Svínahvað og hróp um úlf

Eins og með allar nýjar pestir er þekking okkar á inflúensuveirunni sem kennd er við svín ákaflega takmörkuð. Veiran er í raun með erfðaefni úr nokkrum áttum en fræðilegt nafn hennar er H1N1.

Veirur, bakteríur og aðrir sýklar eru sífellt að ráðast á aðrar lífverur. Stundum atast þeir í gömlum félögum, t.d. naga sér leið inn í blóðfrumur í tilfelli plasmodíum falciparum (sem veldur mýrarköldu-malaríu) eða dúlla sér í görn mannskepnunar í tilfelli E.coli. En hvern einasta dag er tækifæri fyrir slíka sýkla að herja á aðrar lífverur, t.d. ef E. coli lendir í sár á fæti hunds eða plasmódíum frumdýrið kemst í blóð ísbjarnar (mjög ólíklegt nema í dýragörðum). Í örfáum tilfellum tekst sýklinum að fjölga sér í nýja hýslinum, og ef astæður eru réttar getur hann hafið landnám. Slíkt landnám getur orðið að faraldri ef dreifingarhæfnin er næg og hýsillinn passlega næmur fyrir sýkingu.

Svo virðist sem H1N1 veiran búi yfir slikum eiginleikum. Upplýsingar um nýju veiruna eru af skornum skammti, innrás sem þessi virðir ekki venjulegar leiðir vísindanna til að miðla þekkingu (rannsaka, skrifa, birta grein - sem tekur ár og í besta falli mánuði). Blessunarlega deila heilbrigðisyfirvöld þekkingu sinni, og þið getið verið viss um að fleiri hundruð manns vinna myrkanna á milli við að slípa greiningapróf og þróa bóluefni.

En hættan er raunveruleg. Það getur verið að H1N1 verði ekki að faraldri, en það þýðir ekki að WHO hafir hrópað úlfur af ástæðulausu. Ég ætla ekki að rekja þetta frekar hér en hvet alla til að lesa pistil Ben Goldacre um "svína"flensuna, fréttir og úlfaköll.

155 tilfelli staðfest

Það þarf erfðamengi til

Hvað veldur sjúkdómum? Svörin við þessari spurningu hafa tekið breytingum í gegnum árþúsundin, sumir trúðu því að hreyfingar himintungla eða vanþóknun guðanna orsökuðu lasleika og jafnvel dauða. Blessunarlega leitum við nú að jarðbundnari skýringa, spyrjum um áhrif sýkla, umhverfisþátta og gena. Í sumum tilfellum eru áhrifin sterk og skýr, t.d. getur inflúensuveiran valdið flensu í fólki og of stór skammtur af arseniki dauða. Á sama hátt valda grófir gallar í ákveðnum genum alvarlegum sjúkdómum og dauða. En eins og við höfum bent á áður, eru áhrif gena og galla í þeim afskaplega misjöfn (enginn er eins, stökkbreytirófið, og það sem er frekar sjaldgæft stökkbreyting með sterk áhrif). Og flestar stökkbreytingar á erfðaefninu hafa engin áhrif, eru hlutlausar.

Af einhverri ástæðu leitum við að blóraböggli, einum sekum andskota sem allt illt orsakar. En það er enginn einn einstaklingur ábyrgur fyrir bankahruninu, og það sama á við um sjúkdóma (engin ástæða til að stunda genadýrkun). Flestir sjúkdómar eru afleiðing margra þátta, og samverkunar umhverfis og gena. Þetta er kjarninn í nýútkominn bók  "it takes a genome" ("það þarf erfðamengi til" - forsíða að neðan af síðu FT press) eftir Greg Gibson.

Kjarnasetning bókarinnar er að erfðamengi mannsins er nú komið í nýtt umhverfi, næringin hefur breyst, lífstíll og félagslegt umhverfi með. Afleiðingarnar eru aukin tíðni margra sjúkdóma og einnig spretta upp kvillar sem varla þekktust fyrir einni öld. Gibson (fyrrum leiðbeinandi vor og erfðafræðingur af Gerhings náð) rekur framfarir í mannerfðafræði síðustu ára, og setur fram sannfærandi rök fyrir nýrri sýn á erfðasjúkdóma mannkyns.

