Fólk í neti og endalok læknisfræðinnar

Hjartalæknirinn Eric Topol við Scripps stofnunina gaf út merkilegan spádóm fyrir 2 árum. Í bók sem kallast Hin skapandi tortíming læknisfræðinnar (Creative destruction of medicine) rekur hann framfarir í erfðafræði, tölvunarfræði og tækni til að skynja ástand fólks og líffæra.

Hann lýsir því hvernig hægt verður að tengja farsíma og tölvur við skynjara innan okkar, t.d. gangráð eða blóðsykursmæli og fá sístreymi upplýsinga beint í lúku einstaklings (eða læknisins). Ný tækni sem nemur hjartslátt, öndun og svefnstellingar barna er einmitt af þessari kynslóð, og gefur stórkostleg tækifæri til að fylgjast með og greina afbrigðileg tilvik eða hættuleg.

Hann lýsir framtíð þar sem læknar og einstaklingar geta fylgst með lykilstærðum, blóðþrýstingi og insúlín styrk, stresshormónum og PSA (prótín sem fylgir blöðruhálskirtilskrabbameini), jafnvel í rauntíma. Og hann leggur áherslu á að ekkert muni stöðva þessar framfarir, tækninni fleygi fram og við verðum að nýta hana til að bæta líf, líðan og horfur.

Topol hefur ekki miklar áhyggjur af misbeitingu tækninnar, mismun í kostnaði eða mögulegum sálfræðilegum eða félagslegum áhrifum. Mér fannst hann skauta yfir þau atriði í bókinni. Sem er dálítið athyglisvert því að orðspor hans reis, þegar hann og samstarfsmenn fundu út aukaverkanir Vioxx, það jók tíðni hjartaáfalla mjög mikið. Topol hafði áður verið í nánu samstarfi við lyfjaiðnaðinn en tók samt slaginn, og gagnrýndi Merck. Merck sló til baka, og kom því til leiðar að Topol var rekinn frá Háskólanum í Michigan. Hann fékk síðar vinnu við Scripps og hefur unnið að mannerfðafræði samfara því að fjalla um tækniframfarir í læknisfræði.

En mér finnst röksemdir hans ekki fyllilega sannfærandi. Hann ræðir t.d. framfarir í erfðafræði og virðist nokkuð viss um að við getum fundið erfðabreytileika sem tengist lyfjaþoli eða aukaverkunum, og nýtt þá til að bæta heilbrigðiskerfið. Það eru sannarlega til dæmi um nokkrar stökkbreytingar sem hafa sterk áhrif á virkni eða aukaverkanir lyfja, en það þýðir ekki að mynstrið verði einfallt og nothæft fyrir lækna og sjúklinga. Sem erfðafræðingur finnst mér hann ansi bjartur á brúninni. Svona dálítið eins og mannerfðafræðingar síðustu tveggja áratuga sem lofuðu öllu fögru, jafnvel þótt að þeir sem skildu lögmál erfðafræðinnar vissu að verkefnið væri miklu flóknara.

En í það heila útskýrir Topol nokkuð vel nýjustu framfarir og suma af þeim möguleikum sem handan árinnar. Ég lærði heilan helling af bókinni, en ég var einnig uggandi yfir nýju veröld Topols.

En meiri upplýsingar eru til hins betra ekki satt?

Ítarefni:

http://creativedestructionofmedicine.com/

Tengir ungabarnið við snjallsímann

Skýjaborg eða gyllta brautin til framtíðar

Sem efahyggju maður að eðlisfari og atvinnu, þá finnst mér hugmyndin um að leggja vegi með sólarsellum fjarstæðukennd. Það er alveg rétt að vegir eru dýrir og að mannkynið þarf meiri orku. En það er ekki endilega víst að skipta malbiki út fyrir sólarrafhlöður sé lausnin.

Mín fyrstu viðbrögð voru að leita á netinu með Solar roadways og criticism sem lykilorð.  Aaron Saenz skrifaði (árið 2010) að hugmyndin væri snjöll að vissu leyti en byggðist að of miklu leyti á óþróaðri tækni. Og að útfærslan, t.d. hvernig hætti að safna og veita rafmagninu væri órannsökuð. Það er viss kostur að hafa stór orkuver sem framleiða orkuna og veitukerfi sem safnar því saman. En af við þurfum greinótt safnkerfi og greinótt veitukerfi, þá eykst kostnaðurinn. Reyndar er kostnaðurinn við stóru orkuver einnig hár, en dæmið þarf að reikna til enda.

