Lögmál erfðafræðinnar

Gregor Mendel eru eignuð fyrstu tvö lögmál erfðafræðinnar. Hið fyrsta er að genin séu eindir sem erfist frá föður og móður (þ.e. í tvílitna lífverum). Tvær eindir má finna í hverjum einstaklingi, og í hverri kynfrumu má finna aðra hvora eindina. Seinna lögmálið er um óháðar erfðir, sem þýðir að tvö gen erfast óháð hverju öðru. Undantekningar frá þessu eru gen sem liggja nálægt hvoru öðru á litningnum, erfðir þeirra eru að einhverju leyti háðar.

Ekki er hefð fyrir því að númera önnur lögmál erfðafræðinnar á jafn snyrtilegan hátt og lögmál Mendels, en þau eru engu að síður mikilvæg.

Eitt þeirra fjallar um fjölvirkni (pleiotropy). Það þýðir að hvert gen hafi áhrif á fleiri en einn eiginleika. Og að hver eiginleiki verður til fyrir tilstuðlan margra gena. Það er semsagt ekki til eitt gen fyrir hvern einn eiginleika. Á mannamáli, líkur á ákveðnum sjúkdómi geta aukist vegna stökkbreytinga í mörgum, mörgum genum.

Fjórða lögmálið fjallar um styrk áhrifa stökkbreytinga. Mendel skoðaði stökkbreytingar með mjög afdrifarík áhrif á baunirnar (þær voru sléttar eða hrukkóttar). Hverfandi minnihluti stökkbreytinga hefur svo afgerandi áhrif, lang, lang, lang flestar hafa veik áhrif (auka t.d. vigt músar um hálft gramm, eða styrk kólesteróls um einhverja hundraðshluta úr prósenti).

Fimmta lögmálið fjallar um sýnd gena. Ekki allir einstaklingar arfhreinir um ákveðna stökkbreytingu fá viðkomandi sjúkdóm. Í sumum tilfellum getur verið að bara 10 af hverjum 50 arfhreinum fái sjúkdóminn. Það þýðir að sýnd gensins sé bara 20%.

Sjötta lögmálið fjallar um samvirkni (epistasis) gena. Tilraunir á litarhafti músa, efnaskiptum baktería og þroskun flugna sýna að genin starfa saman. Oft fara áhrif tiltekinna stökkbreytinga eftir því hvort að galli sé í öðru geni eða ekki. Slík samvirkni eða samspil gena er allþekkt úr tilraunalífverum, en hefur reynst erfitt að skilgreina í manninum (vegna aðferðalegra takmarkana).

Öll þessi grundvallarlögmál erfðafræðinnar voru lýðum ljós árið 1950, og áttu að vera öllum ljós árið 1996 þegar Íslensk erfðagreining hóf starfsemi. Orð Nicholas Wade í New York Times eru því ósönn:

„Hvað sem líður hugsanlegum viðskiptamistökum deCODE er mikilvæga ástæðu fyrir falli þess að finna í vísindunum - erfðafræðilegir þættir sjúkdóma í mönnum hafa reynst miklu flóknari en talið var," segir blaðið. „Margir vísindamenn gerðu ráð fyrir því að fáeinar stökkbreytingar gætu útskýrt flest tilfelli allra helstu sjúkdóma. En stökkbreytingarnar sem deCODE og fleiri fyrirtæki fundu í hverjum sjúkdómi reyndust aðeins útskýra örlítinn hluta tilfellanna."

Whatever business errors deCode may have made, a principal reason for its downfall is scientific — the genetic nature of human disease has turned out to be far more complex than thought.

Many researchers expected that just a handful of genetic mutations would explain most cases of any given major disease. But the mutations that deCode and others detected in each disease turned out to account for a small fraction of the overall incidence.

Þeir vísindamenn sem héldu að erfðirnar væru svona einfaldar þekktu ekki lögmál erfðafræðinnar.

Einnig er ályktun Hr. Wade forvitnileg ljósi þess að hann hefur í gegnum árin birt regulega jákvæðar fréttir af framvindu starfs Decode (sjá neðst). Leit á heimasíðu New York Times skilar fleiri tugum greina eftir hann, þar sem minnst er á starf Decode genetics.

