Znajdź zawartość
Wyświetlanie wyników dla tagów 'genom' .
Znaleziono 35 wyników
-
Naukowcy z Instytutu Podstaw Informatyki PAN, Instytutu Nenckiego PAN, Uniwersytetu Warszawskiego opracowali pierwszy, kompleksowy „Atlas obszarów regulatorowych aktywnych w glejakach o różnym stopniu złośliwości”, który ujawnił zaburzenia ekspresji genów i nowy mechanizm regulujący inwazyjność złośliwych guzów mózgu. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Communications. Ludzki genom to ogromny zbiór instrukcji, które są odczytywane i interpretowane, aby wyprodukować białka komórkowe i umożliwić różnorodne funkcje komórek i tkanek. DNA kodujące białka stanowi mniej niż 2% ludzkiego genomu, a odszyfrowanie funkcji pozostałych, niekodujących regionów, stanowi wielkie wyzwanie. W każdej tkance aktywnych jest kilkadziesiąt tysięcy genów, a zrozumienie sposobu ich regulacji pozwala lepiej wniknąć w funkcje komórki. W komórce nić DNA jest owinięta wokół białek zwanych histonami i tworzy wysoce zorganizowaną strukturę zwaną chromatyną. Zmiany biochemiczne histonów przyczyniają się do otwartości lub braku dostępu do chromatyny, i mogą pobudzać lub hamować ekspresję genów (procesy te nazywamy epigenetycznymi). Enzymy mogą odczytywać instrukcje zawarte w DNA tylko w miejscach chromatyny, które są otwarte, co oznacza, że są dostępne dla enzymów. Mapowanie regionów regulatorowych i otwartej chromatyny w skali całego genomu zapewnia wgląd w to, jak geny są regulowane w określonych komórkach i stanach fizjologicznych lub patologicznych. Zmiany w dostępności chromatyny są regulowane przez procesy epigenetyczne, które zapewniają ich trwałość, wpływają na odczytywanie konkretnych genów, a w konsekwencji na procesy komórkowe. Rozregulowanie ekspresji genów często towarzyszy rozwojowi nowotworów. Procesy regulujące otwartość chromatyny są odwracalne i można je kontrolować czynnikami zewnętrznymi, zatem sterowanie dostępnością chromatyny ma duży potencjał kliniczny. Glejaki są guzami mózgu, w których często dochodzi do zaburzenia kontroli ekspresji genów, co powoduje niekontrolowany rozrost guza i zaburzenia funkcji mózgu. Złośliwe glejaki najczęściej występują u osób starszych, są odporne na standardowe terapie i dlatego mają bardzo złe rokowania. Łagodne glejaki występują głównie u dzieci i mają lepsze rokowania, choć nieleczone, mogą przekształcić się w złośliwe nowotwory. Współpracując z neurochirurgami z warszawskich ośrodków klinicznych zebrano unikalną kolekcję próbek i przeprowadzono kompleksową, cało-genomową analizę wzorców epigenetycznych w próbkach guzów łagodnych i złośliwych. Porównanie wzorców pozwoliło wskazać konkretne procesy powiązane ze złośliwością glejaków. W projekcie po raz pierwszy zbadano jednocześnie wzorce otwartości chromatyny, stanu histonów, metylacji DNA i ekspresji genów w ponad 30 próbkach guzów mózgu. Wykorzystano wszystkie wskazówki molekularne, aby zidentyfikować elementy regulatorowe, takie jak promotory, które kontrolują ekspresję sąsiednich genów i wzmacniacze, które sterują ekspresją odległych genów. Stworzony przez naukowców Atlas, do którego można uzyskać dostęp za pośrednictwem serwera internetowego, pozwala lepiej zrozumieć znaczenie niekodujących regionów genomu, które są aktywne w mózgu. Ujawnił też nowe mechanizmy sterujące nowotworzeniem w guzach mózgu. Nasze badania doprowadziły do powstania pierwszego, kompleksowego atlasu aktywnych elementów regulatorowych w glejakach, który umożliwił identyfikację funkcjonalnych wzmacniaczy ekspresji i promotorów w próbkach pacjentów. To kompleksowe podejście ujawniło wzorce epigenetyczne wpływające na ekspresję genów w łagodnych glejakach oraz nowy mechanizm powiązany ze złośliwością guzów obejmujący ścieżkę sygnałową kierowaną przez czynnik FOXM1 i kontrolująca inwazyjność i migracje komórek glejaka. Atlas dostarcza ogromnego zbioru danych, które można wykorzystać do kolejnych analiz i porównań z istniejącymi i nowymi zbiorami danych. Pozwoli to na nowe odkrycia i lepsze zrozumienie mechanizmów rozwoju glejaków – mówią dr Karolina Stępniak i dr Jakub Mieczkowski, główni autorzy publikacji. Stworzenie i udostępnienie atlasu aktywnych obszarów regulatorowych w glejakach o różnym stopniu złośliwości umożliwi dokonywanie nowych odkryć i lepsze zrozumienie mechanizmów kluczowych dla rozwoju glejaków. « powrót do artykułu -
Niektórzy ludzie bardzo ciężko przechodzą zarażenie SARS-CoV-2 i wymagają hospitalizacji, podczas gdy inni wykazują jedynie łagodne objawy lub nie wykazują ich wcale. Na przebieg choroby wpływa wiele czynników, a wśród nich, jak się okazuje, są też czynniki genetyczne. A konkretnie geny, które odziedziczyliśmy po neandertalczykach. Jak dowiadujemy się z najnowszego numeru Nature, badania prowadzone na Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) wykazały, że osoby posiadające pewne warianty genetyczne w jednym z regionów na chromosomie 3, są narażone na większe ryzyko ciężkiego przebiegu COVID-19. Okazuje się, że u ludzi tych region ten jest niemal identyczny z odpowiadającym mu regionem DNA neandertalczyka, który przed 50 000 lat żył na południu Europy. Dalsze badania wykazały, że Homo sapiens, krzyżując się z neandertalczykiem, odziedziczył ten wariant przed około 60 000 lat. To niesamowite, że genetyczne dziedzictwo neandertalczyków może mieć tak tragiczne konsekwencje podczas obecnej pandemii, mówi profesor Svante Pääbo, który kieruje Human Evolutionary Genomics Unit w OIST. W ramach projektu COVID-19 Host Genetics Initiative naukowcy przyjrzeli się DNA ponad 3000 osób, w tym ludziom, którzy byli hospitalizowani z powodu COVID-19, jak i osobom, które zaraziły się, ale nie wymagały hospitalizacji. W chromosomie 3 zidentyfikowano region, którego budowa decydowała o tym, czy po zarażeniu SARS-CoV-2 osoba chora będzie wymagała hospitalizacji. Region ten jest bardzo długi, składa się z 49 400 par bazowych. Występujące w nim zmiany związane z większą podatnością na poważny przebieg choroby są ściśle ze sobą powiązane. Jeśli u kogoś występuje jeden wariant genu decydującego o większej podatności, to najprawdopodobniej będzie miał wszystkie 13. Jako że już wcześniej wiadomo było, że tego typu zmiany odziedziczyliśmy po neandertalczykach lub denisowianach, profesor Pääbo i współpracujący z nim profesor Hugo Zeberg z Instytutu Antropologii Ewolucyjnej im. Maxa Plancka, postanowili sprawdzić, czy tak jest i w tym przypadku. Okazało się, że neandertalczyk z południa Europy posiadał niemal identyczne zmiany w genomie, natomiast dwóch neandertalczyków z południa Syberii i denisowianin zmian takich nie mieli. Po tym odkryciu naukowcy postanowili jeszcze sprawdzić, skąd u H. sapiens takie warianty. Czy odziedziczyliśmy je po wspólnym przodku z neandertalczykiem, czy też trafiły one do naszego genomu w wyniku krzyżowania się z Homo neanderthalensis. W pierwszym przypadku wariant powinien być obecny w naszym genomie od około 550 000 lat, w drugim może nawet zaledwie od 50 000 lat. Po badaniach profesorowie Pääbo i Zeberg doszli do wniosku, że warianty takie trafiły do naszego genomu przed około 60 000 laty. Jak informuje profesor Zeberg, osoby ze zmianami genetycznymi odziedziczonymi po neandertalczykach są narażone na 3-krotnie większe ryzyko, że będą wymagały podłączenia do respiratora. Wspomniane warianty genetyczne są najbardziej rozpowszechnione w Azji Południowej. Praktycznie nie występują w Azji Wschodniej, ani w Afryce. « powrót do artykułu
