Hver er spurningin?

Í vísindum skiptir mestu máli að skilgreina spurninguna. Margir fara flatt á því að láta græjur eða sýni stjórna rannsóknum sínum, því það sem skilar mestum framförum er heimildavinna og hugmyndir. Vísindi eru nefnilega sambland af leynilögreglustörfum og list. Iðkendur vísinda verða að kafa djúpt í heimildir og birt efni, en verða einnig að hafa skapandi hugsun til að setja fram nýjar tilgátur og hugmyndir um vandamál sem skipta máli.

(Mynd af vefsiðunni homepages.ius.edu/DPARTIN/)

Eðlilegt er að spyrja, hvað er síðasta takmark líffræðinnar?

Er það að skilja...

    uppruna lífs?

    erfðir og þroskun vænglögunar hjá flugum?

    sveiflur í samsetningu vistkerfa?

    erfðir og líffræði greindar?

    af hverju frumdýr stunda kynlíf? 

Samkvæmt nýlegum tíðindum ætlar Íslensk erfðagreining að kanna hvort að erfðabreytileiki hafi áhrif á mismun í athygli, minni og hraða hugsunar. Allt eru þetta reyndar eiginleikar sem má með réttum lifnaðar hætti skerpa á, en e.t.v. leynast stökkbreytingar meðal vor sem hafa nægilega sterk áhrif til að þau greinist í erfðamengis skimun. Áhugi vísindamanna á greind er ekki nýr, félagslíffræðingarnir fóru mikinn á þessu sviði á siðustu öld og Crick, sem fann byggingu DNA ásamt Watson, eyddi síðustu áratugum sínum í að rannsaka meðvitund og starfsemi heilans. Vissulega heillandi viðfangsefni eins og naflaskoðun alltaf er. Ætli flestar dýrategundir séu ekki frekar sjálfhverfar, og líklegt er að ofvitrir höfrungar með tilraunastofu myndu leggja mikið á sig til að skilja hversvegna höfrungar séu óæðri hvölum greindari. 

Kæru lesendur, ég væri forvitin að heyra hvað þið haldið að séu verðug takmörk líffræðinnar? 

Hvaða stóru spurningar á líffræðin að reyna að svara? 

 

 

Íslensk erfðagreining stefnir að síðasta takmarki líffræðinnar

Keyrsla sama hvað það kostar

Vísir.is ber tíðindi af örveru sem getur búið til olíu úr lífrænum efnum undir fyrirsögninni "Vísindamenn uppgötva pöddu sem býr til olíu" sem byggt á frétt í Times (þýðingin þeirra er ekki alveg nákvæm þar sem um er að ræða bakteríur, ekki skordýr).

Reyndar er vinnsluferlið frekar takmarkað, þar sem hlutfall hráefnis (lífrænt efni) og afurðar (olíu) er mjög óhagstætt, en þetta sýnir okkur enn betur hvaða möguleikar búa í örverum. Bakteríur og fornbakteríur geta margar hverjar lifað við sérstök skilyrði og ná sumar að nýta sér stórmerkilega orkugjafa eða framkvæma efnahvörf sem hafa mikið hagnýtt gildi (t.d. vinnslu á kopar). Í þessu tilfelli var hins vegar byrjað með ósköð venjulegan E. coli geril (sjá fyrri færslu). Gerlinum var breytt með aðferlum sameindaerfðafræðinnar, sem gerði honum kleift að hvata auka efnahvörf. Nálgunin er hliðstæð við verkfræðilega hugsun, að setja saman hluti með einhverju markmiði. Einnig hefði mátt byrja á því að skima fjölda tegunda baktería og leita að stofnum sem geta hvatað fyrstu skref olíumyndunar. Síðan mætti nýta sér lögmál þróunar til að velja fyrir afbrigðum sem betri en önnur á þessu sviði. Við slíka nálgun þarf maður ekki að vita hvaða gen skipta mestu máli, það nægir að vita að lífveran getur leyst vandamálið. Sumir hafa einnig reynt að blanda saman ólíkum bakteríugerðum og sjá að slík samfélög geta starfað saman, næstum eins og einhverskonar ofurlífvera..."the blob anyone?"