Ég vill ekki gera lítið úr þeim vísindum sem stunduð hafa verið hjá Íslenskri erfðagreiningu og allra síst því fólki sem hefur unnið að þeim. Sjálfur vann ég í 9 mánuði hjá Decode, og það var einn skemmtilegasti tími lífs míns, kynntist fullt af góðu fólki og fékk að taka þátt í því að leita að genum. 

Veruleiki málsins er sá að það er virkilega erfitt að finna gen sem tengjast sjúkdómum í manninum.

Það að finna öll gen sem tengjast einum sjúkdómi í manninum er ómögulegt!

Ég hef líka efasemdir um að það verði mögulegt að finna nægilega mörg gen til að útskýra helminginn af arfgengi sjúkdóms í manninum. Nútildags útskýra allir þeir erfðaþættir sem skilgreindir hafa verið bara hluta (í besta falli 10%) af arfgengi sjúkdómsins. Með öðrum orðum, erfðapróf á algengum breytingum skila mjög litlum ávinningi fyrir lækna og sjúklinga.

Þar að auki, þótt við höfum fundið gen þá er langir, hlykkjóttir, torfærir og greinóttir vegir að lyfir eða lækningu. Steindór Erlingsson tók Cystic fibrósis genið sem dæmi í grein árið 2002.

Engu að síður stendur eftir sú staðreynd að starfsfólk Íslenskrar erfðagreiningar fann marga erfðaþætti sem hafa áhrif á fjölda sjúkdóma. Sú þekking gefur okkur betri sýn á líffræði þessara sjúkdóma, en við skulum ekki blekkja okkur með því að halda að lyfin og meðferðir séu á næsta leiti.

Aðrir forvígismenn nútíma mannerfðafræði, eru ennþá bjartsýnir.

“DeCode has been very successful using genome-wide association studies, and among the first to publish many discoveries,” said Dr. David Altshuler, a medical geneticist at the Massachusetts General Hospital. But he expressed optimism that the human genome project would succeed despite deCode’s stumble.

“It would be a mistake to draw any connection between the medical promise of the human genome and the success of a specific company and business model,” he said.

Kenneth Weiss, svarar þessu ágætlega í nýlegri yfirlitsgrein.

Reviews of association studies reflect understandable enthusiasm; caveats are usually offered, but often seem unconvincing or stated largely in passing.... I would not be the first to note that the literature often reflects at least potential corporate, professional, or institutional conflicts of interest.

Ítarefni:

Kenneth WeissTilting at Quixotic Trait Loci (QTL): An Evolutionary Perspective on Genetic Causation Genetics, Vol. 179, 1741-1756, August 2008

New York Times By NICHOLAS WADE A Genetics Company Fails, Its Research Too Complex November 17, 2009

Dæmi um aðrar greinar Hr Wade:

Scientists Find Genetic Link for a Disorder (Next, Respect?)

Gene Increases Diabetes Risk, Scientists Find

Scientists in Iceland Discover First Gene Tied to Stroke Risk

A Genomic Treasure Hunt May Be Striking Gold

Sjá einnig:
Kaflar úr og umfjöllun um Genin okkar sem félagi Steindór birti árið 2002.

Vonir deCODE rættust ekki

Hin nýja líffræði öldrunar

Með hækkandi meðalaldri vestrænna þjóða fjölgar þeim sem þurfa að kljást við öldrunartengda sjúkdóma. Meðhöndlun við slíkum sjúkdómum er verulega erfið, m.a. vegna framvindu slíkra sjúkdóma og hversu flóknir þeir eru. Rannsóknir á öldrun gengu í endurnýjun lífdaga þegar stökkbreytingar í einstökum genum og breytingar á vissum umhverfisþáttum greindust sem lengdu ævi tilraunadýra.

Ferlarnir sem liggja að baki öldrun eru varðveittir í stórum hluta dýraríkisins. Því er hægt að nota rannsóknir á einföldum tilraunadýrum, eins og flugum og ormum, til að skilja ástæður öldrunar í mönnum.