-
W 2017 roku Gregory Poore przeczytał w Science artykuł, którego autorzy opisywali mikroorganizmy obecne u pacjentów z nowotworami trzustki i informowali, że mikroorganizmy te rozkładają lek powszechnie stosowany przy leczeniu tego rodzaju nowotworu. Młodego naukowca zaintrygował wówczas pomysł, że wirusy i bakterie mogą mieć większy niż się sądzi udział w rozwoju nowotworów. Teraz Poore jako doktorant w University of California San Diego School of Medicine, pisze doktorat pod kierunkiem profesora Roba Knighta, dyrektora Center for Microbiome Innovation. Poore i Knight wraz z interdyscyplinarnym zespołem współpracowników stworzyli nowatorką metodę identyfikacji chorych na nowotwory. Ich metoda pozwala też często stwierdzić, jaki rodzaj nowotworu ma konkretna osoba. Diagnoza jest stawiana na podstawie analizy wzorców wirusowego i bakteryjnego DNA obecnych w krwi pacjenta. Dotychczas niemal zawsze uznawano, że guzy nowotworowe to środowisko sterylne i nie brano pod uwagę złożonych wzajemnych wpływów pomiędzy komórkami nowotworowymi, bakteriami, wirusami i innymi mikroorganizmami zamieszkującymi nasze ciała, mówi Knight. W naszych ciałach mamy więcej genów różnych mikroorganizmów niż naszych własnych genów, więc nic dziwnego, że na ich podstawie możemy zdobyć istotne informacje dotyczące naszego zdrowia, dodaje uczony. Naukowcy najpierw skorzystali z The Cancer Genome Atlas. To baza danych prowadzona przez amerykański Narodowy Instytut Raka i prawdopodobnie największa na świecie gaza zawierająca informacje na temat genów mikroorganizmów znalezionych z ludzkich guzach nowotworowych. Naukowcy mieli tam dostęp do 18 116 próbek guzów pobranych od 10 481 pacjentów z 33 rodzajami nowotworów. Zespół Knighta i Poore'a przeanalizował te dane w poszukiwaniu wzorców. Obok wzorców znanych, takich jak np. związek wirusa brodawczaka ludzkiego z rakiem szyjki macicy czy związek między Fusobacterium, a nowotworami układu pokarmowego, zauważono inne sygnatury mikroorganizmów, które były specyficzne dla różnych nowotworów. Stwierdzono np. że obecność Faecaliabacterium jest tym, co odróżnia raka jelita grubego od innych nowotworów. Na podstawie tych danych naukowcy wytrenowali setki modeli do maszynowego uczenia się i sprawdzali, czy są one w stanie powiązać wzorce genomu mikroorganizmów z konkretnymi nowotworami. Okazało się, że komputery są w stanie postawić diagnozę na podstawie samych tylko danych z genomu mikroorganizmów znalezionego we krwi pacjenta. W kolejnym etapie badań naukowcy usunęli z bazy dane dotyczące III i IV stopnia rozwoju nowotworów. Mimo to modele komputerowe nadal stawiały prawidłową diagnozę, co oznacza, że były w stanie odróżnić nowotwory na wcześniejszych etapach rozwoju. Jakby tego było mało, modele działały nawet wówczas, gdy z wykorzystywanej przez nie bazy usunięto ponad 90% danych. Uczeni postanowili pójść o krok dalej i sprawdzić, czy modele te przydadzą się do rzeczywistego diagnozowania chorych. W testach wzięło udział 59 pacjentów z nowotworem prostaty, 25 z nowotworem płuc i 16 z czerniakiem. Plazmę z krwi każdego z tych pacjentów porównano z innymi oraz z 69 zdrowymi osobami z grupy kontrolnej. Okazało się, że w większości przypadków modele były w stanie odróżnić osobę z nowotworem od osoby zdrowej. Komputery prawidłowo zidentyfikowało 86% osób z nowotworami płuc i 100% osób, których płuca były zdrowe. Często też były w stanie odróżnić typy nowotworów. Na przykład nowotwory płuc były w 81% przypadków prawidłowo odróżniane od nowotworu prostaty. Możliwość uzyskanie z jednej fiolki krwi profilu DNA guza i profilu DNA mikrobiomu pacjenta to ważny krok w kierunku lepszego zrozumienia interakcji pomiędzy gospodarzem a nowotworem, mówi onkolog Sandip Pravin. Takie narzędzie może w przyszłości pozwolić nie tylko na prostszą i szybszą diagnostykę nowotworów, ale również na śledzenie postępów choroby. Zanim jednak tego typu metoda wejdzie do użytku, konieczne będzie pokonanie wielu przeszkód. Przede wszystkim trzeba by ją przetestować na dużej grupie pacjentów. Ponadto konieczne będzie stworzenie definicji tego, jak wygląda skład genomu mikroorganizmów u zdrowych ludzi. Ponadto trzeba stworzyć metodę odróżniania, które z sygnatur genetycznych pochodzą od aktywnych mikroorganizmów, a które od nieaktywnych. Sami naukowcy już mówią, że sama diagnostyka to dopiero początek możliwości. Lepsze zrozumienie tego, w jaki sposób wraz z rozwojem różnych nowotworów zmienia się populacja mikroorganizmów zamieszkujących nasze ciała, może otworzyć nowe możliwości terapeutyczne. Moglibyśmy dowiedzieć się, co te mikroorganizmy naprawdę robią, a może nawet zaprząc je do pracy przy zwalczaniu nowotworów. Ze szczegółowymi informacjami można zapoznać się na łamach Nature. « powrót do artykułu
-
Powstanie genomowa mapa Polski. Rekrutacja w grudniu
KopalniaWiedzy.pl dodał temat w dziale Medycyna
W grudniu 2018 r. rozpocznie się rekrutacja do opracowania tzw. genomowej mapy Polski, w ramach której przebadany ma być genom 5 tys. Polaków - zapowiedział we wtorek na spotkaniu z dziennikarzami w Warszawie prezes Centrum Badań DNA Jacek Wojciechowicz. To pierwszy taki projekt w naszym kraju z pogranicza genetyki, bioinformatyki i medycyny – powiedział specjalista. Będzie on polegał na zsekwencjonowaniu całego genomu, czyli odczytaniu kolejności par nukleotydowych w DNA. Genom człowieka zawiera ponad 3 mld par zasad, ale tylko część z nich, zaledwie 2 proc., to sekwencje kodujące od 20 tys. do 25 tys. genów – wyjaśniał Jacek Wojciechowicz. Projektem ma być objętych 5 tys. Polaków. Rekrutacja do tego badania rozpocznie się na początku grudnia 2018 r. Na podstawie zgromadzonych danych o DNA tych osób powstanie mapa zmienności genetycznej Polaków oraz tzw. genom referencyjny naszych rodaków (najbardziej pożądany, pozbawiony groźniejszych mutacji). Dr inż. Piotr Łukasiak z Politechniki Poznańskiej, który nie był obecny na spotkaniu uważa, że porównując wzorcowy genom Polaka z DNA konkretnego pacjenta łatwiej będzie zdiagnozować występującą u niego chorobę i zastosować odpowiednie leczenie. Niektóre osoby inaczej metabolizują leki i wymagają zastosowania wyższych ich dawek, by terapia była skuteczna – dodał Wojciechowicz. Realizacją projektu zajmie się konsorcjum European Centre for Bioinformatics and Genomics (ECBiG), w skład którego wchodzą Instytut Chemii Bioorganicznej PAN, Politechnika Poznańska oraz Centrum Badań DNA (spółka zależna Inno-Gene