survive; and as, consequently, there is a frequently recurring struggle for existence, it follows that any being, if it vary however slightly in any manner profitable to itself, under the complex and sometimes varying conditions of life, will have a better chance of surviving, and thus be naturally selected." Blaðsíða 5 í fyrstu útgáfu Um uppruna tegundanna...(skáletur upprunalegt).

Myndin er af vefsíðu sem er tileinkuð ritverkum Darwins, sem eru þar aðgengileg öllum til aflestrar og heimildaleitar. Framtakið er auðvitað bráðnauðsynlegt á tímum þegar orð er tekin úr samhengi og beitt í pólitískum tilgangi (eða til trúarlegrar fróunar) til að kasta rýrð á þróunarkenninguna og vísindin í heild sinni.

http://www.darwin-online.org.uk

 

Erfðamengi loðfílsins

Fréttastofa ríkisútvarpsins lýsti því fyrir helgi að erfðamengi loðfílsins hefði verið raðgreint. Reyndar var loðfíllinn kallaður Mammút af fréttastof ríkisútvarpsins, en þar sem tegundin er útdauð er ekki von á gagnaðgerðum af hennar hálfu (vinafélag loðfíla og loðpelsaeiganda hefur ekki gefið út yfirlýsingu um málið, en láta líklega verkin tala).

Loðfílar (Mammuthus primigenius) liðu undur lok í kjölfar síðustu ísaldar fyrir um 10.000 árum, og hafa löngum heillað vegna stærðar sinnar og ásýndar. Umrædd greining á erfðamengi þeirra af nokkrum bandarískum, rússneskum og evrópskum hópum leiddi í ljós að loðfílar voru náskyldir afrískum fílum. Að meðaltali liggur munur á próteinum þeirra í einni amínósýru (prótín eru oftast 100 til 1000 amínósýrur, þannig að munurinn er 0,1 til 1%).

Mikið af fréttaflutningnum í kjölfarið hefur fjallað um möguleikann á að endurreisa loðfílinn. Sá möguleiki er fjarstæðukenndur, af nokkrum ástæðum. Ólíklegt er að nokkur kjarni í loðfíl sé nægilega heillegur til að framkvæma klónun með kjarnaflutning (eins og íað var að í frétt RÚV). Í annan stað eru aðferðir til nýmyndunar á erfðaefni enn mjög takmarkaðar, og því ólíklegt að við getum smíðað heila litninga. Skásta leiðin væri að breyta núverandi fíl í loðfíl, með því að breyta þeim 400.000+ bösum eru mismunandi á milli tegundanna. Einfalt á teikniborði en annað í framkvæmd.

Vísindin sýna okkur takmarkanir þekkingarinnar og gera okkur kleift að skilja milli draumóra og veruleika. Sumir vísindamenn sjá sér hag í því að ræða draumóra sem vísindalega möguleika. Skemmtanagildið er stundum ótvírætt en ef slík moldviðri leiða til óraunverulegra væntinga eru þau fræðunum til ógagns.

Ítarefni:

Miller W, Drautz DI, Ratan A, Pusey B, Qi J, Lesk AM, Tomsho LP, Packard MD, Zhao F, Sher A, Tikhonov A, Raney B, Patterson N, Lindblad-Toh K, Lander ES, Knight JR, Irzyk GP, Fredrikson KM, Harkins TT, Sheridan S, Pringle T, Schuster SC. Sequencing the nuclear genome of the extinct woolly mammoth. Nature. 2008 Nov 20;456(7220):387-390. (ágrip á ensku)

Nicolas Wade í New York Times Regenerating a Mammoth for $10 Million.

Ian Sample í the Guardian Hair from frozen carcasses used to reconstruct woolly mammoth's genome.

Öldrun orma og vanþróaðari dýra

Líffræðingar hafa sýnt að sömu ferli hafa áhrif á öldrun í flugum, ormum og mönnum. Líklegt er að þessi ferli séu einnig mikilvæg fyrir öldrun í öðrum dýrum, jafnvel þeim nær fullkomnustu liðorma, svampa og volvox.

