Meðvirka genið

Í mörgum fjölskyldum, betri eða verri eftir því hvernig á það er litið, finnast meðvirkir einstaklingar. Þeir fyrirgefa sínum nánustu sérvisku og stundum fordóma, laga hegðun sína að þeirra til að halda friði. Björn Harðarsson skilgreinir meðvirkni á Vísindavefnum:

Meðvirkur einstaklingur er einstaklingur sem er "háður" öðrum einstaklingi eða einstaklingum. Þeim meðvirka finnst hann eða hún vera fastur/föst í sambandi, sem einkennist af misnotkun og stjórnsemi. Þetta eru oft einstaklingar sem hafa lélegt sjálfstraust og þurfa stöðugt á stuðningi og viðurkenningu annarra að halda, til að geta liðið vel.

En geta gen verið meðvirk? Vitanlega hafa gen ekki tilfinningalíf og geta ekki misnotað sjálfan sig. En áhrif sumra gena, strangt til tekið afbrigða ákveðinna gena, geta verið "háð" öðrum genum. Þetta er það sem erfðafræðingar kalla samvirkni eða "epistasis".

Nýlega birtist grein í tímaritinu Genetics eftir Ian Dworkin og félaga. Þeir skoðuðu áhrif stökkbreytingar í geninu scalloped, sem raskar þroskun vængs ávaxtaflugunnar. Þeir sáu að áhrifin voru mjög misjöfn eftir því i hvaða einstaklingi hún fannst.

Breytingin hafði mjög sterk áhrif á einstaklinga af Oregon stofni (miðmyndin) á meðan áhrifin voru mun vægar á einstaklinga úr stofni sem kallast Samarkand (hægra megin). Eðlilegur vængur er sýndur vinstra megin til samanburðar. Þetta sýnir á afgerandi hátt að áhrif meiriháttar breytingar á geninu geta oltið á öðrum genum í erfðamengi einstaklingsins.

Hví ættum við að hafa áhuga á slíku?

Jacque Monod sagði "það sem á við um E.coli á einnig við um fílinn" og við það getum við bætt að það sem á við um fluguna á einnig við um manninn. Þetta er ekki orðaleikur heldur líffræðilegur raunveruleiki.

Genið rhomboid, sem kemur m.a. að þroskun stoðæða í vængjum ávaxtaflugunnar, á sér hliðstæðu í bakteríum. Galla í rhomboid geni flugunnar má bæta upp með því að setja samsvarandi gen* úr bakteríu inn í staðinn.

Líffræðingar nýta sér þessa eiginleika til að finna gen sem taka þátt í þroskun og líffræði mannsins. Nýlegt dæmi er rannsókn Dr. Marcotte á genum sem tengjast Waardenburg heilkenni (syndrome - WS). WS er vegna galla á fari taugakambsfruma (neural crest cells) sem leiða til margvíslegra galla (m.a. heyrnaleysis og hvítra bletta í hári og húð). Dr. Marcotte og félagar sáu að nokkur gen sem tengjast þessum sjúkdómi vinna saman í plöntu (Arabidopsis thaliana - vorskriðnablómi). Í plöntunni eru genin nauðsynleg fyrir skynjun á þyngdarafli (gravity sensing). Þeir fundu fleiri gen í plöntunni sem tengjast þessu ferli og spurðu sig næst hvort að þau tengdust fari taugakambsfruma í hryggdýrum. Sú var raunin.

Það þýðir að gen sem tengjast skynjun á þyngdarafli í plöntum, geta hjálpað okkur að skilja heyrnaleysi í mönnum. 

Það er algerlega frábært.

*Samsvarandi þýðir að þau eru svipuð, en ekki alveg eins, kannski 70% amínósýranna eru eins.

Ítarefni:

Tina Hesman Saey - Mutation effects often depend on genetic milieu: other genes at least as important as environment, study shows. Science news, April 13th, 2010.

Ian Dworkin og félagar Genomic Consequences of Background Effects on scalloped Mutant Expressivity in the Wing of Drosophila melanogaster Genetics, Vol. 181, 1065-1076, March 2009

Björn Harðarson. „Hvað er meðvirkni, hvernig getur hún birst og hvað er til ráða?“. Vísindavefurinn 12.1.2002. http://visindavefur.is/?id=2043. (Skoðað 28.4.2010). 