S.A.). Całkowitą wartość projektu ocenia się na 105 mln zł. Podobne przedsięwzięcia od wielu lat są realizowane w innych krajach europejskich oraz w Stanach Zjednoczonych. Z danych przedstawionych podczas konferencji prasowej wynika, że w Wielkiej Brytanii od 2012 r. badaniami objęto 100 tys. osób. W Islandii przebadano wszystkich mieszkańców tego kraju. Analizowane są również genomy w Niemczech i Estonii. W naszym kraju mamy jedno z największy zróżnicowań genetycznych w Europie, co czyni nasze badania wyjątkowymi – podkreślił Wojciechowicz. Jego zdaniem, wynika to z tego, że nasz kraj narażony był na liczne wojny i migracje ludności, co doprowadziło do wymieszania wielu grup. Prezes Centrum Badań DNA zapewnia, że uzyskane wyniki badań genomu poszczególnych osób, które się na to zgodzą, będą anonimowe i odpowiednio chronione. Oznacza to, że nikomu nie będą udostępniane dane personalne osób badanych. Do badania genomu wystarczy pobrać próbkę krwi, najbardziej preferowane są osoby w wieku 25-55 lat. W zamian za udostępnienie swego DNA do zbadania, ochotnicy uzyskają pełne zsekwencjonowanie swego genomu – podkreślił specjalista. Dzięki temu będzie można określić, jakie mają oni mutacje i na jakie choroby mogą być bardziej narażeni. Będzie można również dowiedzieć się skąd pochodzili nasi odlegli przodkowie. Genom można zsekwencjonować na zamówienie, prywatnie. Takie usługi za kilka tysięcy dolarów wykonują firmy z Chin. Jacek Wojciechowicz ostrzega jednak, że nie ma gwarancji jak uzyskane w ten sposób dane mogą być wykorzystane. W Polsce takich badań nikt jeszcze nie wykonywał. Specjalista nie ukrywa, że dane dotyczące genomu Polaków, którzy wezmą udział w projekcie, również będą odpłatnie udostępniane firmom, głównie farmaceutycznym, oraz do badań naukowych. Zainteresowanie tymi danymi jest ogromne. Podczas spotkania poinformowano, że w 2012 r. firma Amgen zapłaciła 415 mln dolarów za bazę danych firmy DeCode z Islandii. Z kolei w 2015 r. firma 23andMe za 60 mln dolarów sprzedała bazę danych 800 tys. pacjentów. Ta sama firma popisała podobne umowy z 10 koncernami farmaceutycznymi. Zdaniem Wojciechowicza, w przyszłości sekwencjonowanie genomów będzie powszechne, ponieważ stanie się znacznie tańsze, będzie można je wykonać nawet za 100 dolarów. To sprawi, że nawet w badaniach przesiewowych mogą one zastąpić wykonywane obecnie zwykłe testy genetyczne, np. te wykorzystywane w naszym kraju do wykrywania mukowiscydozy czy fenyloketonurii. « powrót do artykułu -
Amerykańscy psychiatrzy Andrew Miller i Charles Raison uważają, że warianty genów, które sprzyjają rozwojowi depresji, pojawiły się w toku ewolucji, ponieważ pomagały naszym przodkom zwalczać infekcje (Molecular Psychiatry). Od kilku lat naukowcy zauważali, że depresja łączy się ze wzmożoną aktywacją układu odpornościowego. Pacjenci z depresją mają bardziej nasilone procesy zapalne nawet wtedy, gdy nie są chorzy. Okazało się, że większość wariantów genetycznych związanych z depresją wpływa na działanie układu immunologicznego. Dlatego postanowiliśmy przemyśleć kwestię, czemu depresja wydaje się wpisana w nasz genom - wyjaśnia Miller. Podstawowe założenie jest takie, że geny, które jej sprzyjają, były bardzo przystosowawcze, pomagając ludziom, a zwłaszcza małym dzieciom, przeżyć zakażenie w prehistorycznym środowisku, nawet jeśli te same zachowania nie są pomocne w relacjach z innymi ludźmi - dodaje Raison. W przeszłości zakażenie było główną przyczyną zgonów, dlatego tylko ten, kto był w stanie je przetrwać, przekazywał swoje geny. W ten sposób ewolucja i genetyka związały ze sobą objawy depresji i reakcje fizjologiczne. Gorączka, zmęczenie/nieaktywność, unikanie towarzystwa i jadłowstręt w okresie walki z chorobą mogą być postrzegane jako przystosowawcze. Teoria Raisona i Millera pozwala też wyjaśnić, czemu stres stanowi czynnik ryzyka depresji. Stres aktywuje układ odpornościowy w przewidywaniu zranienia, a że aktywacja immunologiczna wiąże się z depresją, koło się zamyka. Psychiatrzy zauważają, że problemy ze snem występują zarówno w przebiegu zaburzeń nastroju, jak i podczas aktywacji układu odpornościowego, a człowiek pierwotny musiał pozostawać czujny, by po urazie odstraszać drapieżniki. Akademicy z Emory University i University of Arizona proponują, by w przyszłości za pomocą poziomu markerów zapalnych oceniać skuteczność terapii depresji.
-
Naukowcy z Instytutu Antropologii Maxa Plancka w Lipsku ukończyli sekwencjonowanie genomu człowieka z jaskini Denisowa. W 2010 r. dr Svante Pääbo i jego zespół przedstawili zarys genomu. Analizowano wtedy mitochondrialne DNA z kości palca u ręki. Okazało się, że to nieznany dotąd takson z rodzaju Homo. Zespół z Lipska zastosował o wiele czulszą metodę. Do badania wykorzystano DNA wyekstrahowane z mniej niż 10 mg kości palca. Skoncentrowano się na 1,89 GB unikatowych sekwencji. Jak tłumaczą Niemcy, przed dwoma laty każdą pozycję w genomie określano średnio tylko 2-krotnie. Pozwoliło to ustalić pokrewieństwo człowieka z jaskini Denisowa z neandertalczykami i człowiekiem współczesnym, ale nie dawało już możliwości prześledzenia ewolucji poszczególnych części genomu. Po ukończeniu analiz naukowcy z Instytutu Maxa Plancka udostępnili dane nt. genomu w Internecie. Wszystkie niepowtarzalne sekwencje DNA oznaczaliśmy tyle razy, że występuje tu mniej błędów niż w większości powstałych do dziś genomów żyjących współcześnie osób - przekonuje Matthias Meyer. Svante Pääbo ma nadzieję, że dzięki temu przełomowemu osiągnięciu uda się odtworzyć zmiany genetyczne, które doprowadziły do powstania ludzkiej kultury, technologii i exodusu z Afryki. Palec, o którym wspominano na początku, został znaleziony w 2008 r. przez profesorów Anatolija Derewiankę i Michaiła Szunkowa z Rosyjskiej Akademii Nauk w warstwie datowanej na 30-50.000 lat.
-
Chińscy naukowcy poinformowali w niedzielę (18 grudnia), że ukończyli sekwencjonowanie genomu bezpośredniego potomka Czyngis-chana. Szefem projektu był Zhou Huanmin z laboratorium na Uniwersytecie Rolniczym Mongolii Wewnętrznej, który podkreślił, że to pierwszy przypadek zsekwencjonowania genomu jakiegoś Mongoła. Nie ujawniono, kim jest dawca próbki krwi. Wiadomo tylko, że mężczyzna pochodzi ze związku Xilin Gol i reprezentuje 34. pokolenie potomków Temudżyna z plemienia Sunit. Zhou twierdzi, że w przyszłości jego zespół zsekwencjonuje genom kolejnych 199 Mongołów. W ten sposób powstanie mapa ewolucyjnych cech mongolskich, która m.in. pomoże w kontrolowaniu różnych chorób. Poza tym powinno się udać odtworzyć trasy migracji Mongołów i ich przodków z Afryki do Azji. Jak donoszą media, w projekcie wzięły udział dwie uczelnie (wymieniony na początku Uniwersytet Rolniczy Mongolii Wewnętrznej oraz Uniwersytet Narodowości Mongolii Wewnętrznej), a także organizacja badawcza BGI. Próbka jest bardzo cenna dla studium, bo zapewnia pełny zapis rodowodu rodziny bez historii małżeństw z członkami innych grup etnicznych - podkreśla Zhou.
