Kapphlaupið um 1000 dollara erfðamengið

X prize sjóðurinn stendur fyrir keppni með það markmið að raðgreina erfðamengi einstaklings fyrir innan við $1000 stykkið. Ástæðan er sú að þeir vilja hvetja til þróunar á tækjum og hugbúnaði til að raðgreina DNA á sem ódýrastan og nákvæmastan hátt, nokkuð sem gæti nýst í læknisfræði og líffræði. Til samanburðar tók það þúsundir manna 10 ár og 3 milljarða bandaríkjadala (360 milljarðar íslenskra króna á genginu 120) að útbúa fyrstu drög að erfðamengi mannsins. Gríðarlegar tækniframfarir hafa orðið síðan þá, en samfara erfðamengjaöldinni þurfum við einnig að takast á við spurningar um friðhelgi, rétt einstaklingsins og samfélagslega ábyrgð.

Við lifum á erfðamengjaöld.

Árið 1995 var fyrsta erfðamengi lífveru raðgreint, en það var litningur bakteríunnar Haemophilus influenzae (sem fylgir oft í kjölfar inflúensu sýkinga). Í kjölfarið voru erfðamengi margra baktería og nokkurra heilkjörnunga raðgreind. Ávaxtaflugan var raðgreind árið 2000 og stuttu síðar sama ár var tilkynnt að fyrstu drög að erfðamengi mannsins væru tilbúin. Árið 2004 birtist uppfærð útgáfa af erfðamengi mannsins (götum í menginu hafði fækkað niður í nokkur hundruð) og árið 2007 var birt heildar erfðamengi einstaklings (þar sem bæði litningar frá föður og móður voru raðgreind). Einnig hafa margir kortlagt breytileika í erfðamenginu, breytingar á einstökum bösum (A, C, G eða T á ákveðnum stað í erfðamenginu) og einnig breytileika í fjölda gena eða genabúta.  Til að mynda hefur komið í ljós að korn-maulandi ættbálkar eru (að meðaltali) með fleiri eintök af amýlasageninu en ættbálkar hirðingja. Amýlasi brýtur niður sterkju, augljóst er að tegund okkar hefur þróast í kjölfar breytinga á umhverfi og lifnaðarháttum. Mynd af breytileika í DNA - af vefnum Yonder biology. - sjá einnig DNA fyrir ofan arininn ...

Orsakir sjúkdóma og mismunar meðal manna

Innan allra samfélaga er mikill breytileiki milli einstaklinga, t.d. í hæð, sjúkdómsþoli og hlaupagetu. Aldur er einnig breytilegur, sumir deyja því miður mjög ungir, en aðrir ná háum aldri. Líffræðin og læknisfræðin hefur kannað rætur þessa breytileika, og ljóst er að kunnuglegir þættir skipta þar máli. Í fyrsta lagi skiptir tilviljum máli. Það kann að vera, fyrir helbera lukku, að einhver einstaklingur slapp heill úr öllum háska og slysum, tók allar réttu ákvarðanir (meðvitað eða ekki) og losnaði við meinsemdir hraðar en aðrir sambræður, og varð því að endingu elstur allra. Tilviljun getur bæði lengt líf okkar og stytt. Annar þáttur sem hefur áhrif á langlífi er umhverfið. Fæða, atlæti, hreinlæti og sýklaumhverfi skiptir mjög miklu máli um lífslíkur einstaklinga (og afkvæma þeirra). Þriðji þátturinn eru erfðir. Þær geta verið einfaldar (eins og banagen sem hindra þroskun fóstursins og/eða leiða til andláts mjög snemma á ævinni) eða flóknari (t.d. gen sem auka eða stytta líf um nokkrar mínútur eða daga að meðaltali). Til að flækja málin enn frekar er vitað að samspil gena skiptir einnig verulegu máli. Áhrif einnar stökkbreytingar sjást ekki nema þegar önnur stökkbreyting er til staðar í sama einstaklingi.

Breytingar á umhverfi og langlífi

Vandamál erfðafræðinga er að greina hlutfallslegt framlag þessara þriggja þátta fyrir hvern eiginleika (í ákveðnum stofni einhverrar lífveru). Fyrir lífslíkur manna á tuttugustu og fyrstu öldinni er greinilegt að umhverfi og erfðir hafa mest áhrif, en deilt eru um hlutfallslegt vægi þeirra (er það 35%-55% eða 60%-30%)?* Erfðafræðin sýnir líka að áhrif genanna velta á umhverfi. Stökkbreytingar sem eru einkennalausar við 37°C geta verið banvænar við 42°C. Ólíklegt er að sömu gen móti breytileika í lífslíkum í hinum vestræna heimi nútímans og höfðu áhrif á lífslíkur forfeðra okkar á steinöld. Meðalaldur hefur verið að hækka á vesturlöndum, aðallega vegna betra atlætis og hreinlætis (umhverfisþátta). En fræðin sýna líka, að þegar umhverfið er orðið mjög einsleitt, þá fara erfðaþættir að hafa hlutfallslega meiri áhrif (á breytileika á lífslíkum í stofninum). Þá kann að vera að við getum greint erfðaþætti sem skipta máli (allavega í viðkomandi stofni!).