Linda Partridge er prófessor við erfða-, þróunar- og umhverfisfræðideild Lundúnarháskóla (University College London). Hún hefur unnið til margra verðlauna, birt rúmlega hundrað vísindagreinar og leiðir „Stofnun um heilbrigða öldrun“(Institute of Healthy Ageing - www.ucl.ac.uk/iha/).

Erindið er hluti af fyrirlestraröð í tilefni 200 ára afmælis Charles Darwin sem fram fer haustið 2009. Dagskrá má nálgast á darwin.hi.is. Erindið er öllum opið og verður flutt á ensku.

Stund: 28. nóvember 2009, kl. 13:00

Staður: Stofa 132 í Öskju, náttúrufræðihúsi HÍ.

 

Núna um helgina mun Hafdís H. Ægisdóttir halda fyrirlestur um lífríki eyja, í sömu fyrirlestraröð.

 

Erindi: Krabbar, eyjur og nóbelsverðlaun

Mig langar til að benda ykkur á þrjú erindi um líffræðileg efni sem verða á næstunni.

Miðvikudaginn næsta (kl 16:00 í stofu 132) mun Óskar Sindri Gíslason flytja fyrirlestur til meistaraprófs í líffræði. Titillinn er grjótkrabbi (Cancer irroratus) við Ísland: tímgun, lirfuþroskun og uppruni.

Grjótkrabbi er nýr landnemi við Ísland. Þessi norður-ameríska tegund fannst fyrst hér við land árið 2006, en fyrir þann tíma fannst tegundin aðeins við austurströnd Norður-Ameríku. Krabbinn hefur líklega borist hingað til lands á lirfustigi í kjölfestuvatni og miðað við stærð einstaklinga í stofninum hefur landnámið líklega átt sér stað fyrir a.m.k. 10 árum. Erfðabreytileiki íslenska stofnsins bendir til þess að hann hafi borist hingað frá Halifax eða Nýfundnalandi í Kanada.

19. nóvember, kl. 12:20. mun Sigurður Ingvarsson forstöðumaður Rannsóknastöðvarinnar á Keldum halda erindi um Nóbelsverðlaunin í líf- og læknisfræði 2009: Litningaendar og telómerasi.

Nóbelsverðlaunin í líf- og læknisfræði 2009 skiptust jafnt á milli Elizabeth H. Blackburn (University of California, San Francisco), Carol W. Greider (John Hopkins University School of Medicine, Baltimore) og Jack W. Szostak (Harvard Medical School Boston; Howard Hughes Medical Institute). Verðlaunin voru veitt fyrir uppgötvun á byggingu og starfsemi litningaenda og ensímsins telómerasa.

Sjá eldri pistil um nóbelsverðlaunin í læknifræði 2009, og nánari umfjöllun.

Í þriðja lagi mun Hafdís Hanna Ægisdóttir halda fyrirlestur laugardaginn 21 nóvember (kl 13:00) um Lífríki eyja. 

Allt frá tímum Darwins og heimsóknar hans til Galapagoseyja hafa eyjar vakið athygli fyrir sérstætt plöntu- og dýralíf. Tröllvaxin skriðdýr og skordýr, ófleygir fuglar og sérstæðar plöntur finnast á mörgum eyjum. Þessi sérkenni lífríkja eyja gera þær að vinsælum vettvangi þróunarfræðirannsókna.

Bólusetningamýtur á visindin.is

Vísindin.is eiga hrós skilið fyrir að hafa rætt um mýtur varðandi H1N1 bólusetningar og svínaflensuna. Pistillinn er byggður á grein úr New Scientist,

Umræðan í kjölfarið hefur verið óvenju snörp. Fólk krefst þess að greinin sé dregin tilbaka, án þess að geta fært rök fyrir þeirri kröfu.

Varðandi mýtu 2. Þetta er bara væg flensa. Dauðsföllin eru meira að segja færri en þegar venjuleg flensa á í hlut.

Dánartíðnin er hærri hjá yngra fólki. Mynd af vef New Scientist.

Vilja að Ísland allt fái umhverfisvottun

Frá því var greint í fréttablaði dagsins (16 nóvember 2009) að verið er að spá í að fá umhverfisvottun á allt Ísland. Úr fréttinni:

Umhverfismál Líffræðingarnir Menja von Schmalensee og Róbert A. Stefánsson hjá Náttúrustofu Vesturlands hafa sett fram hugmynd um umhverfisvottað Ísland.