Carl Zimmer The Search for Genes Leads to Unexpected Places New York Times, April 26, 2010.

Kriston L. McGary og félagar Systematic discovery of nonobvious human disease models through orthologous phenotypes PNAS Published online before print March 22, 2010, doi: 10.1073/pnas.091020010

DNA fyrir ofan arininn og í eldhúsinu

DNA er eitt þekktasta tákn vísinda nútímans.

Mynd af wikimedia commons.

DNA er tvíþátta sameind, fósfóríbósakeðja með viðhangandi basa (A, C, G og T). Basarnir snúa inn í sameindina og parast á þar tveir og tveir (G með C og A með T).

DNA er skoðað með því t.d. að senda sýni í gegnum hlaup. Þau flytjast í gegnum hlaupið (kallað gel) vegna rafstraums, sem togar í DNAið (sameindin er neikvætt hlaðin).

Litlar DNA sameindir ferðast hraðar en stórar í gegnum hlaupið, af sömu ástæðu og krakkarnir stinga mann af í Kringlunni (þau smjúga auðveldar í þröngu rými).

Myndir af DNA sem dregið hefur verið á geli er nú orðið að list/markaðsvöru. Stíllinn er frekar einfaldur og útfærslan er sú að setja mismunandi liti á frekar einföld gel, sbr dæmi hér að neðan og gallerí  fyrirtækisins Yonder biology.

Næst má maður búast við því að fólk fari að blanda DNA í eldhúsinu heima...heyrðu það er nú þegar að gerast Do-It-Yourself Genetic Engineering. 

4000 ára maðurinn

Samkvæmt greiningu Rasmussen er Saqqaq maðurinn greinilega ættaður frá Asíu. Hann er skyldastur ættbálkum sem nú búa í norðausturhluta Asíu en minna skyldur núlifandi Grænlendingum en t.t.l. fjarskyldur íbúum suður og mið Ameríku (það er það sem "lítíl líkindi..." átti að segja í frétt mbl.is).

Það sem liggur til grundvallar þessum niðurstöðum er þróunarkenning Darwins og ný tækni sem gerir okkur kleift að skoða heil erfðamengi eða mörg þúsund erfðamörk í hverjum einstaklingi.

Þróunarkenningin sýndi fram á að allar lífverur  á jörðinni eru af sama meiði, og að það sé hægt að reikna skyldleika á milli tegunda, alveg eins og á milli einstaklinga. Það að byggja ættartré er ekkert frábrugðið því að byggja þróunartré. Það er skemmtilega viðeigandi að sjá svona grein á afmælisdegi Charles Darwin.

Víkjum aftur að grein Rasmussen og félaga. Það kemur einnig í ljós á rannsóknum þeirra á 90000 stökkbreytingum í fjórum norður amerískum og tólf asískum ættbálkum að mikil erfðablöndun hefur orðið við evrópubúa. Það eru engin merki um að Saqqaq maðurinn eigi sér evrópska forfeður. Þetta undirstrikar að í kjölfar landafundinna miklu hafi byrjað heilmikil erfðablöndun á milli heimsálfa og ættbálka. Og að ímynda sér að einu sinni trúði fólk því að guð hefði skapað aðskildar tegundir manna, hvíta drottnara og svart þrælaafl.

Í vísindaritum hafa nú verið birt 8 erfðamengi heilla einstaklinga (eins afríkubúa, fjögurra evrópubúa, eins kínverja og tveggja kóreubúa). Næsti áfangi er að raðgreina 1000 erfðamengi, sem gæti gefið okkur betri sýn á breytileikann sem finna má í erfðamengi mannsins. Það gerir okkur kleift að skoða uppruna, skyldleika og erfðablöndun fólks, sem og nýtist við að finna erfðaþætti sem hafa áhrif á sjúkdóma.

Þegar ég las þessa grein hvarflaði hugurinn ósjálfrátt til lagsins Jerdacuttup man af plötunni Calenture (texti), þar sem 10000 ára maður á British museum segir sína sögu.

I live under glass in the British museum
I am wrinkled and black, I am ten thousand years
I once lost in business, I once lost in love
I took a hard fall, I couldn't get up

...