Saga mannkyns er einstök, við urðum til í Afríku og höfum á t.t.l. stuttum tíma (100.000 árum) dreifst um alla plánetuna, tekist á við mjög fjölbreytileg búsvæði og lagt allskonar lífverur og afleiður þeirra okkur til munns.

Þrjár megin tilgátur hafa verið settar fram til að útskýra algenga og arfgenga mannasjúkdóma út frá lögmáli Darwins um þróun vegna náttúrulegs vals.

Fyrsta tilgátan er sú að náttúrulegt val getur ekki varið fólk komið úr barneign (og uppeldishlutverki). Í stofni lífvera virkar náttúrulegt val á þá sem eru að þroskast, æxlast og sinna afkvæmum sínum. Þegar genin eru komin til næstu kynslóðar þá verða foreldrarnir óþarfir, og arfbundnir gallar sem valda sjúkdómum í þeim verða ekki hreinsaðir úr stofninum af náttúrulegu vali. Vissulega er mögulegt að hinir eldri auki hæfni afkvæma og barnabarna, með aðhlynningu og andlegri örvun, en áður fyrr endist fólk ekki jafn lengi og nútildags. Meðalaldur vesturlöndum hefur aukist á siðustu 10 kynslóðum, sem leiðir til þess að mun fleiri fylla hóp hinna eldri og fleiri gallar koma upp á yfirborðið. Í gamla daga dóu flestir fyrir fertugt, af vannæringu, sýkingum eða fyrir tilstuðlan ofbeldisfullra sambræðra sinna, og því var ekki stór hópur öldunga til að uppfræða eða hlúa að ungviðinu. Hér er um að ræða hreinsandi áhrif valsins, sem er mikilvægasta og algengast form náttúrulegs vals.

Önnur megin tilgátan var sett fram af Neely. Hvalreka tilgátan ("thrifty hypothesis") staðhæfir að stökkbreytingar sem höfðu jákvæð áhrif í frummanninum hafi slæm áhrif í nútímamanninum. Kenningin er oftast rædd í tengslum við orkubúskap, arfgerðir sem náðu að safna forða í góðæri (þegar hval rak á land) áttu meiri möguleika á að lifa af hallærið. Slíkar arfgerðir væru hins vegar slæmar þegar hval rekur á land daglega, því þá borða viðkomandi of mikið, safna fituforða sem sligar þá að lokum. Helsti annmarki á þessari tilgátu er sá að hún leggur út frá jákvæðu vali, sem við vitum að er frekar sjaldgæft.

Þriðja megin tilgátan, og sú sem Gibson rökstyður með dæmum úr læknisfræði og mannerfðafræði nútímans fjallar um samspil erfða og umhverfis. Margir erfðafræðingar gleyma því að áhrif gena þarf að skilgreina út frá umhverfi, flest gen hafa mismunandi sterk áhrif eftir umhverfi lífverunnar. Skýrt dæmi um þetta er stökkbreyting í Cystatin-c geninu sem veldur heilablóðfalli í ungu fólki. Ástríður Pálsdóttir á Keldum og starfsfólk Íslenskrar erfðagreiningar sýndu fram á að að áhrif Cystatín-c breytingarinnar eru mjög afgerandi í núlifandi Íslendingum en nánast engin í forfeðrum okkar. Meðalaldur arfbera er 30 ár nútildags, en þegar ættartré arfberanna eru skoðuð kemur í ljós að á nítjándu öld lifðu arfberar að meðaltali 65 ár (sjá graf C á mynd hér að neðan - af vefsíðu PLoS Genetics, Pálsdóttir et al 2008). Lífslíkur arfbera hafa minnkað á þessu tímabili um 30-35 ár.

Áhrif annara  stökkbreytinga fara einnig eftir umhverfinu, þótt áhrifin séu e.t.v. ekki jafn afgerandi og í tilfelli Cystatin-c stökkbreytingarinnar.

