Hvað vilt þú gera við genin þín?

Tækni til að greina erfðaefni og breytileika í því fleygir fram. Breytileiki í erfðaefninu tengist mörgum sjúkdómum og eiginleikum mannsins, þótt áhrif umhverfis og tilviljunar séu líka sterk og í flestum tilfellum veigameiri en genanna.

Hefðbundnar erfðarannsóknir byggja á því að vísindamenn bjóða fólki með ákveðinn sjúkdóm að taka þátt í rannsókn. Hugsanlegir þátttakendur, og fólk í viðmiðunarhópi, fá upplýsingar um rannsóknina, hvaða sjúkdóm er verið að rannsaka og fleira í þeim dúr. Síðan er þeim boðið að skrifa undir samþykki, svokallað upplýst samþykki.

Kjarninn í þessu samþykki, og öðrum læknisfræðilegum rannsóknum t.d. með lyf eða nýjar meðferðir, er sá að einstaklingar eða hópar (þjóðir) sem þeir tilheyra muni njóta góðs af ef rannsóknin leiðir til góðra niðurstaðna.

Undanfarna tvo áratugi hefur opið samþykki rutt sér til rúms. Það felur í sér að fólk er fengið til að taka þátt í rannsókn á mörgum sjúkdómum og jafnvel öðrum einkennum. Fólk fær upplýsingar um erfðafræðina og einhverja sjúkdóma, en ekki um allt sem gert verður við gögnin.

Þetta var notað af ÍE sem rannsakaði t.d. erfðir litarhafts (augna, hárs, húðar og frekna). Sum þessi einkenni tengjast sjúkdómum, þ.a. gen sem tengjast vissum litargenum auka líkurnar á  húðkrabbameini. Önnur tengjast ekki sjúkdómum.

Í kjölfar átaks Íslenskrar erfðagreiningar, sem miðar að því að fá fleiri sýni í erfðarannsóknir þeirra, hefur spunnist svolítil umræða um átakið og hvert við viljum fara í rannsóknum á erfðum sjúkdóma og annara eiginleika.

Hvað vilt þú gera við genin þín?

Reynt að skapa „þjóðarstemningu“

Umræða um erfðafræði og einkalíf

Fyrir rúmum áratug var mikil umræða hérlendis um friðhelgi, einkalíf og erfðafræði. Umræðan var ekki alveg nógu víðtæk, og stór hluti þjóðarinnar spáði lítið í því sem um var rætt.

En framfarir í erfðafræði eru það miklar að við þurfum að kynna okkur málið. 

Ég tek heilshugar undir með forstöðumanni Siðfræðistofnunar HÍ og öðrum sem gagnrýna kaup á genum og blóði.

Það eru margar mikilvægar og alvarlegar spurningar sem við þurfum að spyrja okkur, áður en við ákveðum að gefa blóð og galopið aðgengi að erfðamengi okkar.

Nú hafa stærstu rannsóknarhópar tækifæri til að raðgreina 100-10000 manns á dag. Og skoða þannig alla 6.4 milljarða basa í erfðaefni einstaklings (Við erum tvílitna, með tvö eintök að uþb 3.2 milljarða erfðamengi).

Upplýsingarnar gefa vísbendingar um eiginleika hvers einstaklings, sem fer eftir því hversu vel erfrðafræðingar skilja áhrif ólíkra stökkbreytinga. Þetta er ekki ígildi þess að skilja eftir á glámbekk, sjúkraskrá sína, mál á öllum líkamspörtum og sjúkdóma sögu.

En þekking okkar á erfðafræðinni mun bara aukast. Ef erfðamengi manns lekur á netið (eða einhver stelur af manni hári eða slefi og raðgreinir það), þá mun í framtíðinni vera hægt að læra helling um eiginleika viðkomandi frá nokkura milljarðabasa skrá hvers einstaklings.