Almennt finnst mér hugmyndin um að sækja fjármagn fyrir tæknilegar framfarir og nýsköpun með hópkaupi alls ekki galinn. En málið er að hún opnar líka gátt fyrir grunlausa loddara, sem eru fyllilega sannfærðir um ágæti sinnar hugmyndar en átta sig ekki á því að hún sé tæknilega óframkvæmanleg eða efnahagslega óburðug.

Þeir sem vilja kíkja betur á málið ættu að lesa pistil Saenz.

http://singularityhub.com/2010/08/08/solar-roadways-crackpot-idea-or-ingenious-concept-video/

Hjón virkja vegi til orkuframleiðslu

Um aðgerðaáætlun Vísinda- og tækniráðs

Aðgerðaáætlun Vísinda- og tækniráðs var kynnt 22. maí síðastliðinn. Í áætluninni er fyrirhuguð nokkur mjög jákvæð skref fyrir nýsköpun og rannsóknir hérlendis. Nokkrir vísindamenn fjalla um þetta í grein Fréttablaðsins í dag. Hluti greinarinnar birtist hér að neðan:

-------------------------------

Aðgerðaáætlun Vísinda- og tækniráðs: Horfum jákvætt til framtíðar

22. maí síðastliðinn kynnti forsætisráðherra aðgerðaáætlun ríkistjórnarinnar um hvernig stefnu Vísinda- og tækniráðs yrði framfylgt. Aðgerðaáætlunina má finna á vef forsætisráðuneytisins http://www.forsaetisraduneyti.is/vt/. Í stuttu máli byggir áætlunin á því að efla stórlega framlög í samkeppnissjóði og jafnframt að búa til skattalega hvata sem auðvelda og hvetja fyrirtæki til að setja aukið fé í rannsóknir og nýsköpun.

Samkeppnissjóðir
Stjórnvöld hafa nú sagt að þau muni auka fjárframlög til samkeppnissjóða um 2,8 milljarða á kjörtímabilinu, það er um 800 milljónir fjárlagaárið 2015 og um tvo milljarða fjárlagaárið 2016. Það er þó nefnt að þetta sé gert með fyrirvara um fjárlagaferlið og afgreiðslu Alþingis á fjárlögum. Það er því ljóst að Vísinda- og nýsköpunarsamfélagið mun fylgjast grannt með umfjöllun Alþingis um fjárlagafrumvarpið í haust.

Aukin fjárfesting fyrirtækja
Stjórnvöld stefna á að auka fjárfestingu fyrirtækja í rannsóknum og þróun um 5 milljarða króna. Skapa á umhverfi fyrir fyrirtæki þannig að þau sjái hag í að auka hlut sinn í rannsóknar- og nýsköpunarstarfi. Sérstaklega er hér horft til skattahvata.

Háskólasamfélagið
Styrkja á fjármögnun háskólakerfisins hér á landi svo hún verði að minnsta kosti sambærileg við meðaltal aðildarríkja OECD árið 2016 og Norðurlanda árið 2020. Það er ljóst að hækkun framlags í samkeppnissjóði mun einnig styrkja fjármögnun vísindastarfs innan háskólanna. Mennta- og menningarmálaráðuneytið vinnur jafnframt að því að hækka reikniflokka háskólanna, sem er afar mikilvægt. Einnig er stefnt að auknu samstarfi háskóla og fyrirtækja.

Lokaorð
Undanfarin ár hefur þrengt mjög að vísindasamfélaginu á Íslandi með tilheyrandi neikvæðum áhrifum á nýsköpun, nýliðun ungra vísindamanna og háskólasamfélagið í heild. Með nýrri stefnu og aðgerðaáætlun Vísinda- og tækniráðs, undir forystu forsætisráðherra, er mörkuð braut sem ætlað er að snúa þessari óheillaþróun við. Með því að halda fast í aðgerðaáætlunina og sýna í verki að stjórnvöldum sé alvara með stefnu Vísinda- og tækniráðs verður hægt að endurvinna traust milli stjórnvalda og vísindasamfélagsins, öllum til hagsbóta.

Arnfríður Guðmundsdóttir, prófessor
Erna Magnúsdóttir, rannsóknasérfræðingur
Kristján Leósson, vísindamaður
Steinunn J. Kristjánsdóttir, prófessor
Þórarinn Guðjónsson, prófessor
Þórólfur Þórlindsson, prófessor
Þórunn Rafnar, vísindamaður stjórn Vísindafélags Íslendinga

Hvernig myndast sýklalyfjaþol?