Hvað græðum við á 100 erfðamengjum 100 ára einstaklinga?

Archon X prize keppnin nýtir sér erfðaefni úr 100 einstaklingum sem náð hafa 100 ára aldri. Hugmyndin er sú að þeir beri í sér útgáfur gena sem verndi gagnvart öldrun, hrörnun eða öðrum krankleika. Ef nægilega margir af þessum 100 bera í sér sömu stökkbreytingarnar (eða áþekkar í sömu genum), er mögulegt að greina erfðaþætti og líffræðileg ferli sem vernda okkur gegn öldrun. Í kjölfarið mætti reyna að hafa áhrif á þá líffræðilega þætti sem drægu úr öldrun eða hrörnun. Ef þetta hljómar kunnuglega, þá er það vegna þess að þessi hugmynd er í raun loforð mannerfðafræðinnar á seinni hluta síðustu aldar. Forsvarsmenn Íslenskrar erfðagreiningar gerðu þessa hugmynd að sinni kennisetningu, og erlendir vísindamenn hömpuðu henni einnig þegar mælt var fyrir auknum peningum í rannsóknir á erfðamengi mannsins og sameindalíffræði frumunnar. Hugmyndin er í sjálfu sér ekki vitlaus, en árangurinn hefur ekki verið mjög mikill (sjá t.d. umræðu í kjölfar raðgreiningu erfðamengis mannsins -10 ára erfðamengi). Með hliðsjón af dræmum árangri er ekki ástæða til að búast við því að keppni Archon afhjúpi æskubrunninn í erfðamengi okkar. En e.t.v. kann hún að staðfesta að langlífi manna ræðst af sömu ferlum og móta lífslíkur flugna, músa og orma (Hin nýja líffræði öldrunar).

Hvað græðum við á því að raðgreina erfðamengi á $1000?

Þessi spurning er víðtækari en hin fyrri. Mjög ódýr raðgreining erfðamengja getur mögulega nýst í mannerfðafræði og læknisfræði á nokkra vegu. 1) Kortlagning erfðaþátta sem hafa áhrif á tiltekna eiginleika eða sjúkdóma getur orðið auðveldari (óbjagaðari). 2) Það verður auðveldara að kanna erfðagalla í líkamsfrumum, sem geta tengst hrörnun líffæra eða krabbameinum. 3) Það kann að vera hægt að skilgreina arfgerðir sem þola (eða ekki) ákveðin lyf/meðferðir/matvæli – sem er hugmyndin um persónulega læknisfræði (personalized medicine). 4) Raðgreiningar nýtast til að skilgreina örverumengi einstaklinga, t.d. örveruflóru í þörmum, lungum, nefholi, o.s.frv., sem hefur áhrif á heilsu og líðan. 5) Það kann að vera hægt að spá fyrir um líkur á erfðasjúkdómum í nýfæddum (ófæddum eða ógetnum) einstaklingum.

            Ég vil aðeins staldra við þessa síðustu hugmynd, sem Steindór J. Erlingsson ræddi einnig vandlega í “Genin okkar”. Nú er viðtekið að skima fyrir alvarlegum genagöllum (sem hafa sterk áhrif), í nýfæddum börnum. Hins vegar finnst mér ekki verjanlegt að raðgreina ungabörn og reyna að meta væg áhrif tuga eða hundruða gena á einhverja sjúkdóma sem venjulega koma fram seint á ævinni. Fæstir hafa tölfræðilega reynslu til að geta metið slíkar upplýsingar, og einnig er spurning  hvort að þetta leiði ekki til þess að við séum að skilgreina fólk (jafnvel börn) sem sjúklinga áður en nokkur einkenni koma fram. Þetta er sérstaklega mikilvægt þegar rætt er um væga erfðaþætti, því þeir auka bara líkurnar á sjúkdómum (þeir eru engin Svarti-Pétur, sem dæmir mann til krankleika). Það er ekki verjandi að setja fólk á fyrirbyggjandi lyf vegna þess að það eru 50% meiri líkur á að þeir fái tiltekin sjúkdóm en meðalmaðurinn. Steindór ræddi slíkt tilfelli ítarlega í bók sinni, og þar er velt upp mörgum spurningum um sjúkdómsvæðingu, samábyrgð, einkarétt og friðhelgi. Þær spurningar þurfum við að takast á við sem fyrst, því að erfðamengjaöldin er komin til að vera.