Gibson leggur áherslu á að við breytingar í neysluvenjum, tíðni og gerð sýkinga, loftslagi og daglengd hafi erfðamengi okkar verið flutt úr sínu upprunalega umhverfi og þá afhjúpist hulinn erfðabreytileiki. Stökkbreyting sem áður var hlutlaus getur haft neikvæð áhrif í nýju umhverfi. Og þar sem stutt er síðan mannkynið skipti um umhverfi (kornrækt hófst fyrir ~10.000 árum) þá hefur hreinsandi val ekki haft nægan tíma til að fjarlæga skaðlegar stökkbreytingar úr stofninum.

Áhrif tiltekinna stökkbreytinga þurfa ekki alltaf að vera neikvæð (þótt meirihluti þeirra sé það!), og dæmi finnast um samsætur gena sem vernda einstaklinga gegn hættum heimsins. T.d. eru einstaklingar með ákveðna stökkbreytingu í CCR5 viðtakanum þolnir gagnvart HIV sýkingum. Verndin sem slíkar jákvæðar stökkbreytingar miðla er vitanlega bundin við arfbera, eða þá sem eru arfhreinir um viðkomandi samsætur, en í fyllingu tímans munu slíkar stökkbreytingar aukast í tíðni og að endingu festast í stofninum (þ.e. ef t.d. HIV verður viðloðandi sýking í manninum - þá viðhelst þrýstingur fyrir CCR5 stökkbreytingunni). Þannig veljast úr ákveðnar gerðir fyllilega náttúrulega.

Með því að samtvinna lögmál erfða og þróunar fáum við því skýrari sýn á sjúkdóma er hrjá mannkynið. Slík sýn opnar möguleika á að skilgreina gen, líffræðileg ferli og umhverfisþætti sem ýta undir ákveðnar meinsemdir og kvilla. Darwin og þróun eiga því heima í læknisfræði nútímans því maðurinn er þegar öllu er á botninn hvolft bara einn kvistur á lífsins tré.

Ítarefni.

Einn kafli bókarinnar "It takes a genomeI" er aðgengilegur á netinu, á heimasíðu FT press.

Einnig er mælt með bókinni í Newsweek.

Erindi um samtöl fruma

Í dag, 5 febrúar 2009 verður geysispennandi erindi um ávaxtaflugur. Þær eru undurfallegar og alger gullnáma fyrir rannsóknir á þroskun og genastarfsemi. Saman ber mynd af augnforvera og taugastilki sem tengist við heilabú flugunnar. 

Mynd var fjarlægð - meðan greinin var enn í vinnslu.

Myndina tók Sigríður R. Franzdóttur, sem nýverið lauk doktorsverkefni um þroskun tauga í heila ávaxtaflugunar, frá Háskólanum í Muenster. Rannsóknir hennar gengu út á að greina samskipti (samtal) sem eiga sér stað þegar angar taugafruma ferðast um heila flugunnar, á meðan á þroskun stendur. Sigríður sýndi fram á að ákveðin gen og boðferli eru nauðsynleg fyrir samskipti milli taugafrumanna og taugatróðsfruma. Það er mjög forvitnilegt að vita að mörg þessara gena eiga sér hliðstæðu í mönnum og kúm.

Kýr eru frábærar, þær lengi lifi.

Miklar líkur eru á að erindi Sigríðar á fræðslufundi Keldna verði ljómandi skemmtilegt.

Skynja segulsvið, en bara í birtu.

Margar fréttir sem lenda undir liðnum Veröld á mbl.is eiga meira skylt við atriði úr sirkusum fortíðar: tvíhöfða lamb, kona með hár á bakinu, maður sem lifði 100 hæða fall. Undarlegir atburðir gerast, sjaldgæfar stökkbreytingar með afdrifarík áhrif á þroskun (tvíhöfðar, eineygt naut) en allir eru þessir atburðir ólíklegir.

En í hópi frávika má finna djúpstæð fyrirbæri. Vissulega er sú hugmynd að kýr skynji segulsvið jarðar frekar fjarstæðukennd, en niðurstöður sem benda til þess atarna voru birtar af Sabine Begall og félögum nýlega i PNAS (sjá agrip á ensku).

Kýrnar og reyndar dádýr einnig virðast skynja segulsviðið og þar sem marktækt fleiri fleiri gripir snúa í norður-suður stefnu en aðrar áttir. Ekki er ástæða til annars en að halda að skynjun ferfætlinganna sé ómeðvituð, þótt möguleiki á hinu gagnstæða setji upp forvitnilegan veruleika (mér líður illa í dag, þar sem ég sofnaði þvert á segulsviðið - sagði upplýsta nýaldarkýrin).

