Hverju veldur áhrifavaldur?

Erfðaþættir eins og þeir sem ÍE og aðrir sambærilegir rannsóknarhópara hafa verið að finna undanfarin2-3 ár eru flestir með veik áhrif á sjúkdóma. Ákveðnar samsætur (allel) geta þá aukið líkurnar á sjúkdómum, eins og í tilfelli viðkomandi breytingar í CLDN14 geninu. Líkurnar á að fá nýrnasteina eru 65% hærri ef viðkomandi er AA en ef viðkomandi er með aa arfgerð. Þetta hljómar eins og veruleg áhrif, en þýðir samt að margir eru með AA arfgerðina en fá aldrei nýrnasteina!

Við höfum áður rætt um gen með veik áhrif, og hversu misvísandi er að tala um að gen "valdi" einu eða neinu. Í sínu ýktasta formi getur slíkt leitt til genadýrkunar, þar sem fólk gleymir því að lífverur eru samþættar umhverfi sínu, og að áhrif arfgerðar fara eftir umhverfi og sögu viðkomandi einstaklinga.

Rannsókn ÍE er mjög forvitnileg, sérstaklega að viðkomandi stökkbreytingar hafi einnig áhrif á þykkt beina. Við vitum að mörg gen eru fjölvirk (e pleiotropic), en með byltingunni í mannerfðafræði er búið að sýna fram á að margir sjúkdómar eiga sér sameiginlega áhrifavalda í erfðamenginu.

Tvö dæmi þessu til staðfestingar má finna á vef Nature genetics*. Ein rannsóknin beindist að æxlisvexti í stofnfrumum eistna (Testicular germ cell tumors) og fann sterk tengsl við tvö gen, KITLG og Sprouty 4. Ég veit að Magnús Karl verður mjög glaður að heyra um Sprouty 4, en ég bendi á að KITLG hefur mjög sterk áhrif á háralit. Hérna er ákveðin boðsameind að hafa áhrif á tvö ferli í þroskun lífverunnar, og stökkbreytingar í mismunandi hlutum gensins geta haft áhrif á mismunandi ferla.

Í hinu dæminu rannsökuðu Pomerantz og samstarfsmenn ráðgátuna um tengsl milli genaeyðimerkurinnar á litning 8q24 og krabbameina. Samkvæmt niðurstöðum þeirra hafa stökkbreytingarnar í genaeyðimörkinni áhrif á tjáningu krabbagensins myc, sem er staðsett töluvert frá. Liklegast er að genaeyðimörkin innihaldi stjórnsvæði fyrir myc eða aðra þætti, en það hefur gengið erfiðlega að sannreyna þá tilgátu. Það sem er enn athyglisverðara er að Pomerantz og félagar halda því fram að stökkbreytingin (rs6983267) hafi áhrif á bindiset fyrir umritunarþáttinn TCF7L2. Það fyndna er að TCF7L2 var fyrst bendlaður við líkurnar á sykursýki 2 (það hafa fundist önnur tengsl milli sykursýki og krabbameina, sem leiða líkur að því að djúp líffræðileg tengsl séu á milli þessara sjúkdóma).

Mikið er erfðafræðin skemmtileg, hverju svo sem "veldur".

Frumheimild:

Sequence variants in the CLDN14 gene associate with kidney stones and bone mineral density Gudmar Thorleifsson og félagar, Nature Genetics (2009)

Common variation in KITLG and at 5q31.3 predisposes to testicular germ cell cancer Peter A Kanetsky og félagar, Nature Genetics 41, 811 - 815 (2009)

Genetic determinants of hair, eye and skin pigmentation in Europeans Patrick Sulem og félagar Nature Genetics 39, 1443 - 1452 (2007)

The 8q24 cancer risk variant rs6983267 shows long-range interaction with MYC in colorectal cancer Mark M Pomerantz og félagar, Nature Genetics (2009)

Variant of transcription factor 7-like 2 (TCF7L2) gene confers risk of type 2 diabetes Struan F A Grant, og félagar Nature Genetics 38, 320-323 (2006)

* sem birtir í viku hverri 10 rannsóknir áþekkar þeirri sem ÍE framkvæmdi - en við munum að bara íslenskt er merkilegt.