Þess vegna þurfum við að hugsa okkur vel um, áður en við seljum DNA okkar fyrir gott málefni.*

*Leiðrétting.

Í fyrri útgáfu pistilsins mátti skilja sem svo að einstaklingar fengju 2000 kr greiðslu fyrir að gefa blóð. Rétt er að björgunarsveitirnar fá greiðslu, fyrir hvert samþykki sem þeir skila til ÍE. Textinn var leiðréttur til að lagfæra þennan misskilning.

Grafið sé undan trausti á vísindum

Nýjir basar, nýtt erfðatáknmál

Erfðatáknmálið segir til um hvernig upplýsingar í erfðaefninu eru þýddar yfir í prótín. Táknmálið byggir á röð fjögura basa, sem  raðast í 64 mismunandi þriggja stafa orð. ATG skráir t.d. fyrir amínósýrunni meðþjónín (e. methionine).

Fyrir utan hina fjóru basa, A, C, G og T finnast nokkrir aðrir basar í lífríkinu, en þeir eru ekki notaðir sem hluti af erfðaefninu sjálfu DNA.

Nýlegar tilraunir sýna fram á að hægt er að nota aðra basa í DNA streng, með því að breyta henni með erfðatækni, og setja inn gen sem gera henni kleift að nota basana við eftirmyndun á DNA. Síðan þarf vitanlega að skaffa henni rétta basa í fæðu, því lífverur eru ekki með ensímkerfi til að nýmynda þessa basa. Þetta er hliðstætt því að við getum ekki nýmyndað C-vítamín og nokkrar amínósýrur, og verðum að fá þessi nauðsynlegu efni úr fæðunni.

Lífveran sem um ræðir er baktería, en breytingin var samt ekki gerð á litningi hennar. Í staðinn voru nýju basarnir* settir á litla sjálfstæða DNA einingu sem kallast plasmíð.

Frétt mbl.is er þýðing, nánast orð fyrir orð (líkleg með google) af frétt BBC.

En fyrir þá sem eiga erfitt með að sjá þetta fyrir sér, mæli ég sérstaklega með myndum BBC og the wired, tenglar fyrir neðan.

*þeir verða að vera tveir, því að DNA er tvinnað úr tveimur sameindum.

Ítarefni:

Denis A. Malyshev, ofl. A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet Nature (2014) doi:10.1038/nature13314

Jonathan Amos BBC  8 maí 2014.  Semi-synthetic bug extends ‘life's alphabet’

Danielle Wiener-Bronne Wired magazine 7. maí, 2014 Scientists Successfully Expand the Genetic Alphabet

 Þuríður Þorbjarnardóttir. „Hvernig myndast prótín í líkamanum?“. Vísindavefurinn 6.10.2003. http://visindavefur.is/?id=3780.

Guðmundur Eggertsson. „Hvað er gen?“. Vísindavefurinn 11.9.2003. http://visindavefur.is/?id=3726. 

Stefán B. Sigurðsson. „Hvaða amínósýrur eru lífsnauðsynlegar fyrir líkamann og af hverju?“. Vísindavefurinn 29.9.2000. http://visindavefur.is/?id=952. 

Bjuggu til lífveru með gervikjarnsýru

Hvort er maður meira skyldur foreldrum sínum eða systkinum?

Erfðafræðilegur skyldleiki tveggja einstaklinga fer eftir nokkrum þáttum. Í fyrsta lagi geta atburðir leitt til þess að tvö fóstur myndast úr einu frjóvguðu eggi og þar með eineggja tvíburar. Meira máli skiptir þó hvort viðkomandi eigi sömu foreldra. Allar manneskjur eru erfðafræðilega einstakar en sumar eru samt líkari en aðrar. Spurt er hvort skyldleiki einstaklings við foreldra sína sé meiri en skyldleikinn við systkin sín. Ef systkin eiga sömu foreldra þá eru þau að meðaltali jafn skyld foreldrum sínum og hverju öðru. Lykilorðið hérna er – að meðaltali – því ef tvær eggfrumur fá næstum sama sett af litningum frá móður og tvær sáðfrumur fá næstum sama sett af litningum frá föður, þá eru systkinin skyldari hvoru öðru en foreldrum sínum. En litningafjöldi mannsins og líkindafræðin benda til þess að þetta sé fjarska ólíklegt.