James Randerson hjá the Guardian velti upp spurningunni hvort menn skynji segulsvið (mynd að ofan úr grein hans).

BBC gerði niðurstöðunum ágæt skil og tilgreindu meðal annars að Google Earth hafði verið notað við rannsóknina. Nú til dags eru fullt af tólum og gagnasettum aðgengileg á vefnum, nokkuð sem ég legg áherslu á við nemendur mína í líffræði.

Líffræðingar hafa lengi velt vöngum yfir því hvernig segulsvið er skynjað, og í þessum mánuði birtist grein í Nature sem varpar ljósi á þá spurningu. Gegear og félagar skoðuðu erfðabreyttar ávaxtaflugur og sýndu fram á að cryptochrome prótín er nauðsynlegt fyrir segulskynjun. Cryptochrome er prótín sem skynjar ljós af ákveðnum bylgjulengdum. Það leiddi Gegear og félaga til þess að prófa hvort segulskynjunin væri ljósháð.

Viti menn, flugurnar þurftu ljós til að skynja segulsviðið. Þótt vissulega sé athyglisvert að nautgripir geti skynjað segulsvið, eru niðurstöður Gegear og félaga þær merkilegustu framfarir í þessum fræðum um ára bil.

Rannsókninni er gerð betri skil á vefsíðunni Science News, með fyrirtaks skýringarmyndum.

Innbyggður áttaviti kúa: Snúa í norður

Helsingjar, erfðabreytt bygg og líming á DNA

Undir lok skólaárs er alltaf mikið fjör, ritgerðir, próf og í tilfelli framhaldsnema varnir. Framhaldsnemar sem ljúka rannsóknarverkefni þurfa að flytja erindi um rannsóknir sínar, og að geta svarað gagnrýnum spurningum. Slík eldskírn er flestum holl, íslendingar mættu oft vera duglegri að standa upp fyrir framan hóp fólks, kynna málstað, hugmyndir eða rannsóknir. Reyndar farnast löndum okkar ágætlega í rituðu formi samanber pistla á vefsíðum, en við þurfum að þjálfa ungt fólk í að halda erindi. Þrátt fyrir það er ég viss um að erindi sem flutt verða af framhaldsnemum í líffræði á morgun og föstudag verða hvert öðru betra. Um er að ræða þrjú erindi, sem sýna breidd líffræðinnar í dag.

Meistaraverkefni Þórdísar Vilhelmínu Bragadóttur snýst um atferli Helsingja í Skagafirði. Þeir millilenda hér á leiðum sínum til og frá Grænlandi, aðallega til að bæta á sig fæðu. Erindið verður föstudaginn 16. maí 2008, kl 14:15 í sal N-132 í Öskju, náttúrufræðahúsi, Sturlugötu 7.

Aðalheiður Arnarsdóttir þróaði í meistaraverkefni sínu aðferðir til að stýra framleiðslu framandi prótína í byggi. Það er mikil þörf á framleiðslukerfum fyrir lífvirk efni, t.d. prótín, og ORF líftækni hefur hannað og standsett mjög öflugt kerfi til að mæta þessari þörf. Niðurstöður sínar kynnir Aðalheiður föstudaginn 16. maí 2008, kl 16:00 í sal N-132 í Öskju, náttúrufræðahúsi, Sturlugötu 7.

Þriðja erindið flytur Gísli Gunnar Gunnlaugsson um fjórðaárs verkefni sitt. Það fjallar um starfsemi DNA lígasa í bakteríum, sem eru ensím líma saman DNA þræði. Þau eru t.d. nauðsynleg í viðgerð á DNA, því brotið DNA getur leitt til litningabrengla og margskonar sjúkdóma. Erindi Gísla verður fimmtudaginn 15. maí 2008, kl 15.00 í sal N-132 í Öskju, náttúrufræðahúsi, Sturlugötu 7.

Hvert um sig eru verkefnin hluti af stærri heildamynd, það er þannig sem þekking byggist upp, tilraun fyrir tilraun. Hlutaðeigandi er óskað hjartanlega til hamingju.