-
Choć jest niezbędny do przeżycia komórki, ludzki genom wcale nie jest tak stabilny i niezmienny, jak mogłoby się wydawać. Od pewnego czasu wiadomo, że niektóre jego fragmenty posiadają wybitną zdolność do zmiany pozycji, lecz wyniki badań nad intensywnością tego procesu mogą zaskakiwać. Zaledwie około 2 procent genomu człowieka, czyli ogółu całości jego informacji genetycznej, to geny, czyli fragmenty niezbędne dla syntezy cząsteczek wytwarzanych w komórkach. Pozostałe fragmenty to tajemnicza mieszanina sekwencji, których pochodzenie i rola nie zostały dokładnie zdefiniowane. Najczęściej występującymi w tej grupie elementami są tzw. retrotranspozony Alu, zdolne do wstawiania kolejnych kopii samych siebie oraz otaczających je fragmentów do genomu określonej komórki. Sekwencje Alu, nazwane tak ze względu na zdolność bakteryjnego enzymu AluI do ich przecięcia, zostały odkryte kilkadziesiąt lat temu. Stanowią aż 10% genomu człowieka, a do tego ich liczba wciąż rośnie. Ze względu na fakt, że mogą one losowo wbudować się w dowolnym miejscu cząsteczki DNA, mogą stanowić poważne zagrożenie dla ludzkiego zdrowia. Jak tłumaczy badający je naukowiec, dr Scott Devine ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Emory, te elementy stanowią istotne zagrożenie dla naszej informacji genetycznej, ponieważ mogą uszkodzić geny, kiedy do nich wskakują. Prowadzą w ten sposób do zmiany cech genetycznych albo chorób, takich jak nowotwory. Ze względu na niebezpieczeństwo związane z występowaniem charakterystycznych sekwencji, badacze postanowili zmierzyć ich "ruchliwość". Aby tego dokonać, podzielili występujące w typowym genomie retrotranspozony Alu na rodziny, a następnie badali każdą z nich w warunkach laboratoryjnych. Klucz do rozróżnienia poszczególnych grup był prosty: badacze wyszli z założenia, że im dawniej dana sekwencja została wbudowana, tym więcej przeszła od tego czasu mutacji, a im więcej przeszła mutacji, tym większe jest prawdopodobieństwo, że utraciła zdolność do wykonywania kolejnych "skoków". Jak tłumaczy dr Devine, chcieliśmy sprawdzić, jaki czynnik decyduje, czy dany element Alu będzie ruchomy. W ten sposób moglibyśmy przewidywać, które kopie Alu mają większą zdolność do niszczenia naszej informacji genetycznej. Informacja ta będzie bardzo istotna, ponieważ wkraczamy w epokę spersonalizowanej genomiki, która pozwala nam na przewidywanie naszego zdrowia w przyszłości. Aby zbadać właściwości poszczególnych rodzin, przedstawiciel każdej z nich został umieszczony w niedużej kolistej cząsteczce DNA zwanej plazmidem. Zaraz obok niego ulokowano, dzięki metodom inżynierii genetycznej, gen kodujący białko zapewniające komórkom oporność na jedną z toksyn. Przygotowane w ten sposób cząsteczki wbudowano do komórek hodowanych w laboratorium. Zgodnie z założeniami eksperymentu, "przeniesienie się" fragmentu Alu z plazmidu do genomu komórki powinno spowodować, że przesunie się wraz z nim gen oporności na truciznę. Powinno to oznaczać, że im bardziej aktywny jest dany retrotranspozon, tym więcej komórek przeżyje ekspozycję na szkodliwy związek. Z wykonanych obliczeń wynika, że w ludzkim genomie istnieje około 37000 aktywnych elementów Alu, z czego aż 10000 to fragmenty bardzo aktywne, które mogą zostać w każdej chwili przeniesione do dowolnego innego miejsca w cząsteczce DNA. Oznacza to, że każdy z nich może w dowolnym momencie zmienić swoją pozycję i uszkodzić istotny dla komórki gen, prowadząc do katastrofalnych konsekwencji. Zdolność sekwencji Alu do zmiany własnej pozycji w genomie jest zależna od innego retrotranspozonu, zwanego L1. Jak tłumaczy dr Devine, uzależnienie ich "ruchliwości" od fragmentów L1 sprawia, że Alu to tak naprawdę pasożyty pasożytów. Badania pokazują, że oba elementy są wspólnie "przepisywane", bardzo podobnie do genów, na cząsteczki RNA (proces ten nazywamy transkrypcją), lecz zawarte w nich unikalne sekwencje sprawiają, że mogą zostać "przepisane" z powrotem na DNA dzięki zjawisku odwrotnej transkrypcji. Powstała w ten sposób niewielka cząsteczka DNA może włączyć się do genomu w losowym miejscu, powodując cały szereg konsekwencji. Obecnie nie wiadomo dokładnie, jak powstały tajemnicze struktury, ani jakie czynniki decydują o ich aktywności. Zrozumienie tego procesu może być jednak bardzo istotne dla zwiększenia naszej wiedzy o ludzkiej informacji genetycznej. Jak tłumaczą badacze, średnio co dwudzieste dziecko rodzi się z nowym elementem Alu w swoim genomie, a konsekwencje tego zjawiska mogą mieć kolosalny wpływ na życie i zdrowie ludzi. Badania dr. Devine'a przeprowadzono we współpracy z Instytutem Biologii Rozwoju wchodzącym w skład Instytutu Maxa Plancka. Wyniki studium publikuje czasopismo Genome Research.
-
Naukowcom udało się zrekonstruować ważną część genomu historycznego patogenu - bakterii odpowiedzialnej za czarną śmierć, czyli epidemię dżumy, która spustoszyła Europę w XIV w. Na łamach Nature zaprezentowano nową metodę postępowania ze zniszczonymi fragmentami DNA, wypróbowaną na wariancie Yersinia pestis. Zaczęło się od drobnych elementów układanki, lecz dość szybko prace objęły odtwarzanie i sekwencjonowanie większych partii genomu. Wyniki kanadyjsko-niemiecko-amerykańskiego zespołu są niezwykle ważne, ponieważ pozwalają prześledzić ewolucję i zmiany zjadliwości patogenu na przestrzeni 660 lat, a to wiedza niezwykle przydatna z punktu widzenia zarządzania współczesnymi epidemiami. Dane genomiczne pokazują, że ten szczep bakteryjny, albo wariant, jest przodkiem wszystkich [bakterii] dżumy, jakie mamy teraz na świecie. Każdy współczesny wybuch epidemii to wynik działalności potomków średniowiecznej dżumy. Zrozumienie ewolucji tego zabójczego patogenu wprowadza nas w nową erę badań nad chorobami zakaźnymi - uważa genetyk Hendrik Poinar z McMaster University. Johannes Krause z Uniwersytetu w Tybindze przekonuje, że za pomocą metody wypróbowanej na Y. pestis będzie można w przyszłości odtworzyć genomy innych historycznych patogenów. Po wstępnym zbadaniu szczątków ponad 100 osób, ostatecznie naukowcy skupili się na miazdze zębowej 5 najbardziej obiecujących szkieletów z masowego grobu w przy drodze East Smithfield w Londynie. Jako pierwsi bezspornie wykazali, że za czarną śmierć odpowiadały właśnie pałeczki Y. pestis. Choć bakterie były obecne w średniowiecznych próbkach, wcześniejsze rezultaty odrzucono ze względu na zanieczyszczenia współczesnym DNA, m.in. bakterii glebowych. Międzynarodowej ekipie udało się odkodować niewielki plazmid pPCP1, który odpowiada za syntezę proteazy serynowej Pla (warunkuje ona inwazyjność patogenu, m.in. zdolność wnikania do komórek nabłonka). Dr Krause zastosował metodę molekularnego poławiania "wzbogaconych" fragmentów DNA pałeczek dżumy, które później poddawano sekwencjonowaniu. Okazało się, że plazmid pPCP1 jest identyczny jak u współczesnych Y. pestis. Oznacza to, że przynajmniej ta część informacji genetycznej niewiele się zmieniła na przestrzeni ubiegłych 600 lat.
-
Międzynarodowy zespół naukowców, pracujący, oczywiście, pod kierownictwem Australijczyków, zsekwencjonował genom pierwszego przedstawiciela rodziny kangurowatych – walabii damy (Macropus eugenii). Dzięki ich wysiłkom wiadomo, jakie geny stoją za ich niezwykłym układem rozrodczym oraz kontrolują rozwój wyspecjalizowanych palców umożliwiających skakanie. Akademicy badali również sposoby włączania i wyłączania genów na różnych etapach cyklu życiowego oraz w różnych częściach ciała. Zsekwencjonowanie genomu walabii damy dało nowy pogląd na wczesny rozwój torbaczy, laktację i układ odpornościowy – opowiada z dumą prof. Marilyn Renfree z Uniwersytetu w Melbourne. Jak wyjaśnia pani biolog, zarówno walabie, jak i kangury mają wiele nietypowych cech. Po bardzo krótkiej ciąży rodzą maleńkie, niedorozwinięte młode [wielkości ziarenka ryżu]. Potem następuje długi i skomplikowany okres laktacji w matczynej torbie. Obejmuje on jednoczesne zapewnianie potomstwu w różnym wieku dwóch rodzajów mleka ze znajdujących się obok siebie gruczołów mlekowych. To tak, jakby lewa i prawa pierś wytwarzały mleko o zupełnie innym składzie. […] Odkryliśmy wiele nowych genów ważnych dla przeżycia młodych, włącznie z genami przeciwbakteryjnych białek, które zabijają mikroby w brudnej torbie. Wiele genów walabia dama dzieli z ludźmi; studium ujawniło nowy ludzki gen, o którego istnieniu u naszego gatunku nie mieliśmy nawet pojęcia – ujawnia dr Tony Papenfuss z Walter and Eliza Hall Institute. Walabia dama jest trzecim zsekwencjonowanym torbaczem. Wcześniej genetycy rozszyfrowali tajemnice diabła tasmańskiego i południowoamerykańskiego oposa. Australijsko-amerykański zespół uważa, że pierwszy genom kangurowatego to krok milowy w badaniach nad ewolucją ssaków. Przodkowie kangurowatych i innych torbaczy oddzielili się od innych ssaków co najmniej 130 mln lat temu.