Tengillinn á Nature Genetics á vef mbl.is virkar ekki, sem er dæmi um skemmtilega þraut sem fréttamiðillin leggur fyrir lesendur sína.

Gen sem veldur nýrnasteinum

Hraðari þróun í hitabeltinu

Fjölbreytileiki lífvera er meiri eftir því sem nær dregur miðbaug. Íslenskir ferðamenn kannast við að rekast á margskonar framandi form dýra og plantna þegar þeir halda suður á bóginn. Tegundafátækt norðurhjarans er alþekkt, þótt reyndar megi oft finna mörg afbrigði sömu tegundar er heildarfjöldi tegunda mun lægri þegar við fjarlægumst miðbaug.

Vistfræðingar hafa löngum velt fyrir sér orsökum þessa lögmáls, sem stundum er kennt við Von Humboldt. Tvennt af því sem nefnt hefur verið sem líklegar orsakir er hiti og fjöldi kynslóða. Vandamálið er þetta tvennt helst í hendur, á suðrænum slóðum er heitt og dýr komast í gegnum fleiri kynslóðir á ári en á norðurhjara.

Til að skilja á milli þessara þátta notuðu Gillman og félagar pör náskyldra tegunda, þar sem önnur tegundin lifir í hitabeltinu en hin í því tempraða. Þeir báru saman 130 slík tegunda pör, og athuguðu hversu hratt genin í þeim þróuðust. Til að staðla þetta enn frekar skoðuðu þeir sama genið, cytochrome b sem er skráir fyrir lykilhluta hvatberans.

Niðurstöðurnar eru afgerandi, genin þróast hraðar í þeim tegundum sem búa við hærra hitastig.

Reyndar eru ekki allir fyllilega sannfærðir um að fjöldi kynslóða geti ekki útskýrt munin (sjá umfjöllun í Science), en það þarf nákvæmari rannsóknir á þeim tegundum sem notaðar voru í rannsókninni til að skera úr um það.

Spurningin sem eftir situr er hvort að áhrifin séu vegna hitastigs eingöngu, eða hvort að um kapphlaup milli tegunda sé að ræða? Einskonar samþróun í anda Rauðu drottningar Van Valens?

Frumheimild: Latitude, elevation and the tempo of molecular evolution in mammals, Len N. Gillman, D. Jeanette Keeling, Howard A. Ross, Shane D. Wright, 2009 Proceedings of the Royal Society B

Evolution faster when it's warmer eftir Victoriu Gill, 24 júní 2009

Evolution Heats Up in the Tropics eftir Michael Price ScienceNOW 25 júní 2009

Um lögmál Von Humbolts

Ecology's oldest pattern? Bradford A. Hawkins Trends in Ecology & Evolution
Volume 16, Issue 8, 1 August 2001, Page 470

 

Erindi: Líf í geimnum á mánudagskvöldið

Næstkomandi mánudag 29 júní 2009 verður fræðslufundur um stjörnur og líf í geimnum. Erlendir fræðimenn halda stutt ríkulega myndskreytt erindi um halastjórnur, ístúngl og Mars. Fræðslufundurinn er í tilefni af sumarnámskeiði sem haldið er við HÍ um vatn, ís og líf á öðrum hnöttum.

Fundurinn hefst 18:30 í sal 1 í Háskólabíói. Sjá nánar á Stjörnufræðivefnum og vef HÍ.

Erindi: Mý við Mývatn

Vistkerfi Mývatns er um margt sérstakt. Mývargurinn fer í gegnum miklar og að því er virðist ófyrirsjáanlegar sveiflur í stofnstærð. Nýlegar rannsóknir hafa samt sýnt að frekar einföld líkön geta útskýrt sveiflurnar í stofni mýsins, sem er undirstöðu fæða bæða fiska og fugla í vatninu (sjá umfjöllun NY Times, eldri bloggfærslu, og nánari upplýsingar um Mývatn má nálgast á vefsíðu Náttúrurannsóknarstöðvarinnar við Mývatn).