Umhverfismál Líffræðingarnir Menja von Schmalensee og Róbert A. Stefánsson hjá Náttúrustofu Vesturlands hafa sett fram hugmynd um umhverfisvottað Ísland. Telja þau hugmyndina raunhæfa leið til að byggja upp ímynd landsins og styrkja á sama tíma ferðaþjónustu, útflutningsgreinar og sjálfbæra þróun. Svandísi Svavarsdóttir umhverfisráðherra lýst vel á hugmyndina.

Menja útskýrir að hugmyndin hafi sprottið frá því þegar unnið var að umhverfisvottun Snæfellsness, sem svæðið hlaut árið 2008. "Eftir Umhverfisþing umhverfisráðuneytisins á dögunum fannst okkur rétti tíminn til að reyna að ýta hugmyndinni úr vör. Þar voru skilaboð fyrirlesara og þinggesta mjög skýr á þann veg að Íslendingar ættu að reyna að finna nýjar og sjálfbærar leiðir til að byggja upp landið að nýju í kjölfar bankahrunsins."

Menja og Róbert settu þessa hugmynd fram í skýrslu sem aðgengileg er á vef náttúrustofu Vesturlands.

Mér finnst eitt af því sem verði að taka á sé verndun íslenskrar náttúru, bæði gegn áformum um framkvæmdir og ekki síst gagnvart innfluttum tegundum. Það er nokkuð sem Peter og Rosemary Grant hömruðu á í lok fyrirlesturs síns um finkurnar á Galapagos. Mér þykir einnig líklegt að Hafdís Hanna Ægisdóttir leggi sömu áherslu í fyrirlestri sínum um lífríki eyja.

Lífríki eyja: sérstaða og þróun

Þann 21. nóvember mun Hafdís Hanna Ægisdóttir halda erindi er nefnist Lífríki eyja: sérstaða og þróun. Allt frá tímum Darwins og heimsóknar hans til Galapagoseyja hafa eyjar vakið athygli fyrir sérstætt plöntu- og dýralíf. Tröllvaxin skriðdýr og skordýr, ófleygir fuglar og sérstæðar plöntur finnast á mörgum eyjum. Þessi sérkenni lífríkja eyja gera þær að vinsælum vettvangi þróunarfræðirannsókna.

Hvernig dreifast tegundir til einangraðra úthafseyja? Hvað veldur því að yfirleitt fáar tegundir lifa á litlum úthafseyjum og af hverju er hlutfall einlendra tegunda oft hærri þar en á næsta meginlandi? Af hverju þróast jurtkenndar plöntutegundir í trjákenndar á úthafseyjum? Þessum spurningum og mörgum fleirum verður reynt að svara í fyrirlestrinum. Sérstök áherslu verður lögð á brautryðjandi hugmyndir Darwins um lífríki eyja, sem hann kynnti í Uppruna tegundanna.

 

Hafdís Hanna er plöntuvistfræðingur og vinnur hjá Landbúnaðarháskóla Íslands sem verkefnistjóri þróunarverkefnis um Landgræðsluskóla Háskóla Sameinuðu þjóðanna. Rannsóknir hennar hafa aðallega beinst að æxlunarkerfum plantna á heimskauta- og háfjallasvæðum en einnig á afskekktum eyjum Galapagoseyjaklasans.

Erindið er hluti af fyrirlestraröð í tilefni 200 ára afmælis Charles Darwin sem fram fer haustið 2009. Dagskrá má nálgast á darwin.hi.is. Erindið er öllum opið og verður flutt á íslensku.

Stund: 21. nóvember 2009, kl. 13:00

Staður: Stofa 132 í Öskju, náttúrufræðihúsi HÍ.

Allir velkomnir.

Lítil umræða um mikilvægt málefni

Á morgun mun Einar Árnason fjalla um breytingar á þorskstofninum í kjölfar fiskveiða, erindið hefst kl 13:00 og er öllum opið.

