Forsking på bananfluge og rundorm gir kunnskap om grunnleggjande biologiske prosessar som kan brukast til å forstå korleis vi menneske fungerer.
Av Norunn K. Torheim i GENialt 1/2011
I desember publiserte det vitskaplege tidsskriftet Science to store studiar, utført av hundrevis av forskarar, på bananfluga Drosophila melanogaster og rundormen Caenorhabditis elegans, som er nokre av dei beste modellorganismane vi har. Mange av molekyla som deltek i prosessar i cellene i desse organismane, er dei same som gjer jobben i våre celler. Gena som kodar for desse molekyla, er hushaldsgen som alle organismar treng. Det er fleire fordelar med å studere desse to organismane: Ein kan endre på gena deira og sjå korleis dette påverkar cellene og organismen, og dei har kort livssyklus, slik at ein kan sjå korleis endringar påverkar utviklinga på ulike livsstadium.
Regulering av genuttrykk
Genoma til desse organismane har vi kjent til i over ti år. Men no har ein òg fått ei mengd data om dei fleire titusen ulike RNA-molekyla og proteina som blir laga i organismane, og korleis den genetiske informasjonen er pakka og blir regulert. Bakteriar veks og formeirar seg så lenge dei har næringsstoff. Cellene i kroppen vår er meir finregulerte og formeirar seg berre når kroppen treng nye celler. Cellene våre tek imot signal frå omgivnaden og reagerer med å bli verande som dei er, å vekse og dele seg, eller å drepe seg sjølv dersom det tener organismen som heilskap. Med nye metodar og auka datakapasitet kan ein no gå vidare frå å studere enkeltgen til å utforske genregulering og korleis celler verkar på molekylnivå.
I Science-studiane har dei prøvd å finne ut kva molekyl som er med i dei grunnleggjande prosessane i cellene. Forstår vi dette, kan vi òg prøve å påverke cellene, for eksempel å hindre at dei deler seg ukontrollert slik som ved kreft, og at dei døyr før tida slik som ved Alzheimers sjukdom. Det å omsetje denne typen grunnforsking til medisinsk bruk blir kalla translasjonsmedisin.
Samspel mellom regulatorar
Genoma til fleircella organismar er store og komplekse. Ein har funne funksjonen til berre ein liten del av arvestoffet. Berre éin prosent av genomet til mennesket er gen som blir brukte til å lage RNA som kodar for protein (såkalla bodberar-RNA, messenger RNA – mRNA) og RNA som ikkje kodar for protein (ikkje-kodande RNA, non-proteincoding RNA – ncRNA). Ein halv prosent er DNA som kontrollerer uttrykket av gen. Resten skulle ein då tru var ikkje-funksjonelt fyllstoff – «mørk materie». Men ein ser at det er meir av arvestoffet som er bevart i ulike artar, noko som tyder på at det har ein biologisk funksjon. No som ein lærer meir om korleis strukturen til kromosoma er med på å regulere genuttrykk, kan det vise seg at DNA som har vore rekna som fyllstoff, er viktig for den romlege strukturen og aktiviteten til gena.
Dei nye studiane byggjer på store forsøk der heile genomet er granska med tanke på samspelet mellom alle protein, RNA, DNA og andre regulerande faktorar som påverkar genuttrykk, det vil seie både genetiske og epigenetiske regulatorar i cellene.
I begge studiane har dei sett på korleis dei regulerande faktorane varierer gjennom livssyklusen til organismen og mellom ulike celletypar. Reguleringa er nettverksbasert, med eit hierarki av reguleringsfaktorar. Forskarane trur dei har oppdaga nye funksjonar for fleire gen-, vev- og stadiumspesifikke regulatorar.
Fysikarane samarbeider om det store prosjektet Large Hadron Collider med sikte på å kartleggje grunnleggjande fysiske konstantar og forstå mørk materie. Ifølgje Science er prosjekta modENCODE og ENCODE (sjå faktaboks) like viktige for biologien som Large Hadron Collider er for fysikken. Desse prosjekta vil gi oss ei mengd data som vil forklare korleis organismar fungerer, og kan på sikt kaste lys over «det mørke genomet» og hjelpe oss med å behandle sjukdomar.