They stitched up my eyelids so l couldn't see
They sewed up my mouth so very carefuly
They stitched up the wound they had made in my side
They wrapped me up tight and they threw me inside

I tried to object but the words didn't come
Say, "You're making a mistake, boys, you've got the wrong one,
I'm a little out of shape, but I'm too young to go!"
But my throat just seized up and it started to snow

Flytjendur eru ástralska hljómsveitin The triffids. Það var aldrei gert myndband við þetta lag, slagarinn Bury me deep in love er líklega þekktasta lag sveitarinnar.

Ítarefni:

Rasmussen o.fl. Ancient human genome sequence of an extinct Palaeo-Eskimo Nature 463, 757-762 (11 February 2010) | doi:10.1038/nature08835.

Carl Zimmer New York Times Whole genome of ancient human is decoded

Innflytjendur frá Síberíu á Grænlandi

Æ, æ, æ og æ

Nokkur vandamál blasa við.

Í fyrsta lagi er sjaldgæft að fundur gens leiði til þróunar lyfs. Í gagnagrunnum eru nú til fleiri þúsund gen sem hafa áhrif, mismikil og fjölskrúðug, á hina og þessa sjúkdóma. En aðeins lítill hluti þeirra hefur leitt til nýrra lyfjameðferðar, sem samþykkt hefur verið af heilbrigðisyfirvöldum.

Í öðru lagi tekur það langan tíma að þróa lyf, jafnvel þótt að það sé vitað hvaða líffræðilega ferli sé úr garði gengið í viðkomandi sjúkdómi (lyf geta haft margvíslegar aukaverkanir eða ekki komist að markfrumum sínum og þess háttar, og gegn sumum sjúkdómum er bara ekki hægt að þróa lyf). Þess vegna er staðhæfing eins og þessi mjög óábyrg:

Líklega gætu fyrstu lyfin verið tilbúin til prófunar eftir um það bil 3 ár.  

Við gætum allt eins haldið því fram að fyrsta nýlenda manna á sólinni gæti verið tilbúin eftir 15 ár (þ.e. ef tilraunir okkar til að slökkva á sólinni, snöggkæla hana og flytja nokkur hjólhýsi þangað ganga eftir).

Þetta tvennt á að vera öllum erfðafræðingum ljóst, þótt vissulega hafi sumum læknum og liffræðingum fundist í lagi að halda öðru fram, m.a. fyrirtækjum sínum til framdráttar (t.d. Íslensk erfðagreining - sjá lögmál erfðafræðinnar).

Í þriðja lagi er frétt mbl.is bara bein þýðing, málsgrein fyrir málsgrein, á frekar stuttaralegu skeyti á vefsíðu Sky. Sbr: 

Sérfræðingar eru að gera tilraunir með lyf, sem kynnu að lengja líf fólks, að sögn Sky sjónvarpsstöðvarinnar. Lyfið er sagt líkja eftir þremur genum, sem öll hafa áhrif á lífslíkur.

The drug, which could be ready for testing within three years, is designed to mimic the actions of three 'super genes' which all significantly increase the chances of living past 100.

Tvö þessara gena auka framleiðslu svonefnds góðs kólesteróls í líkamanum sem aftur dregur úr líkum á hjartasjúkdómum og heilablóðfalli. Þriðja genið dregur úr hættu á sykursýki. Fólk, sem fæðist með þessa erfðavísa eru 20 sinnum líklegra en annað fólk að ná 100 ára aldri og 80% minni líkur eru á að það fái Alzheimer-sjúkdóm en fólk sem ekki er með þessa erfðavísa.

Two of the genes increase the production of so-called good cholesterol in the body, reducing the risk of heart disease and stroke, while the third helps to prevent diabetes.

People born with the genes are 20 times more likely to live past 100, and 80% less likely to develop Alzheimer's.

Ég er búinn að skrifa nokkra pistla á þessum nótum, þar sem litið er gagnrýnum augum á vísindaumfjöllun mbl.is. Þetta er dálítið eins og ætla að kenna hundi á ritvél, hann sýnir ágæt tilþrif annað slagið en síðan fer allt í sama, "naga lyklaborðið - slefa á pappírinn" farið. En jæja kraftaverkin gerast ekki af sjálfu sér.