-
Cechy naszego wyglądu - nasz fenotyp - zależą jedynie od posiadanych przez nas genów, tak od zawsze twierdziły podręczniki genetyki. Mimo że wątpliwości co do tej wyłączności pojawiały się od dziesięcioleci, dopiero niedawno zyskały wsparcie dzięki klonowaniu zwierząt. Ku zdziwieniu bowiem naukowców, sklonowane osobniki różniły się od swoich „wzorców" posiadając na przykład odmienne umaszczenie. Dzięki naukowcom z Yale udało się zajrzeć w zaskakujący mechanizm, który wspiera geny w ich działaniu. Wskazówką były dziwne efekty u much pozbawionych proteiny Hsp-90. Podlegały one losowym i zaskakującym mutacjom, na przykład w miejsce oczu wyrastały im nogi. Hsp-90 ma uaktywniać inne białka do odpowiedzi na stres, ale stało się oczywiste, że pełni także inną rolę - chroni genom przed przypadkowymi i szkodliwymi zmianami. Początkowo przypuszczano, że po prostu Hsp-90 hamuje aktywność transpozonów (zwanych wędrującymi genami), czyli sekwencji DNA, które potrafią przemieszczać się w obrębie genomu. Mechanizm okazał się nieco bardziej skomplikowany: białko Hsp-90 blokuje zarówno powstawania, jak i ekspresję nowych wariantów genów, ale czyni to we współpracy z jeszcze jedną cząsteczką oraz tzw. Piwi-interacting RNA (piRNA). Współpraca Hsp-90 oraz piRNA wyjaśnia także zdolność niektórych prostych komórek (jak fibroblasty) do przekształcania się w komórki macierzyste. Może także stanowić klucz do wielu zagadek związanych z powstawaniem nowotworów i szkodliwych mutacji. Jak podsumowuje Haifan Lin, główny autor studium, musimy się jeszcze wiele nauczyć o sposobach, w jakich jesteśmy kształtowani przez nasze geny.
-
Nowe studium naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego rzuca nieco światła na ludzką zdolność przystosowania się do niedotlenienia. Dobierając przez 200 pokoleń muszki owocowe (Drosophila melanogaster) odporne na hipoksję, specjaliści zademonstrowali towarzyszące temu trwałe zmiany w genomie. Niedotlenienie wiąże się nie tylko z przebywaniem na dużych wysokościach (chorobą wysokościową) czy schodzeniem głęboko pod wodę. Występuje też przy zawale, udarze czy schorzeniach układu oddechowego, które ograniczają ilość tlenu docierającego do narządów wewnętrznych. Akademicy zdecydowali się na badanie owocówek, ponieważ ich mechanizmy molekularne są bardzo podobne do ludzkich. Uzyskane po 200-pokoleniowej hodowli owady tolerowały śmiertelne w normalnych warunkach niedotlenienie. Co więcej, przekazywały tę cechę potomstwu. Utrzymywała się ona nawet przy braku stresu wywołanego niedotlenieniem. Sugeruje to, że w grę wchodzi mechanizm genetyczny, a nie fizjologiczny. Zespół doktora Gabriela G. Haddada porównywał genomy specjalnie dobieranych D. melanogaster i grupy kontrolnej. W ten sposób wskazano specyficzne regiony DNA, głównie na chromosomie X, które odpowiadały za oporność na niedotlenienie. Kilka z tych regionów zawierało geny kontrolujące szlak sygnalizacyjny Notch. Jest on wykorzystywany przez różnorodne organizmy do regulowania przeznaczenia linii komórkowych. Wcześniej wykazano, że szlak ten jest nadmiernie aktywowany zarówno u niedotlenionych owocówek, jak i myszy. Aby potwierdzić, że rzeczywiście korzystne zmiany dotyczą właśnie Notch, Amerykanie zastosowali inhibitor gamma-sekretazy o nazwie DAPT. Zabieg ten znacznie zmniejszył przeżywalność przedstawicieli tolerującego hipoksję szczepu. Naukowcy stwierdzili również, że muszki bez mutacji lub z mutacjami prowadzącymi do ubytku funkcji (ang. loss-of-function mutation) wykazywały znaczny spadek tolerancji na hipoksję. Dla odmiany mutacje polegające na nabyciu funkcji (ang. gain-of-function mutation) bardzo zwiększały zdolność tolerowania niedotlenienia. Potwierdziliśmy, że wynikiem długoterminowego wystawienia na wpływ niedotlenienia są zmiany w DNA, a nie tylko w ekspresji genów – podsumowuje Haddad.
-
Gąbki Amphimedon queenslandica z Wielkiej Rafy Koralowej dzielą z ludźmi niemal 70% genów, także te związane z różnymi chorobami, włączając w to nowotwory. Pracami międzynarodowego zespołu przeprowadzającego sekwencjonowanie kierował Bernard Degnan z University of Queensland, który ma nadzieję, że uzyskane wyniki przyczynią się do przełomu choćby w badaniach nad komórkami macierzystymi. Analiza działania komórek macierzystych u gąbek może prowadzić do odkrycia głębokich i ważnych powiązań z genami wpływającymi na ludzką biologię komórek macierzystych. Degnan ujawnia, że eksperymenty wymagały posłużenia się wyjątkowo czystym DNA z embrionów gąbek. Szczątki znalezione w 2009 r. w osadach dennych pokazują, że gąbki występowały już 635 mln lat temu - to najstarszy dowód na istnienie organizmów wielokomórkowych na Ziemi. W ramach najnowszych badań poszukiwano mechanizmów genetycznych, które umożliwiły indywidualnym komórkom wspólne działanie w ramach większej całości (na razie beztkankowej). Genom A. queenslandica rzuca też sporo światła na pierwotne sposoby radzenia sobie z jednym z podstawowych zagrożeń wynikających z kolektywnego życia – rakiem. Gąbka dysponuje ponad 18 tys. genów, które kodują m.in. metody przylegania komórek do siebie, zorganizowanego wzrostu oraz rozpoznawania obcych. Co ciekawe, u zwierząt tych występują analogi genów, które u organizmów wyższych z kodują tkankę mięśniową i neurony. Douglas Erwin ze Smithsonian Institute sądzi, że taka złożność wskazuje, iż gąbki muszą pochodzić od znacznie bardziej rozwiniętego przodka niż dotąd sądzono. Wg genetyk Mansi Srivastavy z MIT-u, podstawy życia wielokomórkowego rozwinęły się w trwającym od 150 do 200 mln lat okienku. To w tym czasie dokonała się mniej więcej 1/3 zmian genetycznych, odróżniających człowieka od ostatniego wspólnego przodka z organizmami jednokomórkowymi. Czemu więc nie miałyby one zajść u naszych gąbkopodobnych praszczurów? U gąbek pojawiły się też zabezpieczenia przed namnażaniem pojedynczych komórek kosztem większości. Analiza genomu A. queenslandica zademonstrowała, że najpierw wyewoluowały mechanizmy programowanego samobójstwa (apoptozy), a dopiero później uśmiercania wadliwych komórek przez sąsiadów.