FAKTA – Om menneske, bananfluge og rundorm
Nematoden eller rundormen Caenorhabditis elegans har eit arvestoff på 100 millionar basepar. Etter den siste studien meiner ein ormen har ca. 22 000 gen. Ein har òg funne meir av både kodande og ikkje-kodande RNA enn ein har kjent til tidlegare.
Bananfluga Drosophila melanogaster har eit arvestoff på 180 millionar basepar. Fluga har ca. 17 000 gen. Til samanlikning inneheld arvestoffet til mennesket tre milliardar basepar og ca. 22 000 gen.
FAKTA – Epigenetikk , epigenom og kromatin
Epigenetikk er arvbare forandringar i aktiviteten til eit gen som ikkje skuldast sjølve gensamansetninga. Endringane kan vere modifisering av:
- halar på histona, det vil seie proteina som DNA-trådane er kveila rundt. Acetyl- og metylgrupper som enzym set på og tek av histona, er spesielt relevante.
- DNA-et med metylgrupper
Epigenomet er genomet med desse modifiseringane.
Kromatin
Kromatinet består av DNA og dei proteina som er bundne til det, både histon og andre protein. Når eit embryo (befrukta egg) utviklar seg, byrjar det å slå av og på gen. Vi har to meter DNA per celle, og måten DNA-et er pakka på, har mykje å seie for aktiviteten til gena. Kromatinstrukturen varierer frå celletype til celletype, og er saman med protein som slår gen av og på, med på å skilje celletypar frå kvarandre. Om eit DNA-område er for tettpakka og inaktivt eller for lite pakka og overaktivt samanlikna med ei normal celle, kan det føre til sjukdom.
Les meir om epigenetikk i GENialt 2/2010.
FAKTA – ENCODE-prosjekta
ENCyclopedia of DNA Elements
Meininga er å lage leksikon over epigenomet, det vil seie dei faktorane som kan endre uttrykket av gen utan å endre sjølve gena, og som finst langs genomet.
Prosjektet vart lansert av National Human Genome Research Institute i USA i 2003, då genomet til mennesket var kartlagt.
I 2007 var éin prosent sekvensert. Dette vart publisert i Nature.
modENCODE (the Model Organism ENCylopedia of DNA Elements)
Prosjekt starta av National Institutes of Health (NIH) i USA i 2007 for å finne epigenomet til rundormen og bananfluga. Studiane som no er publiserte, er dei fyrste frå dette prosjektet.
Kjelder
- Alberts, B. (2010) Model Organisms and Human Health, Science 330, 1724.
- Blaxter, M. (2010) Revealing the Dark Matter of the Genome, Science 330, 1758–1759.
- Gerstein M. B. et al. (2010) Integrative Analysis of the Caenorhabditis elegans Genome by the modENCODE Project, Science 330, 1775–1787.
- modENCODE Consortium et al. (2010) Identification of Functional Elements and Regulatory Circuits by Drosophila modENCODE, Science 330, 1787–1797.
UNDERSAK – Innsikt i maurgenom kan gi nye maurmiddel
Fire maurartar har nyleg fått arvestoffet sitt kartlagt. Forskarar ønskjer å bruke kunnskap om maurgenoma til å finne ut korleis ein kan bli kvitt maur som skadeinsekt utan bruk av skadelege sprøytemiddel. Både genetikk og epigenetikk (sjå tekstboks) blir viktig her.
Mauren brukar smakssansen og luktesansen til alt frå navigering til sosialisering. Ein har funne overraskande mange gen for desse sansane. Argentinske maur har dobbelt så mange gen for luktreseptorar som honningbia (heile 367 stykke).
Dei kjemiske stoffa som mauren brukar til å kjenne igjen vener og fiendar, kan brukast til maurmiddel. Ein kan for eksempel avdekkje genreguleringa som skal til for å bli dronning, og forstyrre reguleringsprosessen slik at mauren ikkje får formeira seg. Men her må ein vere varsame så ein ikkje får uønska effektar.
Kjelde