Alsystkin eru að meðaltali jafn skyld foreldrum sínum og hverju öðru.

En ef um hálfsystkin er að ræða, þá minnkar skyldleikinn í 25% að meðaltali. Hálfsystkin eru því jafnskyld hvoru öðru og börn afa sínum eða ömmu. Það er einfalt að rekja skyldleikann með því að telja kynslóðir og fylgja kynfrumun í gegnum ættartré. Þannig má meta skyldleika einstaklinga í stórum ættartrjám, jafnvel þótt einhver skyldleikaæxlun sé til staðar. Samruni eggs og sæðisfrumu er fyrsta skrefið í fósturþroskun mannfólks. Hvor kynfruma um sig leggur til eitt eintak af öllum 23 litningum mannsins og því er hver einstaklingur með tvö afrit af öllum litningum og öllum genum (þekkt eru frávik, sjá neðar). Við myndun kynfruma parast samstæðir litningar, það er báðir litningar númer 1 parast, litningar númer 2 parast, og svo framvegis. Hluti af þessu ferli er víxlun á erfðaefni milli samstæðra litninga, þannig að erfðaefni hvers litnings stokkast upp í hverri kynslóð. Það er ólíkt á milli kynfruma, til dæmis einstakra sæðisfruma, hvar víxlin verða. Afleiðingin er sú að engar tvær sæðisfrumur eða eggfrumur bera sama erfðaefni. Tvíburar koma í tveimur megingerðum, eineggja og tvíeggja. Tvíeggja tvíburar verða til þegar tvö egg frjóvgast í sama tíðahring og koma sér fyrir í legi móður. Eineggja tvíburar verða til þegar eitt frjóvgað egg myndar tvo fósturvísa.

Lögmál erfða sýna að tvíeggja tvíburar deila jafn mörgum genum og venjuleg systkin, um 50%. En eineggja tvíburar eru frábrugðnir, því báðir fá sama erfðamengi frá hinu frjóvgaða eggi. Þeir eru því erfðafræðilega eins (100% genanna eru þau sömu). Stuttu svörin eru því þessi:

• Maður er jafnskyldur foreldrum sínum og alsystkinum, en minna skyldur hálfsystkinum.Foreldrar pabba manns er því jafn skyld manni og alsyskin pabba manns.
• Alsystkin eru jafnskyld og tvíeggja tvíburar en minna skyld en eineggja tvíburar.

Ítarefni:

• The Claim: Identical Twins Have Identical DNA - New York Times.

Skrifað fyrir vísindavefinn og spyrjendur hans.

Arnar Pálsson. „Hvort er maður meira skyldur foreldrum sínum eða systkinum?“. Vísindavefurinn 30.9.2013. http://visindavefur.is/?id=11204. (Skoðað 7.5.2014).

Tölvur og ljómandi flott veisla

Hverjum dytti í hug að tölvukallar gætu haldið fínar veislur og að í veislunum fæddust stórar hugmyndir? Sannarlega heldur ríkt tölvufólk fínar veislur, en flestir tölvunafræðingar standa ekki í miklum veisluhöldum.

En hvað ef einhver segði að faðir tölvunar, hefði smíðað hana fyrir 170 árum og haldið ljómandi flottar veislur fyrir rjómann af samfélagi Lundúna á sínum tíma?

Karlinn hét því töfrandi nafni Charles Babbage og er oft kallaður faðir tölvunar. Í flestum frásögnum af Babbage var hann snillingur, sem hannaði tölvu á miðri nítjándu öld en tókst ekki að byggja hana. Snilld og bilun er samofin nafni hans.