Áhrif mývargsins eru ekki bundin við fiska og endur sem veiða flugur eða lirfur í vatnsmassanum. Lífmassi í mýskýjunum er umtalsverður og einhver hluti flugnanna fýkur inn á land og nærir bakka vatnsins og umlykjandi svæði. Venjulega er streymi næringar frá þurrlendi út í vötn og ár, en það virðist sem Mývatn sé undantekning.

David Hoekman nýdoktor við Skordýrafræðideild Háskólans í Wisconsin (Department of Entomology University of Wisconsin) hefur verið að rannsaka áhrif mývargsins á þurrlendis vistkerfi umlykjandi vatnið. Hann mun halda erindi um rannsóknir sínar og samstarfsmanna sinna næstkomandi þriðjudag, 30 júní 2009, kl 13:00 í stofu 130 í Öskju, Náttúrufræðihúsi HÍ. Meðfylgjandi er enskt ágrip frá David, og mjög svo grípandi titill þess:

PUTTING THE MÝ IN MÝVATN:

Midges deliver resource pulses from aquatic to terrestrial food webs

Every summer millions to billions of midges emerge from Mývatn and deliver a pulse of nutrients to the surrounding landscape.  This phenomenon provides an opportunity to study the linkages between lakes and land.

An interdisciplinary team of researchers from the University of Wisconsin has been studying the effects of midges on the plants and arthropods around lakes in northern Iceland.  The seminar will summarize our recent research findings.  All are welcome.

 

Erindi: Marglyttur við Ísland

Næsta mánudag 29 júní 2009 mun Guðjón Már Sigurðsson kynna rannsóknir sínar á marglyttum við Íslandsstrendur. Erindið fer fram kl 15:00 í stofu 132 í Öskju, náttúrufræðihúsi HÍ. Eftirfarandi lýsingar á verkefninu eru fengnar úr fréttatilkynningu.

Torfur brennihvelju (Cyanea capillata) hafa valdið umtalsverðum skaða í fiskeldi á Íslandi á síðastliðnum áratug. Sumarið 2007 hófust því ítarlegar rannsóknir á magni og útbreiðslu marglyttna (Scyphozoa) á Íslandsmiðum. Tvær tegundir af marglyttum veiddust, bláglytta (Aurelia aurita) og brennihvelja (Cyanea capillata). 

Á nálægum hafsvæðum virðist fjöldi marglyttna og marglyttutorfa hafa verið að aukast nokkuð undanfarin ár samhliða hlýnun sjávar. Breytingar í hafinu umhverfis landið tengdar hlýindatímabili sem hefur staðið yfir frá því um 1996 eru líklegar til að hafa haft áhrif á magn og útbreiðslu marglyttna á Íslandsmiðum. Megin útbreiðslusvæði brennihvelju hefur færst norðar og austar og bæði bláglytta og brennihvelja taka að birtast fyrr á vorin en á fyrri hluta síðustu aldar.

Margt bendir til þess að Vestfirðir séu uppeldisstöðvar fyrir brennihvelju á Íslandsmiðum og þaðan dreifist ungar hveljur með strandstraumnum og hlýsjónum austur með Norðurlandi og síðan suður með Austurlandi.

Erfðamengi Neanderthalsmannsins

Síðustu neanderthalsmenn voru uppi fyrir u.þ.b. 40000 árum. Sem er rétt 40 sinnum lengra síðan en síðan Egill Skallagrímsson vappaði um sveitir, kvað og vann sín þrekvirki. Tilhugsunin um að önnur tegund mannapa búi á jörðinni er okkur mjög framandi í dag, en veruleikinn er sá að fyrir alls ekki mjög löngu lifðu tvær tegundir mannapa á plánetunni.

Við höfum áður rætt um uppruna  og líffræði þessara frænda okkar, Adam neanderthal og Eva sapiens (26.10.2007) og Langa leiðin frá Neanderthal (25.4.2008).