En annars er ég ekki mjög hrifinn af þeim lausnum á eldsneytisvandanum sem verið er að þróa, olía úr lífmassa, etanól úr maís og fleira í þeim dúr. Vestræna þjóðir hafa löngum notið lystisemda á kostnað þriðja heimsins, en sjaldan eins augljóslega og þegar verð á maísmjöli hækkar um tugi prósenta vegna þess að bandarískir bændur selja maís-etanól í tankinn. Fjölskyldur í mið-ameríku svelta því vinir minir í Chicago þurfa að keyra 45 mín í vinnuna.

Langtímalausnin hlýtur að vera að minnka vægi einkabílsins, með breyttu skipulagi byggðar og betri almenningssamgöngum. 

Kind með geitaheila

Úr gullkistu lauksins kemur fréttaskot vikunnar.

Líftækninni eru engin takmörk sett...erfðatækni var nýtt til að setja geitaheila í kind. 

Vitnað er í vísindalega útlítandi mann í hvítum sloppi sem velur orð sín varlega

"Þetta byrjaði þegar við vorum að reyna að lækna alzheimers sjúkdóminn, en nú höfum kind með geitaheila." 

Enska "It started with us trying to cure alzheimers, now we have a sheep with the brain of a goat"

Frumheimildin er hreint óborganleg..."Genetic scientists develop a sheep with brain of a goat"

Treystið lauknum (the Onion) hann lýgur alltaf.

Skýjaborg

Klónun er framkvæmd þannig að erfðaefni venjulegrar frumu er sett inn í kjarnalaust egg. Hin klónaða lífvera á eftir að vaxa og þroskast, líkamlega og andlega. Í tilfelli kóreönsku hvuttana þá átti erfðafræðilegur forveri þeirra að geta fundið lykt af krabbameinum. (Það er alls ekki gefið að það sé mögulegt!!!)

Hvolparnir þurfa ganga í gegnum þjálfun til athuga hvort þeir hafi nokkra hæfileika til að greina krabbamein. Það er alls ekki gefið að þeir geti erfi þennan eiginleika forverans, eða aðra. Ef Íslendingar hefðu leið til að klóna Jón Sigurðsson, er alls ekki víst að JS2 yrði sú fyrirmynd sem við horfum til. Allt eins líklegt er að piltungurinn væri að slæpast í unglingavinnunni eða sleikja umslög utan á tölvupóst fyrir einhvern uppann.

Eins og við höfum rætt hér áður eru til vísindamenn sem þrífast á athygli fjölmiðla, og stundum vakna spurningar um gæði hinna vísindalegu vinnu. Slíkt vísindafólk er stéttinni og samfélaginu til óþurftar, og brenglar sýn almennings á störf vísindafólks. Ekki hjálpar ef tíðindi af vísindalegum framförum fá "hvíslaraleiks"meðferð hjá fjölmiðlum, þar sem varnaglar eru fjarlægðir og veruleikanum fórnað fyrir fréttaskotið.

Sum krabbamein leiða til þess að styrkur ákveðinna prótina í blóði hækkar. Nú eru betri leiðir til að skima prótínsamsetningu blóðs, og fyrir smásameindum (t.d. sykrum, lípíðum, afurðum efnaskipta). Slíkt mun að mínu viti vera farsælli leið til að greina krabbamein en sú fjallabaksleið að klóna hunda.

Klónaðir hundar sem þefa uppi krabbameinsfrumur

Í skrefum og stökkum

Richard Lenski setti árið 1988 upp litla tilraun, með því að skipta erfðafræðilega einsleitri rækt af E. coli í 12 flöskur og svelta þær. Bakteríurnar fengu daufa glúskósalausn og áttu ósköp bágt. Þær örfáu bakteríur sem lifðu næsta morgun vor fluttar í nýjar flöskur með sömu lausn...og svo koll af kolli.