Eftir að grein Einars Árnasonar og félaga um Pan 1 í þorskinum var dálítil umræða í fjölmiðlum um það hvort að áhrif veiða á þorskstofninn.

Í fréttum Rúv 3 júní 2009, var rætt við Einar Hjörleifsson á Hafrannsóknarstofnun - Rannsókn Einars tekin alvarlega (dálítið ruglingslegt, Einar að tala um Einar). Þar sagði meðal annars:

Einar segir að Einar Árnason gangi út frá þeirri tilgátu að ákveðin erfðaefni séu að tapast úr stofninum tiltölulega hratt. Sé það rétt sé ástæða til að skoða það alvarlega. Ætlunin sé að skoða greinina alvarlega og kanna hvort hún standist þær forsendur sem þurfi að gefa sér í svona rannsóknum og athuga hvert sé næsta skref í rannsókninni.

Nú má skilja á þessari grein, að fari eins og höfundarnir gera ráð fyrir, verði útilokað að veiða þorsk á grunnslóðinni við Ísland. Gefa rannsóknir Hafrannsóknarstofnunar tilefni til að trúa þessu eða hvað þarf að gera til að ganga úr skugga um hvort þessi hætta vofi yfir?

Einar segist þurfa meiri tíma til að fara yfir þessar niðurstöður og tala við erfðafræðinga innan stofnunarinnar. Eðlilegt sé að skoða þessa greiningu í samhengi við lengri sögu en liggi undir í þessari rannsókn. Einar Árnason fjalli fyrst og fremst um það sem gerst hafi frá 1990. Allir viti hins vegar að veiðar á grunnslóð hafi staðið yfir í marga áratugi.

Ekki virðist sem Rúv hafi fylgt málinu frekar eftir.

Björn Ævarr Steinarsson fiskifræðingur á Hafrannsóknarstofnun véfengdi ályktanir Einar Árnasonar og vísar þar til breyttra leiða við skráningu á afla (í viðskiptablaðinu) - Mistúlkun gagna og ókunnugleiki 4.6.2009.

Björn Ævarr Steinarsson fiskifræðingur á Hafrannsóknastofnun véfengir niðurstöður þorskrannsókna Einars Árnasonar prófessors og fleiri um að yfirvofandi brestur sé í þorskstofninum á grunnslóð.

Óhætt er að segja að niðurstöður rannsókna um þorskstofninn, sem Einar Árnason prófessor í þróunar- og stofnerfðafræði við Háskóla Íslands stjórnaði hafi vakið mikla athygli og jafnvel ugg. Þar var sagt að sú arfgerð þorskstofnsins sem héldi sig á grunnsævi myndi smám saman hverfa á næstu árum vegna of mikils veiðiálags. Hafrannsóknastofnun er ekki sammála þessum niðurstöðum.

Björn Ævarr Steinarsson fiskifræðingur og sviðsstjóri á Hafrannsóknastofnun segir í nýjustu Fiskifréttum að mistúlkun gagna og ókunnugleiki valdi því að ástæða sé til að vefengja niðurstöðurnar.

Björn Ævarr bendir á að það sé mistúlkun á gögnum þegar höfundar segi að sókn í þorsk sé mest á grunnslóð almennt og vitni til greiningar Guðrúnar Marteinsdóttur og Gavin Begg frá árinu 2003. Björn segir að sú greining gefi ekki tilefni til slíkrar ályktunar.

Þá vitni skýrsluhöfundar í það að sókn hafi aukist á grunnslóð á línu- og handfærum um og eftir árið 2000. Vegna ókunnugleika á afladagbókum átti skýrsluhöfundar sig ekki á því að frá og með árinu 2000 hafi bátum undir 10 brúttórúmlestum verið gert skylt að skila afladagbókum. Afladagbækurnar endurspegli þá breytingu.

Þessi munur á afladagbókunum útskýrir samt ekki mynstrið í erfðabreytileika þorskins.

Ótrúleg en samt náttúruleg greind

Um helgina síðustu fluttu Hrefna Sigurjónsdóttir og Sigurður Snorrason ljómandi skemmtilegan fyrirlestur um þróun atferlis. Fyrirlesturinn var skurðpunktur líffræðiráðstefnunar 2009 og Darwin daganna 2009.