Lyf í þróun til að lengja lífið

Erindi: Mótefnavaki

Fimmtudaginn 4. febrúar 2010 mun Haraldur Björnsson halda erindi um mótefnavaka í Moritella viscosa, bakteríu sem veldur vetrarsárum í eldisfiski.

Verkefnið snérist um að einangra mótefnavaka, sem er sá hluti bakteríu sem ónæmiskerfi fisksins þekkir og bregst við. Einangrun slíkra mótefnavaka gefur möguleika á að hægt verði að þróa bóluefni gegn bakteríum.

Nánari lýsingu á verkefninu má finna á vef HÍ.

Fyrirlesturinn verður í stofu 132 í Öskju, náttúrufræðihúsi HÍ, og hefst erindið kl 15:00.

Titill erindisins er "Einangrun og lýsing á ytri himnu próteini í Moritella viscosa".

Leiðbeinendur í verkefninu voru Eva Benediktsdóttir, dósent við Háskóla Íslands og Dr. Viggó Þór Marteinsson, fagstjóri hjá Matís.

Ísbirnir og pöndur að fornu og nýju

Er ekki eðlilegt að ísbirnir geri fólki skelkt í bringu, þar sem það situr í rólegheitum með blað og kaffibolla? Íslendingar hafa lengstum, af nauð einni, verið í afskaplega góðum tengslum við náttúruna, duttlunga hennar og harðnesku. Það er óþarfi að svara í sömu mynt.

Ísbirnir (Ursus maritimus) eru tilheyra ættkvísl bjarndýra. Þeir eru sannarlega sérstakir að mörgu leyti, aðlagaðir heimskautalífi. Flestar aðrar bjarnartegundir lifa svipuðu lífi, nema kannski pandabirnir sem lifa eingöngu á bambus.

Ólafur Ingólfsson jarðfræðingur fann 110-130 þúsund ára gamalt kjálkabein (sjá mynd) af ísbirni á Svalbarða. Miðað við lífshætti ísbjarna er álitið frekar fátítt að bein þeirra varðveitist. Flestir bera beinin á ís eða sundi, og þá eru minni líkur á að leifar þeirra leggist í set/sand sem varðveitir beinin.

Greinin sem lýsti beininu og aldursgreiningunni kom út á síðasta ári (Late Pleistocene fossil find in Svalbard: the oldest remains of a polar bear (Ursus maritimus Phipps, 1744) ever discovered - Ingólfsson og Wiig - Polar research 2009).

Í kjölfarið fór Ólafur í samstarf við hópa sem eru að kanna uppruna ísbjarna og annara bjarnartegunda. Eftir því sem ég best veit er greinin um rannsóknina svo gott sem samþykkt í eitt af virtari vísindatímaritum heims. Slík tímarit krefjast þess að höfundar bíði með kynningu á niðurstöðum sínum þangað til greinin kemur formlega út. Þess vegna er ekki hægt að fjölyrða um niðurstöðurnar, en mér skilst að þróunartréð sé mjög forvitnilegt.

Þess í stað get ég sagt ykkur að erfðamengi risapöndunar (Ailuropoda melanoleuca) var nýlega raðgreint. Þótt risapandan, oftast bara kölluð panda, sé augljóslega björn virðist sem val hennar á lífsstíl hafi komið henni í blindgötu. Eins og flestir vita lifa pöndur eingöngu bambus, en aðrir birnri borða jafnt kjöt, fisk sem ber og plöntuhluta.

Í erfðamengi pöndunar finnast óvenju mörg gen sem mynda viðtaka fyrir fjölsykrur, sem gæti útskýrt fíkn þeirra í plöntuvef. Á móti eru margar stökkbreytingar í unami geninu, sem myndar viðtaka sem gera dýrum kleift að finna bragð af kjöti. Þetta er vísbending um að pöndur finni hreinlega ekki bragð af kjöti (ímyndið ykkur að borða steik sem smakkast eins og frauðplast!). Þetta mætti útskýra með lífsháttum tegundarinnar, ef enginn í stofninum hefur borðað kjöt í fleiri þúsund kynslóðir þá er ekki náttúrulegt val til að viðhalda unami geninu.