Þær bakteríur sem stóðu sig best á þessum þrönga kosti gátu af sér nýjar frumur, og þær svo aðrar. E. coli ræktir eru með milljónir og jafnvel milljarða frumna, þannig að einhverjar stökkbreytingar urðu. Flestar stökkbreytingar eru auðvitað skaðlegar, en sumar gerðu gerlunum kleift að nýta glúkósann betur og gáfu þeim þar með forskot í baráttunni fyrir lífinu. Lenski hafði vit á því að taka sýnishorn af öllum stofnum með reglulegu millibili og geyma í frysti (E. coli þolir frost ljómandi vel, sem hagnýtt í sameindaerfðafræði).

Lenski og samstarfsmenn hafa samviskusamlega matað gerlana öll þessi ár og orðið vitni að þróun. Ekki svo að skilja að aðrir hafi ekki fylgst með þróun gerast, t.d. á Galapagoseyjum, gljúfrum Ísraels, erfðamengi mannsins eða fiðrildum á Bretlandseyjum, en málið er að Lenski og félagar hafa fylgst með breytingum yfir 40.000 kynslóðir. Margt gerist á slíkum tíma...

Þeir hafa kortlagt margskonar breytingar á ensímvirkni sem hafa þróast í þessum stofnum. Breytingarnar voru flestar smáar, og undirstrika að þróun gerist í litlum skrefum, gazellan hleypur alltaf örlítið hraðar, eða augu arnanna sjá dálítið betur... Breytingar á ensímvirkni er meiriháttar mál fyrir gerla sem þurfa að brjóta niður efnasambönd til að nýta sem orku og hráefni. Í mörgum tilfellum þróaðist virknin á sama hátt, í nokkrum einangruðum flöskum. Í þróunarlegum skilningi er í sumum tilfellum ein besta/stysta leið til Rómar. (Þetta undirstrikar að þróun getur einnig verið ákvörðuð, jafnvel á sviði gena og prótína).

Það nýjasta sem Lenski og félagar hafa uppgötvað er að vissir E. coli stofnar öðluðust hæfileika til að nýta sítrat (e. "citrate") (PNAS 2008) Upprunalegu stofnarnir voru ekki með neina slíka virkni, þannig að þetta jafngildir þróunarlegu stökki, nýr eiginleiki varð til óforvarandis. Þróun gerist í smáum skrefum og einstaka stökkum...þannig geta einfruma lífverur orðið að fjölfrumungum sem síðar nema land...o.s.frv. 

Möguleiki á þessu þróunarlega stökki opnaðist frekar seint í gerlum Lenskis. Með því að skoða frosna stofna kom í ljós að tíðni stökkbreytinga sem leiddu til sítratnýtinga var mun lægri í stofnum sem safnað var fyrir 20.000 kynslóð. Einhverjar erfðabreytingar við kynslóð 20.000 gerðu sítratþróunarstökkið mögulegt. Þetta sýnir okkur að þróun gerist einnig eins og húsbygging, veggur rís af grunni.

Frekari lesning á vefsíðu Carl Zimmers og eldri grein hans í New York Times.

E.s. Skrifin verða stopulli í sumar vegna leyfa og ferðalaga.

Óvísindaleg kenning

Við höfum áður rætt um áróðursmyndina Expelled hér (sjá færslu). Hún er hluti af áróðurstríði sem fer fram vestanhafs, þar sem ákveðnir kristnir hópar vilja ýta sköpunarsögunni inn í kennsluskrá.

Vandamálið er að vithönnunarkenningin er ekki vísindaleg. Hún gengur út á að útskýra starfsemi lífvera og eiginleika með skírskotun til guðlegs inngrips eða sköpunar. Slíkar skýringar eru ekki vísindalega vegna þess að þær er ekki hægt að afsanna. Við höfum ljómandi góða vísindalega kenningu til að útskýra slíkt, sem er þróunarkenning Darwins. Við þurfum ekki að skírskota til yfirnáttúrulegra fyrirbæra til að skilja tilurð og starfsemi lífvera, eða sjúkdóma sem plaga þær.