Pistill þessi er byggður á spjalli við Guðmund Pálsson á Rás 2,

Leyndardómurinn um langlífi

og eftirtöldum heimildum.

BBC 24. júlí, 2012 Genetic entrepreneur to compete in Genomics X Prize

NY Times 24. júlí, 2012 A Contest for Sequencing Genomes Has Its First Entry in Ion Torrent

Todars textbook of bacteriology

Lúxus eða erfðafræði framtíðarinnar

Eyðilegging á erfðamenginu skóp einkenni mannsins

Archon X prize

Genin okkar

*Hér er gert ráð fyrir að tilviljun útskýrir líklega ekki nema 10% af breytileika í aldri%.

Rauða drottningin og hagfræði

Getur próf í dýrafræði bjargað efnahagnum?

Námsferill Matt Ridley var frekar hefðbundinn, hann lauk BS og doktorsprófi í dýrafræði. En að námi loknu varð hann vísindaritstjóri The economist, og vann sig síðar upp í ritstjóra amerísku útgáfunar. Nú er von á honum til landsins til að ræða efnahagsmál.

Framan af skrifaði Ridley mest um líffræði, best þekkta bók hans fjallar um ráðgátuna um kynæxlun, Rauða drottningin, kynæxlun og þróun mannlegra eiginleika (The Red Queen: Sex and the Evolution of Human Nature) (sjá einnig Þróun kynæxlunar).

Rauða drottningin er persóna í bók Lewis Carroll um Lísu Undralandi (Through the looking glass). Hún hleypur til þess að standa í stað. Leigh Van Valen sá í greiningu á steingervingum að aldur* tegunda hefði engin áhrif á líkurnar á því að þær deyja út. Með öðrum orðum, það skiptir ekki máli hversu lengi þú hefur verið að þróast, líkurnar á því að tegundin þín deyji út eru nokkurn vegin jafnar. Með orðum rauðu drottningarnar, lífverur hlaupa og hlaupa í lífsbaráttunni, án þess að komast úr sporunum. Þær verða að hlaupa til að deyja ekki út.

Van Valen setti fram tilgátuna um Rauðu drottninguna, sem fjallar um vopnakapphlaup milli lífvera og hraða útdauða í þróun. Matt Ridley vann síðan út frá þessari hugmynd í bók sinni um þróun kynæxlunar. Þar er hugmyndin sú að kynæxlun auki færni lífvera til að "hlaupa" með umhverfinu, sérstaklega hættulegu umhverfi eins og sýklum eða sníkjudýrum.

Skrif Matt Ridley hafa síðan fjallað um mörg önnur viðfangsefni, byggingu erfðamengisins, samspil erfða og umhverfis og núna síðast aðlögunarhæfni mannkyns. Það er efni bókarinnar Skynsami bjartsýnismaðurinn: hvernig auðlegð þróast ( The Rational Optimist: How Prosperity Evolves). Þar útskýrir og rökstyður hann þá skoðun sína að mannkyninu sé ágæt framtíð búin, vegna þess hversu sveiganleg og lærdómsfús við erum. Einnig sér hann mikið notagildi í hagnýtingu náttúrulegra ferla í hagfræði og mannlegu samfélagi, ekki síst lögmála þróunarkenningarinnar (sjá t.d. How Darwin would reform Britain's banks).

Ég er ekki sammála öllum málatilbúnaði Ridleys, en hlakka samt til að hlýða á erindi hans næsta föstudag (27. júlí 2012 kl. 17:30–19.00 í Öskju, stofu 132 í Háskóla Íslands). Erindið er á vegum Rannsóknarseturs um nýsköpun og hagvöxt í samstarfi við Stofnun stjórnsýslufræða og stjórnmála við Háskóla Íslands, og heitir „Hvers vegna ég er bjartsýnn af skynsemisástæðum“ (Why I am a Rational Optimist).

Ítarefni:

http://www.rationaloptimist.com/home

http://leighvanvalen.com/

*Aldur tegunda segir til um hversu lengi þær viðhaldast í jarðlögum. Sumar tegundir staldra stutt við en aðrar má finna í jarðlögum sem spanna marga tugi alda.

 

 

Bévítans krækiber í nefi

Sakleysislegt stopp við foss og berjabrekkur breyttist í fjölskylduharmleik. Undir bláhimni glittaði á svartar perlur í lynginu, krækiber voru byrjuð að þroskast. Ekki voru þau stór, og sæt voru þau varla, en ekki er að slíku spurt þegar berjaveiðieðlið er vaknað.

