Svipfarsmengi og erfðamengi

Svipfar og erfðir, tvö af eilífðar viðfangsefnum líffræðinga. Af þessu tvennu er erfðamengið nú orðið auðveldara viðfangs. Lengstum var auðveldara að mæla fólk, hæð þess, þyngd, kyn og hlaupagetu, en nú er svo komið að erfðamengið er fljótlegra í greiningu.

Erfðamengi manns samanstendur af 23 litningum, sem hver kemur í tveimur útgáfum (ein frá mömmu og ein frá pabba). Að auki leggur mamma til lítinn u.þ.b. 16.000 basapara langan litning í orkustöðu frumna, hvatberanum. Hinir venjulegu litningar eru tröllauknir við hliðina á DNAbútnum í hvatberanum, og saman telja þeir um 6.4 milljarða basa (6.400.000.000). Ef litningarnir væru skrifaðir út í sömu leturstærð og nöfn í símaskrá, þyrfti um 200 símaskrár til að rita út eitt erfðamengi (miðað við 1000 bls. skrár). Það tæki nokkrar kvöldstundir að lesa þá doðranta, en blessunarlega höfum við tæknina okkar megin.

Erfðatækni, eðlisfræði og lífefnafræði gera okkur kleift að taka DNA sýni úr einstaklingum, og lesa litninga þeirra í milljónum búta. Síðan taka ofurtölvur við og forrit sem púsla herlegheitunum saman og segja okkur hvernig litningarnir eru upp byggðir. Þetta er raðgreining erfðamengis. Árið 2001 var tilkynnt um raðgreiningu erfðamengis mannsins, en rúmlega 10 árum síðar eru hundruðir ef ekki þúsundir erfðamengja raðgreind.

En hvers vegna að raðgreina erfðamengi mismunandi einstaklinga?

Ástæðan er sú að erfðamengin eru ólík. Litningarnir sem við fáum frá pabba og mömmu eru ekki eins. Í erfðaefninu eru frávik, breytingar á stökum bókstöfum (bösum) eða stærri hlutum (jafnvel heilum genum eða litningahlutum). Núna er getum við borið saman erfðamengi og greint slík frávik, stökkbreytingar sem eru í erfðamengi þess fólks sem við skoðum. Þegar bókhaldið er skoðað kemur í ljós að a.m.k. 15.000.000 staðir í erfðamenginu eru breytilegir. Það er algerlega augljóst, erfðafræðilega allavega, að allir eru einstakir!

En hvaða áhrif hafa stökkbreytingarnar?

Flestar stökkbreytingar hafa engin áhrif á svipfarið. En sumar hafa áhrif, sem sést t.d. á því að hæð er bundin erfðum. En hvaða breytingar bera áhrifin milli kynslóða? Það vitum það ekki - nema framkvæma kortlagningu. Þá þurfum við að skoða svipfar (t.d. hæð) hjá hópi fólks, og skoða margar stökkbreytingar í hverjum einstaklingi. Síðan þurfum við að gera tölfræðipróf og kanna hvort að samband sé á milli einhverrar stökkbreytingar og hæðar. Ef mjög sterkt samband finnst milli einnar stökkbreytingar og eiginleikans, og/eða það hefur verið sannreynt í mörgum hópum - ályktum við að stökkbreytingin hafi eitthvað með hæð að gera. Ef stökkbreyting sýnir ekki samband við hæð, þá er mögulegt að hún hafi áhrif á einhvern annan eiginleika (t.d. fituprósentu eða greind).

Svipfarsmengið er óravítt

Erfðamenginu er hægt að troða í nokkrar símaskrár. En svipfarsmengið er að öllum líkindum óendanlegt. Það er nógu einfalt í upphafi að telja upp eiginleika: kyn, hæð, þyngd, hlaupageta, greind, stærð eyrnasnepla og frjósemi. En er fljótt að flækjast. Tökum þyngd sem dæmi. Hún sveiflast heilmikið yfir ævina. Eigum við þá að skrá þyngd við fæðingu, og hverjum afmælisdegi eftir það? Eða skiptir máli að sumir borða mjög mikið, en horast þess á milli? Einnig má tíunda félagslega eiginleika og skapgerð, færni til samskipta, söngs eða íþrótta, allt svipfarseiginleika sem vel er hægt að mæla. Og ef við förum inn í líkamann finnst urmull svipgerða, t.d. stærð, hlutföll og lögun líffæra og beina. Hvað þá virkni líffæra, einstakra ensíma, æða eða hára? Ef þessu væri haldið áfram, er ég nokkuð viss að 200, 1000 blaðsíðna símaskrár myndu duga skammt.

En hvers vegna viljum við skoða þessi tæknilegu smáatriði? Áhugamenn um fótbolta eru ekki að velta sér upp úr þykkt læra Cristiano Ronaldo (nema örvæntingafullar eiginkonur og ánægðar engrakonur).

Hví vilja líffræðingar og læknar mæla ensím í meltingarvegi, stærð heilastöðva og gönguhraða?

Vegna þess að slíkir eiginleikar tengjast líffræði sjúkdóma. Mikið eða lítið magn viðeigandi amýlasa segir til um hversu vel viðkomandi meltir sterkju. Stærð ákveðinna heilastöðvar tengist Alzheimer sjúkdómnum og gönguhraði hefur spágildi hvað varðar lífslíkur.

Að lokum, maðurinn er undarleg og heillandi fyrirbæri. Með því að kafa í óravíddir erfðamengisins og blaða í svipfarsmenginu sést að hann er e.t.v. margslungari vera en okkur grunaði. En áður en við rúllum upp úr sjálfsdýrkun, er ágætt að rifja upp að blessaður laxinn er líka flókinn (erfðamengi hans er áþekkt okkar að stærð en samt með fleiri gen en við, en hann ekki jafngóður í fótbolta.

Kveikjan að þessum pistli var frétt um vísindaafrek Hjartaverndarmanna. Þeir slógu í púkkið með nokkrum erlendum hópum (og Íslenskri Erfðagreiningu, í einni greininni), og kortlögðu erfðaþætti sem tengjast stærð og ummál höfuðkúpu, heilastöðva, stærð höfuðkúpu barna og beinþykkt og beinbrotshættu (sjá yfirlit á vef Nature Genetics og umfjöllun RÚV - Kortleggja helstu líffærakerfi líkamans.