Ef slík skírskotun er umborin þyrftum við að sætt okkur við "vitrænt fall" sem mótrök við þyngdarlögmálinu, "gáfulegt gall" sem útskýringu á nýrnasjúkdómum, "snjallt suð" sem útskýringu á hljóði frá steini...sem e.t.v. veltur niður fjallið. Ef steinnin lendir í einhverjum, getur þá viðkomandi trúað á "vitræna heilun" og lifnað við...eða hvað?

Yoko Ono tapar máli gegn kvikmyndaframleiðendum

Frábært...gen

Síðasta haust birtist grein í Science eftir Thorleifsson et al, um erfðir gláku sem rannsakaðar voru af Íslenskri erfðagreiningu og Landspítalans. Nú hlutu hópstjórarnir tveir, Kári Stefánsson og Friðbert Jónasson verðlaun fyrir afrekið, sem er mikil viðurkenning fyrir þá og aðra hlutaðeigandi (blogg-klapp).

Mikilvægi rannsóknarinnar er tvíþætt. Í fyrsta lagi hefur stökkbreytingim sterkari áhrif en áður skilgreindir erfðaþættir, í tilfelli gláku (rætt betur neðar). Í öðru lagi þá eykur stökkbreytingin tíðni ákveðinnar gerðar gláku, flögnunargláku. Margir sjúkdómar eiga fleiri en eina orsök og erfðafræðin getur hjálpað okkur að skilgreina undirgerðir sjúkdóms og benda á ferla sem aflaga hafa farið.

Þótt stökkbreyting í ákveðnu geni, í tilfelli flögnunargláku LOXL1, tengist sjúkdómi, er fullstrangt til orða tekið að segja að genið "stýri" sjúkdómnum (eins og mbl.is tók til orða). Genin gegna hlutverkum í eðlilegri starfsemi fruma og lífvera, en ekki í sjúkdómum. Gallar í genum geta aukið líkurnar á sjúkdómi, sem er fjarri þeirri nauðhyggju sem kemur fram í oðrinu "stýra". Því getum við sagt að stökkbreytingar tengist/auki líkurnar á/ýti undir/geti leitt til sjúkdóms, en ættum að varast orð eins og stýri/orsaki/valdi/framkalli/stjórni.  Í langflestum tilfellum eru erfðasjúkdómar orsakaðir af göllum í genum, stökkbreytingum sem skadda starfsemi prótína eða raska tjáningu þeirra.

Reyndar hefur stökkbreytingin í LOXL1 mjög sterk áhrif, sem er meðal annars ástæðan fyrir því að það fannst í t.t.l. litlu sýni, 195 sjúklingum (reyndar er viðmiðunarhópurinn stór 14.000+ en viðmið eitt og sér dugar ekki!). Genið LOXL1 skráir fyrir prótíni sem talið er að stuðli að myndun tengsla milli elastíns og kollagen. Hvorutveggja eru prótín sem mynda sinar og grunnhimnur. 

Mér fannst athyglisvert að sjá að genið er ekki eingöngu tjáð í augum heldur finnst afurð þess í fituvef, eitlum, lungum, hjartavef, sléttum vöðvum, svo eitthvað sé talið (sjá samantekt á genome.ucsc.edu. Síðan er kannski ekki mjög læsileg leikmönnum, en gefur fólki hugmynd um hversu miklum líffræðilegum upplýsingum safnað hefur verið). Vera má að stökkbreytingin í LOXL1 tengist einnig göllum í þessum vefjum og þar með öðrum sjúkdómum. Starfsfólk ÍE er örugglega búið að kanna þann möguleika...bíðið spennt.

Hljóta verðlaun á sviði augnlækninga