Á þeim tíma var stærðfræðin orðin býsna góð, en það sem takmarkaði notkun hennar var skortur á mannafla. Til að reikna út stærðir, fyrir siglingartöflur og önnur mikilvæg skjöl, þurfti her manna sitjandi við borð, sem reiknuðu út hverja stærð fyrir sig. Reiknarar (e. computers) voru alls ekki óskeikulir, frekar en annað fólk. Og sumir menntamenn þess tíma, m.a. Babbage og félagi hans John Herschel, sáu fyrir sér notagildi vélar sem gæti reiknað stærðir án mistaka eða skekkju. Babbage sagði 1821:

Í óska til guðs að þessir reikningar hefðu verið framkvæmdir af gufu [vél]

Babbage fylgdi hugmyndinni eftir af miklum einstrengingshætti, hann fleygði sér í verkið og hannaði vél sem gæti framkvæmt flóknar aðgerðir og unnið með stórar tölur. Mismunavélin var mjög flott reiknivél. Hann var vellauðugur en fékk samt Breska ríkið til að fjármagna framkvæmdina. Það gekk á ýmsu við smíðina, samstarf Babbage og málmsmiðsins Clement var ansi skrautlegt og ekki síst vegna skrautlegra skapsmuna uppfinningamannsins. Clement smíðaði sýningareintak af vélinni, en vélin sjálf var aldri kláruð. Það var vegna þess að upp úr sauð milli þeirra félaga, og vegna þess að Babbage fór að hanna nýja og flóknari vél, sem kallaðist greiningarvélin. Það var eiginleg tölva, með sérstaka einingu fyrir reikninga og aðra til að geyma upplýsingar (minni). Reyndar fór svo að þessi vél var ekki heldur kláruð, né heldur þriðja vélin, einfaldari útgáfa af mismunavélinni var hönnuð. En teikningarnar sýna að hugmyndin og hönnunin voru í lagi, og í lok tuttugustu aldar var einfalda mismunavélin smíðuð, til að minnast 200 ára ártíðar Babbage.

Babbage var all sérstakur náungi, en var samt duglegur að sækja skemmtanir og halda veislur. Á nítjándu öld voru kynin ekki álitin jöfn, en samt nutu konur mikils frelsins á samkomum Babbage. Oft var hápunktur kvöldsins, þegar Babbage sýndi fólki reiknivélina sína.

Hann útskýrði að vélin gerði ekki mistök í reikningum sínum og gæti því afhjúpað lögmál náttúrunnar, sem væru frá guði kominn. Babbage var t.d. sannfærður um að guð hefði forritað líf á jörðinni þannig að þegar ein tegund hvarf (í jarðlögum) þá sprytti önnur upp. Aðrir náttúruguðfræðingar, m.a. vinur hans William Whewill héldu að guð hefði skapað nýja tegundir, þegar annari sleppti, aftur og aftur. Það fannst Babbage vera aumur guð, sem gat ekki skapað lífið þannig að það rúllaði vélrænt áfram.

Meðal gesta í veislum Babbage var ungur náttúrufræðingur, sem hafði nýlokið við siglingu kringum hnöttinn á Hvutta (HMS Beagle). Á svipuðum tíma fékk náttúrufræðingurinn upplýsingar um að fuglarnir hann safnaði á Galapagoseyjum væru ólíkar en náskyldar tegundir. Það kann að vera að fyrsta tölvan eða skapari hennar, hafi mótað hugmyndir Charles Darwin um uppruna tegunda vegna náttúrlegs vals.

Ítarefni:

Snorri Agnarsson. „Hver var Charles Babbage og hvers vegna er hann kallaður faðir tölvunnar?“. Vísindavefurinn 10.9.2012. http://visindavefur.is/?id=62939. (Skoðað 5.5.2014).

Arnar Pálsson 30.4.2014 | Ljósið var hans fyrsta ást

Arnar Pálsson 12.2.2009 | Charles Darwin, fæddur 12 febrúar 1809.