-
Badacze z Narodowej Fundacji Ssaków Morskich w San Diego odkryli, że u delfinów butlonosych, podobnie jak u ludzi, występuje insulinooporność. Morskie ssaki potrafią ją jednak włączać i wyłączać, co daje nadzieję na opracowanie nowych metod leczenia cukrzycy typu 2. Naukowcy pobrali próbki krwi od pojadających przez cały dzień i poszczących nocą delfinów. Nocne zmiany w chemii ich krwi odpowiadały temu, co widuje się u ludzi z cukrzycą – tłumaczy dyrektor medycyny weterynaryjnej w fundacji dr Stephanie Venn-Watson. Obserwowano bowiem, że insulina nie wywierała żadnego wpływu na poszczące ssaki. Co ciekawe, rano, w porze śniadania, delfiny przełączały się na inny tryb. Chorzy z cukrzycą muszą przez cały czas myśleć o tym, co jedzą. Zazwyczaj przestrzegają więc diety niskocukrowej. U delfinów insulinooporność jest jednak zjawiskiem korzystnym, dlatego nawet nie próbują z nią walczyć. Venn-Watson sądzi, że przełącznik post-żerowanie wykształcił się u tych zwierząt w odpowiedzi na podstawowy składnik ich menu – ryby. Są one bogate w białka i ubogie w cukier, który warto oszczędzać ze względu na duży mózg napędzany glukozą. Przypadłość pozwalająca zatrzymać cukier w organizmie działa na ich korzyść, bo wtedy mózg jest dobrze odżywiony. U innych ssaków morskich, np. fok, nie stwierdzono istnienia przełącznika, dlatego biolodzy uważają, że tym, co łączy chemię krwi ludzi i delfinów, jest właśnie wspomniany duży mózg. Odkryliśmy u delfinów zmiany, które sugerowały, że [insulinooporność] może stać się stanem chorobowym. Gdybyśmy zaczęli je karmić delfinim fast foodem, zapadłyby na cukrzycę. Ponieważ zsekwencjonowano zarówno genom delfinów, jak i ludzi, Amerykanie mają nadzieję, że uda się odnaleźć odpowiednik wyłącznika u naszego gatunku. Badacze z Salk Institute w San Diego już odkryli gen postu, który jest anormalnie aktywny u osób z cukrzycą, niewykluczone więc, że to jego szuka zespół dr Venn-Watson. Delfinia umiejętność uruchamiania insulinooporności, gdy jest mało pożywienia, i wyłączania jej, kiedy jedzenia nie brakuje, należy do unikatowych w królestwie zwierząt. Naukowcy wierzą jednak, że ludzie też ją kiedyś mieli, tylko zanikła ona w toku ewolucji. Trzeba "jedynie" obmyślić, jak zreaktywować mechanizm i wykorzystać go na nowo. To niezwykle ważne, ponieważ cukrzyca odpowiada za 5% zgonów na całym świecie. Pani dyrektor uważa, że niezwykła zdolność delfinów wykształciła się ok. 55 mln lat temu, gdy z ssaków lądowych stały się morskimi i w związku z tym zmieniła się ich dieta. Twierdzi ona również, że istnieją dowody, że ludzie robili to samo co one jeszcze w czasie ostatniej epoki lodowcowej. Polegali wtedy na pokarmach obfitujących w białka, ponieważ te z węglowodanami zwyczajnie zamarzły.
-
Chińscy naukowcy opublikowali w ostatnich dniach sekwencję genomu Jingjing - 3-letniej samicy pandy olbrzymiej. Liczący 2,4 miliarda par zasad materiał genetyczny zwierzęcia dostarcza interesujących danych, które mogą pomóc w ochronie jego gatunku, a także ustalić pochodzenie jego niezwykłej diety. Raport dotyczący genomu Jingjing opublikowano w czasopiśmie Nature. Zespół Wanga Juna z Pekińskiego Instytutu Genomiki w Shenzhen informuje w nim m.in., że materiał genetyczny pandy olbrzymiej zawiera 21000 genów, a więc liczbę bardzo podobną do tej występującej u człowieka. Pomimo niewielkiej liczebności pand olbrzymich, genom Jingjing nie wykazuje cech charakterystycznych dla chowu wsobnego. Świadczą o tym sekwencje DNA charakterystyczne dla osobników pochodzących z dwóch głównych regionów występowania tych zwierząt. Jest to niezwykle ważne z punktu widzenia ochrony gatunkowej, ponieważ dotychczas wielu badaczy obawiało się, że niska różnorodność biologiczna pand może ograniczać szansę na ich przetrwanie. Prawdopodobnie najciekawsze są jednak dane dotyczące fizjologicznych zdolności Jingjing do trawienia pokarmów. Jak wykazała analiza, jej genom koduje kompletny zestaw enzymów niezbędnych do trawienia... mięsa. Jednocześnie nie zawiera on ani jednego genu pozwalającego na trawienie celulozy - podstawowego składnika pędów bambusa, stanowiących 99% diety pand. Oznacza to, że przeżycie zwierzęcia jest całkowicie uzależnione od symbiotycznych bakterii trawiących włókna roślinne. Dlaczego pandy nie żywią się mięsem pomimo fizjologicznego przystosowania do takiej diety? Wiele wskazuje na to, że odpowiedzialna za to jest mutacja w genie T1R1, kodującym receptor smaków charakterystycznych dla pokarmów zawierających znaczną ilość białek, a więc m.in. dla mięsa. Nie można więc wykluczyć, że utrata zainteresowania mięsem była związana z utratą zdolności do odczuwania jego smaku. Efektem było przestawienie się pand na dietę składającą się niemal wyłącznie z pędów bambusa.
-
Francuscy naukowcy zidentyfikowali w komórkach ameb prawdziwie niezwykłe twory. Są nimi wirusy, które nie tylko są dostatecznie duże, by można było oglądać je pod zwykłym mikroskopem optycznym, lecz także posiadają w swoim genomie sekwencje DNA przejęte od różnych gatunków. To zupełnie nowa forma wirusa - cieszy się szef autorów odkrycia, dr Didier Raoult z Uniwersytetu Aix-Marseille II. Ku czci miasta, w którym odkryto nowy patogen, nowej formie zakaźnej nadano nazwę Marseillevirus. Na liście największych wirusów odkrytych w historii nauki nowy patogen został sklasyfikowany na piątym miejscu. Jego cząstki mają średnicę 250 nm, co oznacza, że możliwe jest dostrzeżenie ich pod silnym mikroskopem optycznym. Prawdopodobnie najciekawszym zjawiskiem dotyczącym "wirusa marsylskiego" jest struktura jego genomu. Nie tylko jest on ogromny (zawiera on aż 368 tys. par zasad, w porównaniu do ok. 14 tys. w przypadku wirusa grypy typu A), lecz także zawiera liczne fragmenty o bardzo różnym pochodzeniu. Poszczególne sekwencje zawartego w nim DNA mogły pochodzić od różnych bakterii i zwierząt, a nawet od roślin. Badacze zidentyfikowali w nim także fragmenty DNA pobrane najprawdopodobniej od innego wielkiego wirusa - mimiwirusa. Zdaniem dr. Raoulta złożoność genomu odkrytego patogenu świadczy o unikalnym środowisku panującym wewnątrz komórek ameb. U ameb istnieje mechanizm nieustannej kreacji nowego repertuaru wirusów i nadawania wielkim wirusom predyspozycji do zostania patogenami, twierdzi badacz. Dotychczas nie ustalono jednak, jakie są molekularne podstawy omawianych procesów.
-
Choć dziś jest na to zbyt młody, pięciomiesięczny Turek z pewnością doceni pewnego dnia, jak wielką rolę w medycynie może odegrać nowoczesna diagnostyka. Dzięki zastosowaniu nowej techniki sekwencjonowania DNA lekarze zbadali próbkę krwi małego pacjenta, po czym zdiagnozowali u niego rzadką wadę genetyczną, z której wykryciem lekarze z jego rodzinnego kraju nie mogli sobie poradzić. Młody obywatel Turcji jest pierwszą osobą, u której przeprowadzono w celach diagnostycznych tzw. pełne sekwencjonowanie eksomu, czyli ustalenie sekwencji nukleotydów (jednostek kodujących informację genetyczną w sposób podobny do liter alfabetu) we wszystkich odcinkach DNA kodujących białka. Metodę tę zastosowano na prośbę lekarza, który po wielu nieudanych próbach postawienia diagnozy postanowił poprosić o pomoc specjalistów z Uniwersytetu Yale. Badacze z amerykańskiej uczelni zainteresowali się przypadkiem niemowlęcia i poprosili o przesłanie próbki jego krwi. Ze względów finansowych nie zdecydowano się jednak na zsekwencjonowanie całego genomu dziecka i wybrano wariant tańszy, lecz dający bardzo wysoką szansę na zdiagnozowanie choroby, czyli właśnie sekwencjonowanie eksomu. Osiągnięto w ten sposób redukcję kosztów do poziomu 5-10% kosztu sekwencjonowania całego DNA. Jak się okazało, decyzja tureckiego lekarza o wezwaniu pomocy była bardzo słuszna. Okazało się bowiem, że dziecko nie cierpiało, jak przypuszczano przed rozpoczęciem testów genetycznych, na zespół Barttera, lecz na dziedziczną biegunkę chlorkową - rzadką chorobę genetyczną objawiającą się upośledzeniem wchłaniania wody i jonów chlorkowych z jelit. Efektem tej wady, jak wskazuje nazwa, jest występowanie gwałtownych biegunek. Zachęceni wynikami testów, badacze postanowili przebadać próbki od pięciu innych pacjentów, u których także zdiagnozowano wstępnie, choć z pewną dozą niepewności, zespół Barttera. Co ciekawe, u wszystkich wykryto mutacje w genie odpowiedzialnym za występowanie dziedzicznej biegunki chlorkowej. Szef zespołu z Uniwersytetu Yale, prof. Richard Lifton, nie ukrywał radości z wyników przeprowadzonych testów. Jego zdaniem podobne metody diagnostyczne mogą już wkrótce stać się integralną częścią medycyny: wraz ze spadkiem cen sekwencjonowania DNA wydaje się oczywiste, że technologia ta okaże się w wielu sytuacjach przydatna z punktu widzenia diagnostyki klinicznej.