Sýklar eru meðhöndlaðir með margskonar lyfjum en stundum verða þeir þolnir. Einnig er talað um lyfjaónæma stofna baktería. Orsökin fyrir tilurð þeirra er sú að sýklalyf eru sterkur valkraftur, sem leiðir til breytinga á stofni sýklanna. Hér er að verki náttúrulegt val, sem Charles Darwin og Alfred Wallace uppgötvuðu fyrstir manna.

Hvað er náttúrulegt val?

Þróunarkenningin hvílir á hugmyndinni um breytileika í stofni. Það er að segja að einstaklingar í stofnum eru ólíkir og með mismunandi gen. Náttúrulegt val byggir á þessari staðreynd og það útskýrir hvers vegna lífverur lagast að umhverfi sínu. Náttúrulegt val byggist á þremur atriðum.

• Breytileika, það er einstaklingar eru ólíkir.
• Erfðum, það er breytileiki milli einstaklinga er tilkominn vegna erfða að einhverju leyti.
• Mismun í æxlunarárangri, það er fjöldi og gæði afkvæma skipta hér mestu.

Þessi atriði duga til að útskýra hvernig tíðni arfgerða breytist í stofni og eiginleikar stofnsins með. Darwin benti síðan á að baráttan fyrir lífinu, sem útskýrir mismun í æxlunarárangri, útskýri aðlaganir lífvera. Baráttan felst í því að einstaklingar eru misjafnlega góðir í því að leysa áskoranir lífsins. Fleira þarf ekki til að útskýra hvers vegna sýklalyfþol þróast. Náttúrulegt val er mismunandi milli hópa og tegunda, enda fer það eftir umhverfi og erfðabreytileika sem er til staðar. Valið getur stuðlað að myndun tegunda, mótað eiginleika þeirra og útskýrt tré lífsins.

Þróun sýklalyfjaþols eða lyfjaónæmis

En tökum nú nærtækara dæmi. Ímyndum okkur bakteríu sem veldur sjúkdómi í mönnum. Hugsum nú um bakteríuna sem stofn, hóp einstaklinga þar sem enginn er nákvæmleg eins. Einstakar bakteríur þola tiltekið sýklalyf misvel og þolið er arfbundið. Bakteríur með ákveðin gen, eða vissar útgáfur af einhverju geni, eru þolnari en hinar. Ef við meðhöndlum sýkingu með þessu sýklalyfi, lifa þolnar bakteríugerðir af en aðrar ekki. Ef við notum sýklalyfið stöðugt munu þolnu gerðirnar veljast úr með tíð og tíma, alveg vélrænt. Þess vegna getum við ekki gefið öllum sýklalyf alltaf. Ef það er gert, verða sýklalyfjaþolnar bakteríur allsráðandi, og sýklalyfið gagnslaust.

Kristín Jónsdóttir og Karl G. Kristinsson (2008) kortlögðu notkun kínólón-sýklalyfja hérlendis yfir tíu ára tímabil. Þau sýndu að notkunin jókst um 60% á tímabilinu og tíðni kínólónþols samhliða. Lyfjaóþol er mikið vandamál erlendis, og Alþjóða heilbrigðismálastofnunin (WHO) segir að fornir fjendur séu á uppleið og nú sýklalyfjaþolnir. Það væri ekki gaman að takast á við lyfjaónæma berkla eða sárasótt.

Erfðir og darwinísk læknisfræði

Eins og Þórdís Kristinsdóttir útskýrir í svari við spurningunni Hvað eru lyfjaónæmir sýklar? er erfðafræði þolgena tvíþætt. Einn hópur þolgena er tilkominn vegna stökkbreytinga í genum bakteríunnar. Það eru breytingar á hefðbundnum genum sem gera bakteríunni kleift að þola sýklalyfið. Algengt er að breytingarnar verði í skotmarki sýklalyfsins. Ef lyfið dregur úr virkni lífsnauðsynlegs prótíns bakteríunnar með því að bindast við það, þá getur þol myndast ef stökkbreyting dregur úr þessari bindingu. Hinn hópur þolgena er mun hættulegri. Þetta eru gen sem geta ferðast á milli baktería, til dæmis á litlum hringlaga litningum sem kallast plasmíð. Slík gen geta hoppað á milli óskyldra tegunda og þannig getur þolgen hoppað úr kólígerli yfir í klebsíellu. Alvarlegast er að nú hafa fundist fjölónæmar bakteríur. Í þeim hafa nokkur ólík þolgen raðast saman á plasmíð sem gerir bakteríunum kleift að þola mörg ólík sýklalyf.