Nú eru bara á milli 2500 og 3000 pöndur eftir í náttúrunni. Það er neyðarkall til þeirra sem vilja varðveita náttúruna.

Önnur ástæða til að varðveita náttúruna er sá möguleiki að einhverstaðar gæti leynst Gene Simmons genið (sbr. spaug af síðu Jerry Coyne - The panda genome revealed).

Alvörugefnara ítarefni:

Matthew Cobb - The panda revealed.

Ruiqiang Li, et al. (2010) The sequence and de novo assembly of the giant panda genome Nature 463:311-318 (einungis ágripið er fríkeypis)

Leiðrétt 29. janúar 2010- áður stóð fjölskyldu bjarndýra í annari málsgrein. Réttara er að segja ættkvísl bjarndýra.  Ég vil þakka Vilhjálmi Berghreinssyni ábendinguna.

Gæslan skimar eftir birni

Erindi: Mjölhaus á föstudaginn

Bogi Andersen vinnur við Læknisfræði- og Lífefnafræðideildir Kaliforníuháskóla í Irvine (Departments of Medicine and Biological Chemistry, University of California, Irvine).

Hann hefur verið að rannsaka myndun þekjufruma, sem koma m.a. að þroskun hársekkja, mjólkurkirtla og augnaloka. Rannsóknirnar hafa leitt hann að umritunarþættinum Grainyhead (sem er kveikjan að titli pistilsins), og hann mun halda erindi næsta föstudag (18. des. 2009 kl 13:00 í 132 í Öskju). Titill erindisins er Grainyhead: an evolutionarily conserved transcription factor for epithelial barrier formation.

Myndin hér til hliðar er af mjólkurkirtlum 6 vikna gamallar músar. Mjólkurgangarnir eru litaðir með bláu, og þeir þræðast inn í vefinn og munu þannig geta safnað saman mjólk sem myndast allsstaðar í músabrjóstinu. Myndin er af síðu rannsóknastofu Boga og félaga.

Bogi er sannur íslendingur og tileinkar hluta vefsíðu rannsóknarhópsins sögunni, sýnir m.a. myndir af bernskuslóðunum í Vestmannaeyjum.

Tilkynning á vef HÍ.

Vefur rannsóknastofu Boga Andersens.

Maís með fleiri gen en maður

Maís er eitt af undrum landbúnaðar. Á nokkrum árþúsunum tókst forfeðrum okkar að beisla villtar plöntur og velja úr afbrigði sem gáfu miklar afurðir. Bændurnir nýttu sér grundvallaratriði þróunarlögmáls Darwins, mannkyninu til hagsbóta.

Tilurð maís úr villtu plöntunni Teosinte er dæmi um mikilfenglegar breytingar vegna ræktunar.

Munurinn er mjög afdrifaríkur eins og sjá má mynd úr kennslubók Barton og félaga, teosinte er vinstra megin, maís hægra megin, og blendingur í miðið (www.evolution-textbook.org).

Nú er svo komið að erfðamengi maísplöntunar hefur verið raðgreint að mjög stórum hluta, sjá greinar í Science vikunnar. Erfðamengi hennar er með um 32000 gen, sem er um 7000 fleiri en það sem finna má í erfðamengi mannsins.

Lengi vel var talið að fyrst að maðurinn væri svona flókinn og fullkominn hlyti hann að vera með 100000 gen.

Myndin hér til hliðar er af forsíðu Science þar sem nokkrar greinar um erfðamengi og breytileika í Maís voru birtar í dag.

Maís hefur lengi verið eftirlæti erfðafræðinga, þeirra þekktust er e.t.v. Barbara MacClintock sem fann í þeim stökkvandi gen (transposable genes - einnig kallað stökklar á íslensku) - og hlaut Nóbelsverðlaunin 1983 fyrir uppgötvun sína.

Stökklar taka þátt í að mynda hina ævintýralegu litadýrð sem einkennir indjánakornið (indian corn). Þakkir hafi þeir fyrir "gjörðir" sínar.

Ítarefni:

Schnable o.fl. The B73 Maize Genome: Complexity, Diversity, and Dynamics Science 20 November 2009: Vol. 326. no. 5956, pp. 1112 - 1115

Uppruni hænsna og nautgripa

Eru minni aksturshæfileikar vörn gegn Parkinsons?