 

Kambeðlur í fótabaði í Þórsmörk

Bækurnar og leikföngin kveiktu hjá mér áhuga á risaeðlum og hleyptu ímyndunaraflinu á flug. Mér er sérstaklega minnisstæð ein Tarzanbókin, þar sem hann lenti í dulinni veröld þar sem útdauðar risaeðlur voru bráðlifandi.

Stærðin á risaeðlum dugir til að fylla mann lotningu og ótta. Að ímynda sér þórseðlur í tjörninni eða snareðlur að veiða kindur á Vestfjörðum. Bara það að standa við fótskemil beinagrindar af T. rex er nóg til að manni renni kalt vatn milli skinns og hörunds.

Það er spennandi að heyra um risaeðlufótspor í Túrkmenistan, og hugsa um þessi stórfenglegu dýr og þann óratíma sem liðin er síðan þau skildu við.

Síðustu risaeðlurnar dóu út fyrir um 65 milljónum ára. Sem er rúmlega 40 milljón árum áður en elsti hluti Íslands varð til. Því er harla ólíklegt að finngálkn hafi nokkurn tímann veitt bleikju í Þingvallavatn eða kambeðlur legið í sólbaði í Þórsmörk. 

Mynd Tyrannosaurus rex steingervingur kenndur við stofnanda safnsins Sue Hendrickson. Náttúrufræðisafnið í Chicago (the Field Museum) er ævintýralegur staður.

Að auki.

Frétt MBL.is er þýdd nánast orðrétt af vef AFP fréttaveitunar.

Walking with dinosaurs in Turkmenistan's 'Jurassic Park'

 

Leiðrétting. Fyrsta setningin var umorðuð 4. maí.

Alvöru Júragarður á hásléttunni

Sveiganleg snemmþroskun ávaxtaflugunnar

Rannsóknir mínar snúast að miklu leyti um starfsemi kerfa sem stýra þroskun lífvera, frá frjóvguðu eggi í fullorðna veru. Það sem ég hef sérstakan áhuga á, er hvernig kerfin þróast. Hversu breytileg eru þau á milli einstaklinga, og hvernig eru þau ólík á milli tegundar?

Nýjasta rannsókn okkar fjallar um breytileika í stjórnröðum ávaxtaflugunnar. Tiltekinn bútur fyrir framan even-skipped genið er nauðsynlegur til að kveikja á því á réttum stað og tíma í fóstrinu. Þessi bútur er stjórnröð, sem viss stjórnprótín þurfa að bindast við. Stjórnprótínin þekkja ákveðna DNA röð og loða við hana. Eldri rannsóknir, m.a. okkar, hafa sýnt að þessar stjórnraðir eru almennt vel varðveittar í þróun.

Niðurstaða nýju rannsóknarinnar er sú að í ákveðinni stjórnröð gensins, er annað uppi á teningnum. Þar finnast tvær stórar úrfellingar sem báðar fjarlægja bindistað fyrir sama stjórnprótínið. Það er ákaflega sjaldgæft að finna svona stórar úrfellingar í stjórnröðum, hvað þá tvær sem báðar eyðileggja samskonar virkni.

Reyndar vitum við ekki alveg hver orsökin er, en það er ljóst að snemmþroskun er mun sveiganlegri en okkur grunaði.

Rannsóknin birtist í tímaritinu PLoS One í gær.

Palsson A, Wesolowska N, Reynisdóttir S, Ludwig MZ, Kreitman M (2014) Naturally Occurring Deletions of Hunchback Binding Sites in the Even-Skipped Stripe 3+7 Enhancer. PLoS ONE 9(5): e91924. doi:10.1371/journal.pone.0091924

Myndin er úr eldri grein okkar, og sýnir tjáningu even-skipped gensins, í sjö röndum í fóstrunum fjórum vinstramegin og í miðjunni.