Hvað þýðir það að erfðavísar séu ónýtir og hafa þeir áhrif á svipfar?

Gen (erfðavísar) eru mikilvægasti hluti erfðaefnisins. Erfðaefnið DNA eru tvíþátta þræðir sem mynda litningana. Við manneskjurnar fáum eitt sett af litningum frá móður og eitt sett frá föður. Því höfum við tvö heil eintök af flestum okkar genum - eitt frá hvoru foreldri. Það er kallað að vera tvílitna. Algengast er að dýr séu tvílitna en bakteríur eru flestar einlitna. Arnar Pálsson. „Hvað þýðir það að erfðavísar séu ónýtir og hvernig kemur slíkt fram í svipgerð fólks?“. Vísindavefurinn 4.5.2015. http://visindavefur.is/?id=69712.
Stökkbreytingar eru frávik í erfðaefninu. Þær geta myndað nýjar útgáfa af geni (oft auðkennt sem a) - miðað við upprunalegu (forfeðra) útgáfuna (auðkennt sem A). Á meðan a er fátíð í stofninum, finnst hún nær eingöngu í einstaklingum með Aa arfgerð. Ef a verður algengari aukast líkurnar á að aa einstaklingar verði til. Í lífverum finnst heilmikill erfðabreytileiki sem er upprunalega af völdum stökkbreytinga. Stökkbreytingar má flokka eftir mögulegum áhrifum á hæfni lífvera. Þær geta verið skaðlegar, hlutlausar eða jákvæðar. Jákvæðar breytingar eru hráefni fyrir náttúrulegt val en hlutlausar breytingar hafa engin áhrif. Skaðlegar breytingar draga hins vegar úr lífslíkum eða frjósemi, oftast vegna þess að þær eyðileggja gen eða raska virkni þeirra. Til að vita hvernig gen skemmast þurfum að við að skilja uppbyggingu þeirra. Gen eru samsett úr ólíkum hlutum, til dæmis stjórnröðum og táknröðum. Þær síðast töldu skrá fyrir hlutum prótíns sem genið er forskrift að. Punktbreytingar leiða til skipta á stökum bösum (DNA er samsett úr A, C, G og T bösum). Punktbreyting á basa í mikilvægum hluta gens, getur eyðilagt það. Einnig eru þekktar úrfellingar og innskot á bösum eða jafnvel brot og tilflutningur á litningabútum (litningabreytingar). Ef breyting fellir út hluta gens eða leiðir til skipta á mikilvægri amínósýru, getur það haft alvarleg áhrif og jafnvel óvirkjað prótín-afurð gensins. Segja má að slík gen séu ónýt. Aðrar stökkbreytingar eru vægari. Gen geta því skemmst á ótal vegu, og mismikið.

 

 

Stökkbreytingar eru af nokkrum gerðum, fjórar þeirra eru sýndar hér. Punktbreytingar eru skipti á stökum bösum. Einnig finnast úrfellingar, innskot eða jafnvel umhverfur á styttri eða lengri bútum DNA. Litningabreytingar, brot, úrfellingar, fjölfaldanir og tilflutningur á litningabútum eru ekki skýrðar hér.

Það veltur á erfðafræðilegum og þróunarfræðilegum lögmálum hvaða áhrif ónýt gen hafa á svipfar (svipfar eða svipgerð er safn allra einkenna einstaklings). Maðurinn hefur um 20.000 gen sem hvert um sig gegna ólíkum hlutverkum. Sum gen eru nauðsynleg í öllum frumum líkamans, á meðan önnur eru sérhæfðari (til dæmis bara notuð í húð eða munnvatnskirtlum). Erfðabreytileiki í einu geni hefur ekki sömu áhrif og erfðabreytileiki í öðru geni. Lífvera kann að lifa af án gens sem framleiðir munnvatnsensím, en ekki án gens nauðsynlegt öllum frumum líkamans. Við erum öll með margar skaðlegar breytingar, á arfblendnu ástandi. Ef við fengum til dæmis ónýtt eintak af geni X frá pabba, en heilt eintak frá mömmu, þá erum við arfblendin (Xx). Sú staðreynd að við erum tvílitna veitir okkur vernd fyrir ónýtum genum. Þetta er kallað erfðabyrðin (e. genetic load) sem við berum öll. Erfðabyrðin veldur því að í hverri kynslóð geta runnið saman kynfrumur með skaðlegar breytingar í sama geni. Ef genið er mjög mikilvægt og stökkbreytingin skaðleg, aukast líkur á fósturláti. Í öðrum tilfellum þroskast viðkomandi að því er virðist eðlilega þrátt fyrir að vera arfhreinn um gallað gen, en þjáist ef til vill af sjúkdómi síðar á lífsleiðinni. Í enn öðrum tilfellum hefur það engin áhrif ef einstaklingurinn er arfhreinn um ónýtt gen.