Þróunarkenningin varpar ljósi á læknisfræðina og hjálpar okkur að skilja byggingu lífvera, hvernig samskiptum sýkla og hýsla er háttað, hví erfðagallar viðhaldast í stofnum og togstreitu á milli kerfa lífverunnar. Þróunarfræði útskýrir vopnakapphlaup og þróun þolgena. Ofnotkun sýklalyfja leiðir til þróunar bakteríustofna og stuðlar að tilurð sýklalyfjaónæmra baktería. Þannig er barátta okkar við sýkla stríð til eilífðar. Sýklalyfjaþol og fjölónæmar bakteríur eru fyrirsjáanlegar afleiðingar náttúrulegra lögmála. Samantekt

• Í stofnum baktería þróast lyfjaónæmi vegna notkunar sýklalyfja.
• Of mikil notkun getur leit til aukinnar tíðni sýklalyfjaþols, og jafnvel fjölónæmra stofna.
• Þróunarkenningin útskýrir hvernig sýklalyfjaþol myndast, dreifist og viðhelst í stofnum baktería.

Arnar Pálsson. „Hvernig myndast sýklalyfjaþol?“. Vísindavefurinn 2.6.2014. http://visindavefur.is/?id=67549.

Ítarefni

• George C. Williams og Randolph M. Nesse. Why We Get Sick: The New Science of Darwinian Medicine. Vintage Books, New York. 1996.
• Kristín Jónsdóttir og Karl G Kristinson, 2008 Ónæmi fyrir kínólónum hjá Gram neikvæðum stöfum á Íslandi og tengsl við sýklalyfjanotkun. Læknablaðið 4.tbl. 94. árgangur.
• WHO apríl 2014, Antimicrobial resistance: global report on surveillance 2014. 257 bls. ISBN: 978 92 4 156474 8.
• Mike Turner. Antibiotic resistance: 6 diseases that may come back to haunt us. The Guardian 8. maí 2014.
• Þórdís Kristinsdóttir. Hvað eru lyfjaónæmir sýklar? Vísindavefurinn 11.4.2013. (Skoðað 16.5.2014).
• Einar Árnason. Hvað eru til margar tegundir af þróunarkenningunni og hvað kallast þær? Vísindavefurinn 10.2.2000. (Skoðað 27.5.2014).
• Fyrri mynd: Antibiotic resistance - Understanding Evolution. (Sótt 20. 5. 2014).
• Seinni mynd: Antibiotic resistance | Medical Journal of Australia. (Sótt 19. 5. 2014).

Hafa flóknari heilkjarna lífverur fleiri litninga en þær einfaldari?

Litningar bera erfðaefni lífvera. Fjöldi þeirra er mismunandi milli lífvera og gerðirnar einnig. Mestur munur er á byggingu litninga baktería, sem eru einnig kallaðar dreifkjörnungar, og heilkjörnunga.

Pistill þessi birtist á vísindavefnum 23. maí 2014. 

Arnar Pálsson. „Hafa flóknari heilkjarna lífverur fleiri litninga en þær einfaldari?“. Vísindavefurinn 23.5.2014. http://visindavefur.is

Upprunalega spurningin hljóðaði svona:

Fer það eftir því hversu flókin heilkjarna lífvera er hversu marga litninga hún hefur í hverri frumu?

Heilkjörnungar eru til dæmis dýr, plöntur, sveppir og frumdýr. Bakteríur eru með hringlaga litning (eða litninga) en heilkjörnungar eru með línulega litninga. Einnig er algengt að bakteríur séu með litla aukalitninga, svokölluð plasmíð. Þau bera oft sérstök gen sem geta hjálpað bakteríunni við ákveðin verkefni. Til dæmis er algengt að sýklalyfjaþol (lyfjaónæmi) erfist á plasmíðum, sem er einstaklega bagalegt því bakteríur eiga frekar auðvelt með að skiptast á plasmíðum.

Menn hafa 46 litninga (23 litningapör) en margar lífverur eru með miklu fleiri.