-
Dzięki nowej technice badań genetycznych naukowcy z angielskiego Instytutu Sangera opracowali niezwykle precyzyjną mapę genomu bakterii Salmonella typhi, mikroorganizmu odpowiedzialnego za liczne przypadki zatruć pokarmowych. Zebrane informacje pomogą w odnalezieniu potencjalnych celów terapii zakażeń tym patogenem. Opracowaną metodę nazwano TraDIS (Transposon Directed Insertion site Sequencing, co można przetłumaczyć jako "sekwencjonowanie miejsc wstawienia transpozonów". Wspomniane transpozony, zwane także skaczącymi genami, to sekwencje DNA zdolne do replikacji niezależnej od genomu i przemieszczania się w jego obrębie. Zgodnie z założeniami nowej techniki, transpozony wstawione do genomu bakterii po pewnym czasie zaczynają replikować się i wstawiać własne kopie w róznych miejscach bakteryjnego chromosomu. Proces ten trwa tak długo, dopóki skaczący gen nie zostanie umieszczony w obrębie jakiegoś genu ważnego dla przeżycia mikroorganizmu. Po pewnym czasie, zgodnie z naturalną tendencją skaczących genów do replikowania się oraz z zasadami doboru naturalnego, w hodowli pozostaną wyłącznie te bakterie, u których transpozony namnożyły się w znacznej liczbie, lecz nie naruszyły struktury żadnego ważnego genu. Oznacza to, że sekwencje DNA wolne od transpozonów u wszystkich badanych komórek bakteryjnych są kluczowe dla przetrwania mikroorganizmu. Badaczom udało się łącznie uzyskać aż 1,1 miliona unikalnych wariantów genetycznych S. typhi. Dzięki zastosowaniu ultranowoczesnej metody sekwencjonowania DNA ustalono następnie, które geny są konieczne dla przeżycia bakterii. Jak się okazało, fragmentów takich jest zaledwie 356; pozostałe 4162 geny są wyłącznie dodatkami, przydatnymi tylko w określonych sytuacjach. Każda z 356 sekwencji DNA zidentyfikowanych przez badaczy z Instytutu Sangera jest niczym innym, jak potencjalnym celem dla terapii, dającym niemal stuprocentową pewność zabicia bakterii w razie zaburzenia jej funkcji. Teraz pozostaje więc "tylko" ustalenie, jak należy wykorzystać te słabe punkty.
-
Poczciwy ziemniak dołączył do elitarnego grona roślin, które doczekały się zsekwencjonowania ich genomu. W projekcie brało udział ponad 50 naukowców z 16 krajów, w tym eksperci z polskiego Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN. Prace nad ustaleniem sekwencji DNA ziemniaka (Solanum tuberosum ) trwały aż trzy lata. Łącznie materiał genetyczny tego gatunku przeskanowano w całości aż 70 razy, by mieć pewność, że żaden fragment genomu nie został przeoczony ani błędnie odczytany. Efektem tych zabiegów jest niemal kompletna mapa genomu tego najważniejszego pod względem żywieniowym warzywa świata. Genom ziemniaka zawiera 12 chromosomów i 840 milionów par zasad DNA, co odpowiada około 1/4 wielkości genomu człowieka. Dokładna liczba genów nie została jednak jeszcze ustalona, ponieważ samo ustalenie sekwencji materiału genetycznego nie oznacza jeszcze poznania jego struktury i organizacji pod względem funkcjonalnym. Rezultaty projektu sekwencjonowania genomu S. tuberosum przydadzą się przede wszystkim naukowcom pracującym nad nowymi odmianami tej rośliny. Dzięki dokładnemu zrozumieniu roli poszczególnych genów w życiu tego organizmu, możliwe będzie szybsze i bardziej "świadome" (tzn. oparte na kompleksowej wiedzy) tworzenie nowych jego odmian, posiadających wiele pożądanych cech, takich jak odporność na szkodniki i warunka środowiska czy szybszy wzrost. Skorzystają na tym, oczywiście, przede wszystkim konsumenci.
-
Międzynarodowy zespół naukowców ukończył projekt sekwencjonowania genomu myszy domowej (Mus musculus). Dostarczył on wielu cennych informacji, które mogą być przydatne dla badaczy z zakresu medycyny i fizjologii. Najważniejszym odkryciem dokonanym przez naukowców ze Stanów Zjednoczonych, Szwecji i Wielkiej Brytanii jest zidentyfikowanie genów lub ich kopii występujących u myszy, lecz nieobecnych w genomie człowieka. Sporym zaskoczeniem może być fakt, iż sekwencji takich odkryto aż 4000. Jest to niezwykle istotna wiadomość, ponieważ pozwoli ona na ustalenie przyczyn, dla których niektóre aspekty funkcjonowania naszych organizmów są zupełnie odmienne. Mysz domowa jest dopiero drugim (po człowieku) gatunkiem ssaka, którego informację genetyczną udało się zsekwencjonować w całości. Mało tego - studium przeprowadzono na wielu różnych odmianach M. musculus, dzięki czemu możliwe będzie np. dobieranie szczepów zwierząt optymalnych do określonych rodzajów eksperymentów. Ku zaskoczeniu naukowców okazało się, że niektóre fragmenty genomu myszy ewoluują zadziwiająco szybko. Zaobserwowane zmiany musiały bowiem zajść w ciągu ostatnich 90 milionów lat, czyli po wyodrębnieniu się linii rozwojowej tego gatunku. Nowe odkrycia są niezwykle istotne i mogą nam pomóc w oddzieleniu genów fundamentalnych dla procesów życiowych, identycznych u wszystkich ssaków, od tych, które sprawiają, że myszy są tak bardzo odmienne od ludzi, tłumaczy prof. Chris Ponting, pracownik Uniwersytetu Oksfordzkiego, jeden z głównych autorów studium. Badaczy bez wątpienia czeka jeszcze mnóstwo pracy, zanim konsekwencje różnic genetycznych między ludźmi i zwierzętami zostaną dokładnie opisane. Jest to ogromne wyzwanie, lecz wiedza zdobyta dzięki jego podjęciu może nas zadziwić...
-
Międzynarodowy zespół naukowców poinformował o ukończeniu projektu sekwencjonowania genomu bydła domowego (Bos taurus), jednego z najważniejszych gatunków zwierząt hodowlanych. Badania mogą przynieść ogromne korzyści dla rolnictwa, a w ostatecznym rozrachunku - także dla konsumentów. Do rozwiązania genetycznej zagadki potrzebnych było 300 uczonych z 25 państw, sześciu lat ciężkiej pracy oraz, oczywiście, pieniędzy - cały projekt kosztował bowiem aż 53 miliony dolarów. Jako "genetyczny wzorzec gatunku" posłużyła krowa odmiany Hereford o imieniu L1 Dominette 01449. Jak wykazali badacze, jej genom zawiera 22 tysiące genów, co jest liczbą bardzo podobną do liczby genów u ludzi, myszy czy szczurów. Równolegle z próbami ustalenia dokładnej sekwencji genomu L1 Dominette 01449 badacze pracowali w ramach inicjatywy nazwanej HapMap. Celem przedsięwzięcia było ustalenie różnorodności genetycznej bydła oraz poszerzenie wiedzy na temat jego ewolucji. Z danych zebranych w ramach projektu wynika, iż odmiany B. taurus dzielą się na dwie główne grupy. Pierwszą z nich stanowią rasy znane z pastwisk Europy, Afryki oraz niektórych rejonów Azji. Do drugiej należą zwierzęta posiadające na swoim grzbiecie charakterystyczny garb. Rasy te hodowane są głównie w Indiach, południowo-wschodniej Azji oraz wschodniej Afryce. Pojawienie się i utrwalenie różnic pomiędzy poszczególnymi rasami bydła było najprawdopodobniej efektem selekcji dokonywanej ze względu na lokalne uwarunkowania, takie jak klimat czy choroby występujące na danym obszarze. Dane dostarczone przez uczonych pracujących nad badaniem genomu bydła stanowią nieocenione źródło informacji dla hodowców. Wiedza ta może być przydatna podczas prac nad poprawą jakości produktów pochodzenia zwierzęcego oraz zwiększeniem opłacalności hodowli.