Atli Steinn Guðmundsson kynnir nýlega rannsókn Simon Melov og félaga á öldrun undir fyrirsögninni Reiknar raunaldur með aðstoð orma á visir.is. Melov starfar við Buck stofnunina í öldrunarrannsóknum hefur krufið öldrun í þráðorminum Chaenorhabditis elegans og birti nýlega grein í Aging cell.

Melov og félagar skoðuðu genatjáningu í misgömlum ormum. Genatjáningu er hægt að skoða með því að mæla mRNA sem er myndað frá hverju geni. Í þessu tilfelli skoðuðu þau öll 19000 gen ormsins og sáu að tjáning á ákveðnum genum sýndi sterka fylgni við öldrun viðkomandi dýra. Það eru hinir "erfðafræðilegu þættir" sem Atli ræðir um, en samt er rétt að átta sig á að tjáning gena er ekki bara stýrt af erfðum, heldur hefur umhverfi (og tilviljun!) heilmikið að segja. Það verður viðfangsefni sér pistils, með myndum af Berberum og genatjáningu. Fyrst þarf ég þó að klára bókhald...jibbí.

Annars er sorglegt að sjá að tækni og vísindi vanrækt á visir.is síðunni, þau eru ekki lengur sýnileg á forsíðunni sem sér dálkur (einungis undir lykilorðunum efst). Vísindunum er fórnað fyrst í kreppunni. Nýsköpun í formi slúðurblaða mun gera Ísland að efnahagslegu stórveldi.

Ítarefni:Age-related behaviors have distinct transcriptional profiles in C.elegans (p ) Tamara R. Golden, Alan Hubbard, Caroline Dando, Michael A. Herren, Simon Melov Sep 5 2008 Aging cell.

Grein á Healthday.com.

 

Kalt blóð á skjá og bók

Síðustu þrjú mánudagskvöld hefur ríkt hátíðarstemming á heimili voru þegar fjölskyldan safnast saman til að fylgjast með þætti David Attenboroughs um froskdýr, skriðdýr og slöngur. Líf með köldu blóði er nýjasta þáttaröð sjónvarpsmannsins, sem áður gerði raðir um líf plantna, skordýra, risaeðla og hafsins. David kynnir leyndardóma lífheimsins á sérstaklega aðgengilegan hátt, kynnir okkur fyrir þeim áskorunum sem lífverur standa frammi fyrir og lausnum sem þróast hafa við þeim vandamálum. Froskarnir eru til dæmis afkomendur þeirra dýra sem fyrst námu land, en eru enn bundnir vatni fyrir frjóvgun eggja sinna og þroskun ungviðis (með nokkrum frábærum undantekningum reyndar). Þáttaraðir Davids fyrir BBC ná tveim tugum og eru nú á öld mynddiska og fjölvarps aðgengilegar fólks löngu eftir að þættinum lýkur á RÚV og nýjasta Hollywoodfroðan fer að leka niður skjáinn.

Einnig er hægt að njóta lystisemda Attenboroughs eftir að sýningu þáttana lýkur, því Opna gefur út á prenti þýðingu á Lífi með köldu blóði. (mynd af heimasíðu BBC, tengill að neðan)

 

Ítarefni, heimasíðu BBC tileinkaða Lífi með köldu blóði, með tengil yfir á síðu um líf og starf David Attenboroughs.

Hrein fegurð tilviljunar

Munur á milli einstaklinga er lykilatriði í þróunarkenningunni. Sá hluti breytileikans sem erfist skiptir öllu máli. En eins og við vitum hafa bæði umhverfi og tilviljun einng áhrif á breytileika, jafnt í hæð og andlegu ástandi húsflugna. Tilviljun getur líka leitt til þróunar. Ef eiginleiki hefur engin (eða næstum engin!) áhrif á hæfni getur hann breyst í tímans rás einungis vegna tilviljunar (flökts í tíðni arfgerða: enska "genetic drift").