Eftir tæpar tvær vikur mun einn fremsti stofnerfðafræðingur samtímans Montgomery Slatkin koma til landsins og kynna rannsóknir sínar á DNA úr beinum Neanderthalsmanna. Erindið ber titillinn Neanderthalsmaðurinn: erfðamengi og stofnerfðafræði og verður mánudaginn 6 júlí í stofu 132 í Öskju, náttúrufræðihúsi HÍ (hefst kl 12:00).  Úr fréttatilkynningu:

Montgomery Slatkin er prófessor við University of California at Berkeley. Hann mun halda fyrirlestur um "Neanderthalsmanninn: erfðamengi og stofnerfðafræði hans".

Markmið verkefnisins er að raðgreina erfðamengi Neanderthalsmanna til að bera saman við erfðamengi nútímamannsins (http://www.eva.mpg.de/neandertal). Hver eru þróunarleg tengsl Neanderthalsmannsins og nútímamannsins? Geta erfðabreytingar kastað ljósi á hvernig nútímamaðurinn lagði upp frá Afríku fyrir um 100.000 árum og nam á stuttum tíma ný lönd um allan heim?

Fyrirlesturinn er hluti af Darwin dögunum 2009, í tilefni 200 ára afmælis Charles Darwin og 150 ára afmælis Uppruna tegundanna.

Fyrirlesturinn verður haldinn 6. júlí klukkan 12:00 í Öskju, stofu 132.

Fyrirlesturinn er á ensku og er öllum opinn meðan húsrúm leyfir.

 

Grapevine um þorskinn

Í nýjasta hefti Grapevine er rætt um niðurstöður Einars Árnasonar og félaga um erfðasamsetningu þorsksins.  Fishy tales birtist 23.6.2009 og var sett saman af Marc Vincenz.

Í greininni rekur Marc sögu þrosksins og hruns stofnsins við Nýfundnaland. Hann leitaði einnig álits Einar Árnasonar, og vitnar í hann einu sinni í greininni:

Hvort sem þú trúir því eða ekki, þá ert þú fyrsti fréttamaðurinn á Íslandi sem hefur samband. Þetta er ekki eitthvað sem ætti að sópa undir teppið [þýðing AP]

Believe it or not, you’re the first journalist in Iceland to contact me. This is not something to just brush under the carpet.

Reyndar er ekki tilgreint hvernær viðtalið var tekið. 

Greinin í heildina er samt ekki nægilega góð og augljóst að Marc skilur ekki alveg grundvallar atriði þróunar. Þegar hann ræðir um hugmyndir kanadískra og norskra vísindamanna um hrun kanadíska þorskstofnsins þá segir hann:

Með öðrum orðum, þá neyddi ofveiðin fiskana til verða kynþroska fyrr til að ná að ná að hryggna - sem leiddi til verri afkomu stofnsins [þýðing AP]

In other words, over-fishing forced fish to mature earlier in order to be able to spawn—with lower sustainable cod yields.

Þetta er algengur miskilningur um þróun, hún neyðir lífverur aldrei til neins. Náttúrulegt val er alltaf eftir á. Þeir fiskar sem urðu kynþroska fyrr lifðu af, en hinir ekki. Afleiðingin væri sú að samsetning stofnsins breytist, og líkur á hruni aukast.

Önnur skelfileg setning í greinni er:

Samkvæmt ítarlegri rannsókn Árnasonar [...] virðist sem þróunarlegar stökkbreytingar í genum fisksins séu í beinu sambandi við veiðar á sérstökum búsvæðum [þýðing og skáletrun AP, sleppti "inadvertent" úr þýðingunni en það er auka punktur hér]

According to Árnason’s extensive research—[...]—evolutionary mutations in the genes of fish appear to be directly related to inadvertent habitat-specific fishing practices.

Það sem gerðist er að það er breyting í tíðni samsæta (sem eru útgáfur af einu tilteknu geni - í þessu tilfelli A og B) milli kynslóða. Breytingar í tíðni samsætanna virðist vera afleiðing mjög mikilla veiða á grunnsævi, sem dregur úr tíðni A gerðarinnar.