Við týndum nokkrar handfyllir og í gáfum nokkur þeirra yngispiltnum tæplega tvævetra í plastmáli. Drengur kunni kostinum vel og tíndi berin upp í sig af miklum móð, en kapp er best með forsjá. Þegar upp á heiðina var komið heyrðist harmakvein úr aftursætinu. Piltungur hafði ruglast á pípum. Það tókst að losa tvö krækiber úr nösinni með lipurð. Því miður sat eitt ber eftir í nefholinu, sallarólegt og ekki líklegt til hreyfa sig af sjálfsdáðun.

Nefsugan var grafin upp þegar heim var komið, en hún reyndist ekki nægilega öflug. Næst ráðfærðum við okkur við Dr. Google, sem leiddi okkur á greinina: The ‘Parent's Kiss’: An Effective Way to Remove Paediatric Nasal Foreign Bodies. Þar er lýst "foreldrakossi" (parents kiss), aðferð til að losa hluti úr barnanefum. Aðferðin er í stutt máli þessi.

Leggðu fingur yfir nös þeim megin sem aðskotahluturinn er ekki í.

Settu varir þínar yfir munn barnsins.

Andaðu þéttingsfast upp í munn barnsins.

Við þetta myndast þrýstingur í munni og hluturinn þrýstist út úr nösinni, stundum í fylgd með horslummu.

ATHUGIÐ: Mælt er með að hafa samband við heilsugæslu, hjúkrunarfræðing eða lækni þegar barn er með aðskotahlut í nefi. Ekki er víst að þetta henti í öllum tilfellum. Samkvæmt greininni var mælt með að hámarki 5 tilraunum. Óreglulegir hlutir hreyfast trauðla við gust þennan.

Samkvæmt greininni reyndist þetta vel í 60% tilfella (31 barn tók þátt í rannsókninni), og best á hringlótta og litla hluti. Hið himneska krækiber uppfyllti það skilyrði. Reyndar gerðist ekkert í fyrstu atrennu, en pjakki líkaði atlotin og bað um "Meia". Þá komst hreyfing á krækiberið og það tyllt í sér í nasagættina. Piltungur var fullsáttur, og reyndi að bera sig eftir berinu (en við hentum þvi safnhaugakassann).

Á næstu vikum:

Hvernig á að framkvæma nýrnaskipti í heimahúsi.

Fjaðraígræðsla milli gæsar og manns sem vörn gegn skalla.

Rakstur á líkamshárum með alnáttúrulegum hraunhellum.

Stígvél full af kúamykju koma í veg fyrir fótavörtur.

Heimildir:

The ‘Parent's Kiss’: An Effective Way to Remove Paediatric Nasal Foreign Bodies

Neeraj Purohit, Shalina Ray, Tom Wilson, and OP Chawla Ann R Coll Surg Engl. 2008 July; 90(5): 420–422. doi:  10.1308/003588408X300966 

Líf á reikistjörnunum

Fæstir efast um að líf finnist annarstaðar í alheiminum, því eins og Carl Sagan og Guðmundur Eggertsson hafa rætt um er stærð geimsins þvílík og fjöldi reikistjarna og tungla það mikill að mjög líklegt er að líf hafi orðið til oft. Vissulega eru mörgum spurningum ósvarað, og full ástæða til að reka stjörnulíffræðiskóla.

Spyrja má hvernig líf finnst annarstaðar?

Hvaða aðstæður eru heppilegar fyrir uppruna lífs?

Hvaða grunneiningar eru notaðar í erfðaefni lífvera á öðrum hnöttum?

Hvaða orkugjafa nota lífverur á öðrum hnöttum?

Er jarðhiti nauðsynlegur fyrir myndun fyrstu frumnanna?

Eins og segir í tilkynningu á stjörnufræðivefnum er Ísland talið heppilegur vettvangur fyrir rannsóknir á sumum þessara spurninga, vegna þess að hér er mikil eldvirkni og landið hrjóstrugt og ungt. Þróunar, örveu og sameindalíffræðingar hafa löngum velt fyrir sér frumeinkennum lífvera. Samanburður á lífverum á jörðinni sýnir að við byggjum allar á sama erfðaefni, prótínmyndunarkerfin eru mjög svipuð og lykilþættir í efnaskiptum og byggingu frumunnar eru allar af sama meiði. Gildir þar einu hvort talað sé um hvali, menn eða hitaþolnar örverur.

Íslensk hverasvæði eru búsvæði margra hitaþolinna lífvera, og þau eru einnig segull fyrir ferðamenn og náttúruunendur. Ég tel mikilvægt að vernda þessi svæði, eins og Jakob K. Kristjánsson hvetur til í nýlegri grein (Smáskemmdaferill náttúruperlu Eftir Jakob K. Kristjánsson 29. júní 2012).

Alþjóðlegur stjörnulíffræðiskóli hér