Oskar Hallatschek og samstarfsmenn brúkuðu E. coli til að kanna breytileika í fjölgunarhæfni og áhrif hendingar á tíðni arfgerða. Hann tók stofn af E. coli og skutlaði inn tveimur mismunandi afbrigðum af græna flúorprótininu (GFP, sjá pistla okkar og Odds Vilhelmssonar). Sumar frumurnar eru rauðar og aðrar grænar, og þegar þeim er blandað saman myndast einsleitur grautur (í miðri myndinni). En þegar bakteríurnar byrja að skipta sér, þá leita þær út frá miðju ræktarinnar. Í ljós kemur mikill munur á milli hópa (munið að bakteríur skipta sér kynlaust, og mynda því stóra einsleita hópa). Vegna tilviljunar fjölga sumir hópar sér hraðar og mynda stóra einsleita geira (rauða eða græna). Mynd úr grein Hallatschek o.fél 2007.

Að öllum fræðum slepptum er einnig hægt að dáðst að myndarinni. Flökt getur skapað fegurð.

Heimasíða Hallatschek við Harvard (http://www.people.fas.harvard.edu/~ohallats/) sem vonandi virkar um eitthvað skeið (Hallatschek er að flytja sig á stofnun Max Planck í Göttingen http://www.uni-goettingen.de/en/sh/56640.html).

Til stuðnings, Hallatschek O, Hersen P, Ramanathan S, Nelson DR. Genetic drift at expanding frontiers promotes gene segregation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007 Dec 11;104(50):19926-30.

Erfðafræðilegt mótstöðuafl?

Arfgerð gerir suma einstaklinga þolna gagnvart sýkingum, m.a. HIV.

CCR5 er viðtaki á vissum frumum ónæmiskerfisins. 32 basa úrfelling í genin sem skráir fyrir viðtakann gerir hann óvirkan. Einstaklingar sem eru arfhreinir um þessa úrfellingu í CCR5 eru þolnir gagnvart HIV veirunni (sem veldur alnæmi). Stökkbreytingin er í 2-5% tíðni í fólki af Evrópsku bergi, en fátíðari í öðrum þjóðflokkum. Þar af leiðir að arfhreinir einstaklingar eru mjög fátíðir (með hliðsjón af Hardy Weinberg lögmálinu er tíðni arfhreinna p²) eða um 1/400 - 1/2500 í Evrópu. Sú tilgáta hefur verið sett fram að CCR5 stökkbreytingin hafi verið náttúrulega valin í Evrópu en valkrafturinn hefur ekki verið skilgreindur (líklegast er um að ræða sýkil af einhverri gerð, t.d. veiru eða bakteríu). Tiðni breytingarinnar er frá 0.02 upp í 0.18 (18%) í Eystrasaltslöndunum (mynd úr grein Novembre og félaga).

Afdrif viðkomandi sjúklings eru mjög forvitnileg en auðvitað þarf fleiri dæmi til stafesta að um raunverulega lækningu er að ræða. Niðurstaða byggð á einu sýni er ósköp ótrygg (samanber allar persónulegu kraftaverkasögunar!).

En ef satt reynist gefur þetta forvitnilegar upplýsingar um þær frumur sem mestu máli skipta í alnæmissýkingum. Reyndar eru beinmergskipti eru meiriháttar aðgerð og því getum við tæplega litið til þeirra sem alhliða lækningar á alnæmisfaraldrinum. 

Ítarefni

Frétt BBC Bone marrow "cures HIV patient"

Novembre J, Galvani AP, Slatkin M. The geographic spread of the CCR5 Delta32 HIV-resistance allele. PLoS Biol. 2005 Nov;3(11):e339.

Einnig var stuðst við: de Silva E, Stumpf MP.  HIV and the CCR5-Delta32 resistance allele. FEMS Microbiol Lett. 2004 Dec 1;241(1):1-12.

Beinmergskipti kunna að hafa læknað alnæmi

Vindur í seglin

Framfarir byggja á þekkingu og grunnrannsóknir eru okkar besta leið til að afla slíkrar þekkingar. Nú hefur verið stofnsett rannsóknarsetur í kerfislíffræði við Háskóla Íslands og rannsóknaráð evrópubandalagsins hefur veitt 400 milljónir króna til verkefnis sem Bernhard Pálsson leiðir. Hendum höfuðfötum vorum til himins og hrópum þrefallt húrra, því hvorutveggja eru stór tíðindi í sögu Háskóla Íslands og vísinda hérlendis.