-
Trypanosoma brucei, pasożyt odpowiedzialny za chorobę zwaną śpiączką afrykańską, posiadł umiejętność wyjątkowo sprytnego ukrywania się przed układem odpornościowym. Jak informują badacze z Uniwersytetu Rockefellera, mikroorganizm ten celowo wywołuje uszkodzenia własnego DNA, by doprowadzić do jego rearanżacji podczas naprawy. Roszady, których T. brucei dokonuje w obrębie własnego genomu, obejmują geny kodujące zmienne glikoproteiny powierzchniowe (ang. variant surface glycoproteins - VSG). Cząsteczki te są dla mikroorganizmu najistotniejszymi, bo zlokalizowanymi na powierzchni komórek, antygenami - cząsteczkami, które mogą służyć układowi odpornościowemu do wykrycia ciała obcego i odróżnienia go od własnych komórek. Jak wykazali badacze z Uniwersytetu Rockefellera, w odpowiedzi na reakcję immunologiczną organizmu gospodarza T. brucei uaktywnia enzym tnący jego własne DNA, a następnie, podczas jego naprawy, dokonuje przesunięcia genów kodujących VSG. Efektem niezwykłej aktywności pasożyta jest aktywacja części genów kodujących VSG oraz wyciszenie innych. Prowadzi to do nieustannej zmiany spektrum wytwarzanych antygenów, przez co układ odpornościowy nie może sobie poradzić z całkowitą eliminacją infekcji. Zrozumienie interakcji pomiędzy pasożytami i ich gospodarzami jest kluczowym krokiem w badaniach nad lekami mogącymi powstrzymać zakażenia. Można więc liczyć, że gdyby udało się stworzyć preparat blokujący zdolność T. brucei do modyfikacji własnego genomu, umożliwiłby on sprawne zwalczenie infekcji własnymi siłami organizmu.
-
Zdaniem Pedra Carpeny z uniwersytetu w Maladze, teorie matematyczne wykorzystywane do badania chaotycznych systemów kwantowych mogą przydać się do udoskonalenia wyszukiwarek internetowych. Gdy w standardowej wyszukiwarce wpisujemy jakieś zapytanie, porównuje ona liczbę wystąpień interesującego nas terminu na różnych stronach. Im więcej wystąpień, za tym ważniejszy wyszukiwarka uznaje danych dokument. Carpena proponuje metodę, która nie polega na badaniu częstotliwości występowania szukanej frazy i porównywaniu jej z częstotliwością występowania na innych witrynach. Jego zdaniem należy sprawdzać, gdzie w dokumencie występuje dana fraza. W ten sposób powinniśmy być w stanie zbadań właściwości książki bez porównywania jej z innymi książkami - mówi Hiszpan. Carpena już wcześniej wykorzystywał teorię macierzy przypadkowych do analizowania systemów kwantowych. Teraz twierdzi, że tej samej techniki można użyć w analizie tekstu. Jego zdaniem ważne słowa znajdują się zwykle obok siebie, podczas gdy te mniej ważne są rozrzucone przypadkowo po całym tekście. Fizyk przetestował swój pomysł na tekście "Relativity: The special and general theory" Alberta Einsteina. Za najważniejsze słowa zostały uznane: "wszechświat", "pole", "grawitacyjny", "energia". Co więcej, dobre rezultaty uzyskał nawet wówczas, gdy z tekstu usunął wszystkie spacje i kazał programowi odnaleźć ważne wyrazy o długości od 2 do 35 znaków. Innymi słowy, metoda Carpeny sprawdzi się nie tylko w przypadku słowa pisanego, ale również przyda się do badania bardziej abstrakcyjnych zestawów danych. Obecnie Carpena i jego zespół próbują przystosować swoją technikę do analizy genomu. Chcą się przekonać, czy będą w stanie odnaleźć istotne informacje na jego temat.
-
Choć dla osób obawiających się dyskryminacji od najwcześniejszych lat życia brzmi to niezbyt optymistycznie, od 2019 r. rutynowe oznaczanie genomu tuż po urodzeniu stanie się najprawdopodobniej rzeczywistością. Taką właśnie wizję bliskiej przyszłości przedstawia dr Jay Flatley, jeden ze światowej sławy specjalistów ds. sekwencjonowania. Naukowiec jest dyrektorem wykonawczym Illuminy, firmy biotechnologicznej z San Diego, która wytwarza systemy do badania genomu. Wg niego, technologia do szybkiego odczytu właściwości DNA noworodka będzie dostępna w ciągu najbliższych 10 lat. Uspokajając pesymistów, Flatley zapewnia, że obniżenie kosztów produkcji aparatury umożliwi przeprowadzenie prawdziwej rewolucji w ramach opieki zdrowotnej. Nie trzeba już będzie czekać na pojawienie się pierwszych niepokojących objawów, np. cukrzycy, nowotworów czy choroby sercowo-naczyniowej, a proces zapobiegania rozpocznie się właściwie w łonie matki. Osoby wyposażone w określone warianty genów będą częściej poddawane badaniom przesiewowym, a specjaliści doradzą im w zakresie żywienia i przepiszą leki. Trzeba będzie oczywiście rozważyć i odpowiednio uregulować kwestie natury etycznej, np. kto będzie miał dostęp do danych genetycznych i jak w takich warunkach zadbać o poszanowanie prywatności. Swój genom można zbadać już teraz, jednak na razie jest to bardzo kosztowne przedsięwzięcie i chętni muszą się przygotować na wydatek rzędu 360 tys. złotych. Illumina pracuje nad dużo tańszym systemem, który powinien zostać ukończony w ciągu 2 lat. Już rozpoczynają się poszukiwania pierwszych klientów, zdecydowanych przeznaczyć na ten cel od ok. 36 do 76 tys. złotych (7-14 tys. funtów). Za 3-4 lata będzie można zsekwencjonować swój genom za mniej niż 3,5 tys. zł. Flatley przekonuje, że ograniczenia mają charakter nie techniczny, lecz socjologiczny i dlatego wdrożenia przełomowej technologii należy się spodziewać z pewnym odroczeniem, czyli po upływie dekady.
-
Kangury są genetycznie podobne do ludzi. Po raz pierwszy pojawiły się na terenie dzisiejszych Chin i stamtąd, przez Ameryki, dotarły do Australii i Antarktydy. Mapowanie genomu największego torbacza to projekt australijsko-amerykański, w którym partycypowały m.in. Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH). Modelowym gatunkiem została walabia dama (Macropus eugenii). Ma ona ok. 20 tys. genów. Profesor Jenny Graves, ustępująca ze stanowiska dyrektor Australian Research Council Centre for Excellence for Kangaroo Genomics (KanGO), zaznacza, że dzięki wspólnym ponadczteroletnim wysiłkom udało się np. zidentyfikować gen determinujący płeć SRY oraz dotrzeć do korzeni ludzkich białek krwi, czyli globin. Poza tym naukowcy opisali nieznaną dotąd ścieżkę hormonalną, która pomogła wyjaśnić rzadkie schorzenia genetyczne Homo sapiens, np. wrodzony przerost nadnerczy (ang. congenital adrenal hyperplasia, CAH). Kangur to kolejny z zsekwencjonowanych torbaczy. Wcześniej temu samemu zabiegowi poddano oposa oraz dziobaka. Podczas rozwoju filogenetycznego torbacze oddzieliły się od innych ssaków ok. 148 mln lat temu. To dlatego spora część genów tych zwierząt i ludzi jest taka sama, lecz równie dużo nas dzieli. Porównanie genów torbaczy i ludzi pomoże zrozumieć, jak ewoluowały i jak ostatecznie działają nasze geny. Wybrana przez biologów walabia ma w przybliżeniu tyle samo genów, co człowiek, ale są one rozmieszczone na mniejszej liczbie większych chromosomów. Marilyn Renfree, przyszła dyrektor KanGO, chce się w przyszłości zająć zagadnieniem ciąży przedłużonej (diapauzy), w wyniku której kangury mogą wstrzymać rozwój zarodków nawet na 11 miesięcy. Podkreśla ona bowiem, że ma to kluczowe znaczenie dla badań nad nowotworami. Dzieje się tak, gdyż geny zaangażowane w diapauzę da się prawdopodobnie wykorzystać do "wyłączania" komórek rakowych.