Hrefna og Sigurður gáfu fádæma gott yfirlit um atferlisfræðina og hvernig ákveðin hegðun getur hafa orðið til vegna náttúrulegs vals. Þau tóku fjölda dæma, um skrautleg karldýr, fórnfýsi ættingja og greind dýra. Það er ekki eins og bara menn geti hugsað rökrétt og leyst þrautir, dýr, jafnvel fuglar geta það líka.

Því miður gafst þeim ekki tími til að sýna myndbönd af hegðun dýranna, en hér að neðan eru tenglar á nokkur slík.

Ættingi fasana (Tragopan satyra - einnig á mynd til hliðar) er með fádæma skraut og mjög aðlaðandi hegðun.

Hrafn leysir vandamál sem hann hefur aldrei kynnst áður, kráka beygir vír og hinn heimsfrægi páfagaukur Alex, þjálfaður af Irene Pepperberg á MIT.

Næsti fyrirlestur í röðinni verður nú á laugardaginn (14 nóv. kl 13:00 í Öskju). Þá mun Einar Árnason fjalla um val vegna fiskveiða.

Málgleði tengd tjáningu gena

Meðal fólks finnast margskonar mál og talgallar. Ákveðin hópur málgalla er tilkomin vegna stökkbreytinga í FOXP2 geninu. FOXP2 er virkjað í heila og myndar prótín sem stjórnar tjáningu annara gena. Það er kallað genatjáning þegar RNA afrit er myndað eftir geni, og síðan prótín eftir RNA mótinu. Umritunarþættir (transcription factor) eins og FOXP2 stjórna því hvar og hvenær gen eru tjáð.

Þegar þróun FOXP2 er skoðuð kemur í ljós að prótínið er ótrúlega vel varðveitt, milli apa og músa munar aðeins einni amínósýru. Maðurinn er hér undanskilinn.

Það munar nefnilega tveimur amínósýrum á FOXP2 prótínin manna og simpansa. Báðar breytingarnar hafa orðið á ættlegg okkar, það er í forfeðrum okkar sem komnir eru af sameiginlegum forföður okkar og simpansa.

Eðlilega var sett fram sú tilgáta að þessar breytingar í FOXP2 í manninum tengdust okkar einstöku talhæfileikum og tjáningu. Mjög virkar rannsóknir hafa farið fram á geninu síðustu ár til að meta þessa tilgátu.

Í Nature vikunnar kom út grein sem kannar áhrif FOXP2 í mönnum, og benda niðurstöðurnar eindregið til þess að þessar tvær breytingar hafi afdrifarík áhrif fyrir tjáningu margra gena í heila mannsins. Þannig að litlar breytingar í lykilgenum geta leitt til afdrifaríkra breytinga á eiginleikum lífvera. Myndin er úr greininni, af vef Nature.

Þess má einnig geta að hetjan okkar Zophonías O. Jónsson (Dr. Z í daglegu tali) er meðhöfundur á greininni. Hann var í rannsóknaleyfi í UCLA fyrir nokkrum árum og tók þátt í rannsóknavinnunni. Húrra fyrir honum.

Ítarefni:

Genevieve Konopka o.fl. Human-specific transcriptional regulation of CNS development genes by FOXP2 Nature 462, 213-217 (12 November 2009) | doi:10.1038/nature08549

Adam neanderthal og Eva sapiens

Ed Young Revisiting FOXP2 and the origins of language

Nicholas Wade í New York Times  Speech Gene Shows Its Bossy Nature

John Hawks Chimpanzee and human FOXP2 compared

Mistök háskólaráðs

Síðasta fimmtudag 12 nóvember samþykkti Háskólaráð breytingar á matskerfi HÍ. Vísindanefndin hafði unnið í nokkur ár að nýju matskerfi og komist að ágætri málamiðlun. Síðan tóku  sviðsforsetar HÍ, ásamt rektor og hennar innsta hring og breyttu matskerfinu til hins verra.

Vísindamenn, kynnið ykkur málið, og skrifið endilega undir mótmælin (http://www.petitiononline.com/matskerf/petition.html).