Vísir.is birti þessa sömu frétt í morgun, undir þeim skelfilega titli Umferðagenið er fundið, með öllum þeim göllum sem hugsast getur. Samt fannst ritstjóra mbl.is ástæða til að feta sömu spor út í kviksyndið.

Er "slæmur akstur genunum að kenna" er dæmi um genadýrkun af verstu gerð.

Mogganum til hrós, þá tala þeir ekki um að fólk sé með eða ekki með ákveðin gen. Hann áttar sig á því að það er breytileiki í genunum sem sýnir fylgni við einhvern eiginleika. Í þessu tilfelli gerðu einstaklingar með eina útgáfu af BDNF að meðaltali fleiri skyssu en þeir sem voru með hina útgáfu af geninu. Einnig áttu þeir, að meðaltali, verr með að læra af mistökum í akstursþjálfun.

En mbl.is, vísir.is og flestir aðrir miðlar ræddu ekki um hina hliðina á málinu, stökkbreytingin virðist ekki bara hafa slæm áhrif. Samkvæmt www.news-medical.net:

Rannsóknir hafa sýnt að fólk með þessa útgáfu (samsætu eða allel) af BDNF virðast haldast "vitinu" lengur ef þau þjást af taugahrönunarsjúkdómi á borð við Parkinson, Huntingtons eða mænusigg.

Studies have found that people with it maintain their usual mental sharpness longer than those without it when neurodegenerative diseases such as Parkinson's, Huntington's and multiple sclerosis are present.

Það sem var bærilega athyglisverð uppgötvun (ef sönn reynist) er kannski ennþá forvitnilegri.

Ákveðin stökkbreyting í BDNF geninu virðist draga úr aksturshæfileikum en gæti varið þig fyrir taugahrörnun.

Það versta er að rannsóknin er gerð á 29 einstaklingum, og ég trúi ekki niðurstöðunni fyrr en hún verður staðfest á minnst 200 manna úrtaki. Mikið getur tölfræðin sett leiðinlegar hömlur á annars spennandi sögur.

Á laugardaginn ætlar Joe Cain að segja okkur sögu um Darwin og vitsmuni.

Slæmur akstur genunum að kenna?

Að vera með gen, og vera ekki með gen...

....það er alls ekki spurningin.

Gallar á genum geta verið margskonar, skipti á bösum, innskot eða úrfelling eins eða fleiri basa sem og brot á litningnum sjálfum (sem getur hlutað sundur gen). Það er hins vegar mjög sjaldgæft að heilu genin gufi upp.

Samt er það til siðs að segja að fólk hafi ekki ákveðin gen. Nýjasta dæmið er frétt á vísi.is eftir Atla Steinn Guðmundsson undir fyrirsögninni Umferðargenið er fundið. Atli er með leiftrandi háðskann stíl en á það til að bulla.

Nú þýðir sem sagt ekkert lengur að vera að blikka þá sem aka á 50 á vinstri akrein, geta ekki með nokkru mótið bakkað í stæði og eru heila mínútu að koma sér af stað eftir að græna ljósið er komið. Þeir hafa einfaldlega ekki umferðargenið.

Þetta orðalag er sem söngur afkvæmis yakuxa og Bjögga Halldórs í mínum eyrum (hryllingur sem sagt). Réttara væri að segja að breytileiki í viðkomandi geni hafi áhrif á ökuhæfileika.

Eftir 5 mínútna heimildaleit kom í ljós að rannsóknin sem um ræðir var gerð á 29 bandaríkjamönnum, 22 með eina útgáfu af geninu 7 með aðra. Munurinn á gerðunum er ein amínosýra, ekki það að einn sé með genið og annar ekki.

Að auki, með svo litla sýnastærð jaðrar það við kraftaverk að niðurstöðurnar séu marktækar.

Ítarefni:

McHughen o.fl. BDNF Val66Met Polymorphism Influences Motor System Function in the Human Brain. Cereb Cortex. 2009 Sep 10. [Epub ahead of print]

Af www.news-medical.net Gene variant may be the cause for bad driving: UC Irvine neuroscientists