En hvað er kerfislíffræði? Ég las fyrst um hugtakið í grein eftir Leroy Hood sem lagði áherlsu á að við gætum rannsakað lífverur sem kerfi ("systems") en ættum ekki að einblína á eitt ferli eða eitt gen (eins og vill stundum bregða við). Hugmyndin er að skoða eiginleika margra ferla, helst samtímis og skoða hvernig þau tengjast og spila saman. Ein leið til þess atarna er að byggja líkan á efnarfræðilegum, erfðafræðilegum eða sameindalíffræðilegum gögnum og skoða eiginleika þess. Síðan er hægt að spyrja hvernig líkanið ("kerfið") hegðar sér ef fruman fær t.d. of mikinn glúkósa eða ef ákveðin ensím vantar. Lykilatriði við smíð slíkra líkanna er að þau verða aldrei betri en frumgögnin, og því er mikilvægt að tilraunalíffræðingar og líkanasmiðir vinni saman.

Berharð hefur unnið þrekvirki í rannsóknum á efnakerfum E. coli og hyggst nú spreyta sig á efnakerfum mannsins, með það að langtíma markmiði að skilgreina efnaferli eða sameindir sem eru biluð í ákveðnum sjúkdómum. Líklegt er að einhver hluti mannasjúkdóma eigi rætur eða birtist sem gallar í efnaskiptum. Mikilvægt er þó að átta sig á að í mörgum tilfellum eru orsakirnar sýklar, gallar í prótínum, RNA nýmyndun eða samskiptum og samspili frumna sem mun ekki birtast sem frávik í efnaferlum. 

Vísir.is gerði rannsóknasetrinu betri skil í frétt sinni...með því að birta næstum alla fréttatilkynninguna.

Sjá einnig systemsbiology.hi.is/

Rannsóknasetur í kerfislíffræði stofnað við HÍ

Dagar Darwins 2009

Eftirfarandi pistill birtist í Náttúrufræðingnum nú í októbermánuði.

Á næsta ári verður víða um heim minnst merkra tímamóta í sögu náttúruvísinda. Tvær aldir verða þá liðnar frá fæðingu Charles Darwins og 150 ár frá útgáfu tímamótarits hans Um uppruna tegundanna. Þar setti hann fram byltingarkennda kenningu um þróun lífvera vegna náttúrulegs vals. Í tilefni þessara tímamóta er stefnt að hátíðarhöldum hérlendis á árinu 2009.

Meðal þess sem verður á döfinni er útgáfa rits um þróunarfræði þar sem efnið spannar allt frá spurningum um uppruna lífsins og steingervingasöguna til þróunar manna og kynæxlunar. Einnig er í undirbúningi fyrirlestraröð með erlendum fyrirlesurum og ráðstefna um þróun lífsins og þróunarkenningu Darwins sem verður á dagskrá haustið 2009.

Í tilefni þessara tímamóta var nú í haust efnt til ritgerðasamkeppni í framhaldsskólum landsins sem Samlíf (Samtök líffræðikennara) stendur fyrir í samstarfi við Hið íslenska náttúrufræðifélag og skipuleggjendur Darwins daganna. Ritgerðarefnið er Darwin og áhrif þróunarkenningarinnar á vísindi og samfélög. Skilafrestur er til 15. desember næstkomandi og skila skal ritgerðum inn á netfangið ritgerdasamkeppni@ gmail.com. Vegleg verðlaun eru í boði en verðlaunaafhending fyrir þrjár bestu ritgerðirnar fer fram á tveggja alda afmæli Darwins, þann 12. febrúar 2009.

Skipuleggjendur eru Arnar Pálsson, Guðbjörg Ásta Ólafsdóttir, Hafdís Hanna Ægisdóttir og Steindór J. Erlingsson. Vinsamlegast hafið samband (t.d. með athugasemd) ef þið hafið góðar hugmyndir um það hvernig fagna mætti þessum tímamótum, viljið leggja hönd á plóginn eða deila vangaveltum ykkar.