 

 

Stökkbreytingar sem eyðileggja gen geta haft mismikil áhrif eftir því hvaða geni þær raska. Sýndar eru tvær fjölskyldur með galla í genunum A og B, karlar eru merktir með kassa og konur hringjum. Í efri línu eru foreldrar sem eru báðir arfblendnir um stökkbreytingu (t.d. Aa). Lifandi einstaklingar eru auðkenndir með opnum táknum en hringur fylltur með gráum lit táknar konu sem dó vegna þess að hún var arfhrein um galla í ákveðnu geni (aa). Hinsvegar lifir kona sem er arfhrein um galla í öðru geni (bb) eðlilegu lífi. Athugið að kynið skiptir ekki máli, í þessu tilbúna dæmi voru settar þrjár systur í hvora fjölskyldu til einföldunar.

Rannsóknir á bakteríum, gersveppum og flugum hafa sýnt að ekki eru öll gen lífsnauðsynleg. Gersveppur getur til dæmis lifað ágætu lífi í rækt, þegar hann er arfhreinn um úrfellingu á heilu geni. Reyndar eru innan við 10% af genum sveppsins lífsnauðsynleg. Nýleg rannsókn Íslenskrar erfðagreiningar sýndi að um 8% Íslendinga eru arfhreinir um sködduð eða „ónýt” gen. Genin sem um ræðir eru um 6% af erfðamengi okkar, um 1200 gen í allt. Algengast er að finna galla í lyktaviðtakagenum, sem er reyndar einnig algengt meðal ættingja okkar í aparíkinu.

Hér virðist felast mótsögn. Hví hefur maðurinn (eða sveppurinn) ákveðið gen ef hann getur lifað án þess?

Erfðafræðin og þróunarfræðin hefur nokkrar útskýringar á svona fyrirbærum. Í fyrsta lagi er sýnd (e. penetrance) gena og erfðabreytileika misjöfn. Tveir einstaklingar með sömu erfðasamsetningu (til dæmis arfhreinir um skaddað gen aa), fá ekki endilega sömu svipgerð. Í öðru lagi er tjáning (e. expressivity) arfgerða ekki alltaf sú sama. Tveir einstaklingar með sömu erfðasamsetningu fá ekki alltaf jafnsterk einkenni. Þriðja útskýringin er sú að sum gen eru skyld, og geta hjálpast að. Ef eitt gen er gallað, getur nærskylt gen stundum leyst hlutverk þess nægilega vel. Í fjórða lagi getur verið að viðkomandi gen séu ekki mikilvæg við allar aðstæður, til dæmis bara í hörðu ári eða þegar ákveðið sníkjudýr eða pest herjar. Að endingu má segja að lögmál erfða og þróunar, og samspil tilviljana, erfða og umhverfis geti útskýrt af hverju sumir geta lifað ágætu lífi með ónýt gen.
Samantekt:

• Ónýt gen eru vegna stökkbreytinga sem eyðileggja mikilvæga hluta gena.
• Slíkar stökkbreytingar geta á arfhreinu formi valdið dauða eða sjúkdómum.
• Stundum lifir fólk góðu lífi þrátt fyrir að vera arfhreint um gölluð gen.
• Ástæður þess eru margar, til dæmis bygging gena, skyldleiki gena, ólíkt mikilvægi gena og heppni.
• Sú staðreynd að við erum tvílitna veitir okkur vernd fyrir ónýtum genum.

Heimildir og mynd:

• Guðmundur Eggertsson.Hver er munurinn á erfðagalla og erfðasjúkdómi? Vísindavefurinn, 20.11.2002.
• Guðmundur Eggertsson. Af hverju verða stökkbreytingar? Vísindavefurinn, 13.8.2003.
• Winzeler EA, Shoemaker DD og 50 aðrir. Functional characterization of the S. cerevisiae genome by gene deletion and parallel analysis. Science. 1999 Aug 6;285(5429):901-6.
• Patrick Sulem, Hannes Helgason, og 17 aðrir. Identification of a large set of rare complete human knockouts. Nature Genetics, 2015 doi:10.1038/ng.3243
• Mynd: Biology 442, Human Genetics -Mutations. (Sótt 21. 4. 2015).

Athugasemdir

[Jón Þórhallsson, 7.5.2015 kl. 12:18]

Hvað gera bændur við skepnur sem að eru í andstöðu við þeirra þróunnarmarkmið?

http://www.gaysitgespride.com/