Heilkjörnungar eru með mismarga litninga. Menn hafa til að mynda 46 litninga. Ávaxtaflugan Drosophila melanogaster hefur fjögur litningapör, kynlitning (X og Y), tvo stóra litninga og einn litningsstubb sem inniheldur innan við hundrað gen. Kvendýr maursins Myrmecia pilosula hafa bara eitt par litninga. Á hinum enda rófsins eru vatnakarpi með 104 litninga, Agrodiaetus-fiðrildið (Agrodiaetus shahrami) með 268 og burknategundin Ophioglossum reticulatum með 1260 litninga. Svakalegustu litningatölurnar finnast meðal frumdýra. Þau eru einfrumungar og hafa mörg þeirra tvo kjarna. Annar kjarninn, kallaður smákjarni, er geymdur fram að kynæxlun og hefur venjulegan fjölda litninga. Hinn kjarninn, kallaður stórkjarni, sér um daglegan rekstur dýrsins. Í honum eru þúsundir litninga, sem verða til við að venjulegir litningar eru bútaðir niður í eins eða tveggja gena bita. Í stórkjarna frumdýrsins Oxytricha trifallax fundust til dæmis um það bil 15993 litningar. Frumdýrið er alls ekki jafn flókið og maður, en er samt með dágóðan slatta af litningum. Ef við skoðum bara fjölda litninga þá virðist sem einfaldar lífverur (bakteríur) hafi færri litninga en flóknar lífverur (heilkjörnungar). En málið er ekki alveg svona einfalt. Fjöldi litninga segir ekki allt. Ráðgátur C- og G-gildisins Um miðja tuttugustu öld voru þróaðar aðferðir til að mæla heildarmagn DNA í frumum. Þessi svokölluðu C-gildi voru reiknuð fyrir ólíkar lífverur. Það kom heilmikið á óvart að ekkert samband var á milli stærðar erfðamengisins og því hversu flókin dýrin eða lífverurnar voru. C-gildi mannsins var til að mynda mun lægra (3,5) en frosksins Necturus lewisi (120,60) og plöntunar Paris japonica (148). Þetta var kallað ráðgáta C-gildisins.

Paris japonica.

Með tilkomu raðgreiningartækni undir lok síðustu aldar var hægt að finna öll genin í erfðamengjunum, og telja þau. Í ljós kom að fjöldi gena er mjög ólíkur á milli lífvera. Bakteríur hafa flestar 4000 til 6000 gen. Gersveppurinn um 7000 stykki en ávaxtaflugur 14000. Menn hafa um 25000 gen, en sumir fiskar og plöntur helmingi fleiri. Sett var fram sú tilgáta að fjöldi gena útskýrði hversu flóknar lífverur væru en það kom í ljós að það er ekki samband á milli fjölda gena og þess hversu flóknar lífverur eru. Þetta var kallað ráðgata G-gildisins. Tilgátur um að fjöldi litninga, heildarmagn DNA og fjöldi gena útskýrðu muninn á byggingu og fjölbreytileika lífvera hafa því verið afsannaðar. Nú hallast flestir að þeirri tilgátu að munurinn á einföldum og flóknari lífverum byggist á því hvaða gen eru til staðar og hvernig þeim sé stjórnað. Genastjórn er mjög fjölbreytt, og það hefur komið í ljós að flest gen heilkjörnunga eru forskriftir að nokkrum skyldum en samt ólíkum prótínum. Slíkt finnst ekki í bakteríum og er mjög óalgengt í einföldum sveppum. Framleiðslu ólíkra prótína af þessu tagi er stjórnað af flóknu neti prótína og sameinda, sem byggja undraverð form eins og blóm Paris japonica eða auga kolkrabbans. Samantekt

• Það er munur á fjölda litninga, gena og magns á erfðaefni milli baktería og heilkjörnunga.
• Munur á þessum þáttum dugir samt ekki til að útskýra muninn á ólíkum og misflóknum dýrum.
• Flestir líffræðingar telja að eiginleikar gena og stjórnkerfa frumna skipti meira máli fyrir þróun flókinna dýra eins og manns og kolkrabba.

Heimildir og mynd:

• Gagnagrunnur um stærð erfðemengja sveppa.
• Gagnagrunnur um stærð erfðamengja dýra.
• Gagnagrunnur um stærð erfðamengja plantna.
• Chengke Bai, William S. Alverson, Aaron Follansbee og Donald M. Waller. New reports of nuclear DNA content for 407 vascular plant taxa from the United States. Annals of Botany 110: 1623 – 1629, 2012.
• Estienne C. Swart o.fl. The Oxytricha trifallax Macronuclear Genome: A Complex Eukaryotic Genome with 16,000 Tiny Chromosomes. PLOS Biology 11(1): 29. janúar 2013.
• Mynd af litningum: Human genome.png - Wikimedia Commons. (Sótt 15. 5. 2014).
• Mynd af Paris japonica: Paris japonica Kinugasasou zoom in Hakusan 2010 7 18.JPG - Wikimedia Commons. (Sótt 15. 5. 2014).