Erfðabreyttar kýr

Með hefðbundnum kynbótum og ræktunarstarfi hafa hin fornu kúakyn tekið stórkostlegum breytingum á síðustu öldum. Íslenska kýrin er ósköp smá í sniðinu og að upplagi álitin keimlík nautgripum sem haldið var til haga af evrópskum og skandinavískum forfeðrum okkar. Mörg kúakyn í Evrópu og Norður Ameríku eru orðin tröllaukin að stærð, með mikla framleiðslu og meltingargetu.

Aukaafurð meltingar nautgripa er metangas sem er ein af gróðurhúsalofttegundunum. Af þessum ástæðum hafa vísindamenn litið til þess að minnka útblástur slíkra lofttegunda með því að draga úr "ropi" kúa. Atli Steinn Guðmundsson skrifar um þessi mál á vísir.is, undir fyrirsögninni "Rækta kýr sem ropa minna". Atli finnur oft forvitnileg efni til að kynna á Bylgjunni og vísi.is (dæmi), en stundum ber ónákvæmnin hann ofurliði.

Vitnað er í Stephen Moore sem vill finna hvernig hægt sé að rækta kýr sem ropa minna, með það að markmiði að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda. Því miður er umfjöllun visir.is ekki nægilega nákvæm:

Stephen Moore, prófessor við Alberta-háskólann í Edmonton, rannsakar nú hvaða gen í kúm hafa mesta þýðingu við metanframleiðslu þeirra og benda frumniðurstöður til þess að hægt sé að hanna kýr sem framleiða fjórðungi minna metangas en nú þekkist. [feitletrun AP]

Það eru örverur í iðrum kúnna sem framleiða metangasið. Vitanlega er mögulegt að finna gen sem tengjast viðkomu og fjölbreytileika baktería í iðrum kýrinnar, og velja fyrir þeim kúm sem losa minna metan. Það er misvísandi að segja að við getum "hannað" dýr. Við getum í besta falli valið fyrir þeim eiginleikum sem okkur líst best á, og kannski valið beint fyrir ákveðnum genum sem okkur grunar að hafi með metanlosun að gera.

Moore virðist gera sér fyllilega grein fyrir þeim möguleika að samdráttur í losun metans geti dregið úr nyt kúnna. Örverurnar brjóta niður grasið og gera næringu þess aðgengilega fyrir kúna, og ef það dregur úr virkni örvera er líklegt að nytin falli einnig. Orðalag fréttar visir.is er aftur óþarflega ónákvæmt:

...hafa verði til hliðsjónar hver langtímaáhrif alls erfðafikts verði á kýrnar og getu þeirra til framleiðslu mjólkur. [feitletrun AP]

Orðið erfðafikt er litað af ákveðnum fordómum um eðli ræktunar og búvísinda, sjá pistil. Fikt er oft notað þegar rætt er tilraunir og ræktun á erfðabreyttum lífverum. Ég er ekki einu sinni viss um að Moore hafi stungið upp á markvissum erfðabreytingum til að breyta eiginleikum mjólkurkúnna.

Markvissar erfðabreytingar virðast ekki vera nein galdralausn í ræktun nytjaplantna eða húsdýra. Eugene Eisen prófessor í dýrakynbótum við NCSU vann með stofn af músum, þar sem sumar mýsnar baru auka gen fyrir ákveðinn vaxtarþátt (hluti stofnsins var erfðabreyttur á markvissan hátt). Hann valdi fyrir auknum vexti í músastofninum, en tíðni auka vaxtarþáttar-gensins jókst ekki. Það þýðir að áhrif gensins hafi verið í besta falli lítil, og að aðrir erfðaþættir í músastofninum hafi skipt meira máli fyrir svörun stofnsins við valinu.

Markvissar erfðabreytingar geta verið hagnýtar en ég tel líklegt að kynbætur framtíðarinnar muni byggja á klassískum grunni, þar sem reynt verður að hagnýta erfðabreytileika náttúrulegra stofna.

Klassískur laukur: Beinagrindafólkið

Vísindafréttamenn lauksins (the Onion) ræða í grein árið 1999 mjög spennandi niðurstöður um heila ættkvísl fólks sem var ekkert nema beinagrindur. Þá vantaði skinn, vefi og innri líffæri, og samkvæmt niðurstöðum fornleifafræðinga bjuggu þeir í Nílardalnum. Vitnað er í Dr. Christian Hutchins:

Ímyndið ykkur, einu sinni var þetta svæði vaðandi í óhuggulegum gangandi beinadgrindum

Imagine: At one time, this entire area was filled with spooky, bony, walking skeletons. (á frummálinu)

Rakin er mjög sennileg skýring á því hvernig beinagrindafólkið hafi numið land í Nílardalnum, sigrað ættbálka þar með göldrum og hversu áþekkt það er venjulegu fólki. Með orðum Edmund-White:

Þessar verur gengu uppréttar á tveimur fótum eins og menn og voru með mjög þróaða þumla.

Like humans, these creatures walked upright on two legs and possessed highly developed opposable thumbs, (á frummálinu)

Edmund-White setur síðan fram svakalega tilgátu sem hristir undirstöður samfélagsins.

Þessar beinagrindur gætu verið forfeður okkar allra. Það er mögulegt að í einhverjum okkar sé hluti af beinagrind.

These skeletons may, in fact, be ancestors of us all.  Any of us could be part skeleton. (á frummálinu)

Sem betur fer hefur efasemdamönnum tekist að afsanna þessa fáranlegu "bein-inní-fólki" tilgátu, og við getum sofið róleg yfir því að okkar innri stoðgrind úr efnisyfirunninni blómaolíuáru mun halda verndarhimnunni undir okkur þannig að segulómun erfðabreyttu jarðarinnar mun ekki raska innri friðargeislum stofnfrumuónæmiskerfis DNAgjöfinni okkar frá móður náttúru.

Archaeological Dig Uncovers Ancient Race Of Skeleton People December 8, 1999.

Líffræðiráðstefnan 2009

Á Íslandi er mjög fjölskrúðugar grunnrannsóknir sem spanna mörg fræðasvið. Sem líffræðingur fylgist ég mest með rannsóknum á lifverum, og tækni sem tengist rannsóknum á líffræðilegum gögnum og fyrirbærum. Sem nemandi í meistaranámi á síðasta áratug, var fátt skemmtilegra en að taka þátt í líffræðiráðstefnunni. Þar kynntist maður rannsóknum í flestum geirum fræðasviðsins og fjölmörgum snertiflötum þess við lífefnafræði, læknisfræði og umhverfisfræði.

Líffræðiráðstefnan hefur verið haldin á 5 ára fresti undanfarna áratugi.

Líffræðifélag Íslands er misjafnlega virkur félagskapur, dauða þess hefur verið lýst yfir nokkrum sinnum en alltaf finnast fjörugar nýjar blóðfrumur sem koma gömlu æðunum í æfingu. Í ár eru 30 ár frá stofnun félagsins og að því tilefni var ákveðið að halda ráðstefnu um rannsóknir í líffræði.

Ráðstefnan fer fram 6. og 7. nóvember 2009, í Öskju, Háskóla Íslands. Allir eru hvattir til þess að nýta þetta tækifæri til að kynna sínar líffræðilegu rannsóknir með erindum og/eða veggspjöldum.

Skráningarfrestur á ráðstefnuna er 15. september. Vinsamlegast sendið skráningu og útdrátt á netfangið [e-mail]. Þeir sem vilja kynna niðurstöður sínar er vinsamlegast bent á tilgreina hvort óskað sé eftir því að vera með veggspjald eða erindi.

Nánari upplýsingar um form ágripa og skipulag ráðstefnunar má finna á nýrri vefsíðu líffræðifélagsins (biologia.hi.is). Tilkynning á vefsíðu HÍ.

Sálir líffræðinga nærast ekki á niðurstöðum og tilgátum eingöngu, heldur þurfa þær selskap, örvandi tóna, kveðskap og "kúta-og-korklaust svall" upp á gamla mátann (Í allra heilagra bænum ekki biðja mig um nánari útlistanir). Fyrirhugað er að halda skemmtun á laugardagskvöldinu til að fagna lokum ráðstefnunar og hinum alltumlykjandi frumuhring. Verið er að smala í skemmtinefnd.