Znajdź zawartość

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.

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.

Badania genetyczne ujawniły, że choć wszystkie orki (Orcinus orca) wyglądają dość podobnie, w rzeczywistości mamy do czynienia z co najmniej 3 odrębnymi gatunkami. Próbki tkanek pobrano od 139 osobników z północnego Pacyfiku, północnego Atlantyku i Antarktyki. Naukowcy od jakiegoś czasu podejrzewali, że istnieje kilka gatunków, ponieważ zauważali różnice w umaszczeniu ciała oraz zwyczajach żywieniowych. Orki jako grupa nie są uznawane za zwierzęta zagrożone, ale poszczególne populacje już tak. Jako że udało się wyodrębnić różne gatunki, niewykluczone, że dojdzie do zmiany statusu ochronnego przynajmniej niektórych z nich. Jak wyjaśnia Phillip Morin z Southwest Fisheries Science Center amerykańskiej Narodowej Służby Oceanicznej i Meteorologicznej, jeden z gatunków żywi się w Antarktyce fokami, podczas gdy inny gustuje w rybach. Zespół sekwencjonował mitochondrialne DNA (mtDNA), zwykle przekazywane potomstwu wyłącznie przez matkę. Genetyczne cechy mitochondriów u waleni [..] zmieniały się w czasie jedynie nieznacznie, co utrudnia wykrycie jakiegokolwiek zróżnicowania u ostatnio wyewoluowanych gatunków bez przyglądania się całemu genomowi. Jednak dzięki zastosowaniu do badania mtDNA stosunkowo nowej metody, zwanej sekwencjonowaniem wysoce równoległym, byliśmy w stanie wychwycić różnice między tymi gatunkami. Amerykanie ustalili, że w Antarktyce istnieją dwa gatunki, a na obszarze północnego Oceanu Spokojnego występuje trzeci. Niewykluczone, że mamy do czynienia z jeszcze większą liczbą gatunków i podgatunków, ale trzeba to jeszcze będzie potwierdzić.

Zespół prof. Stuarta Lindsaya z Arizona State University opracował technologię, która może okazać się przełomowym rozwiązaniem w dziedzinie badań genetycznych. Wynalazek opracowany przez badaczy z Arizony pozwala na sekwencjonowanie DNA na podstawie pomiaru właściwości elektrycznych zasad azotowych kodujących informację genetyczną. Technologia zaproponowana i przetestowana przez zespół prof. Lindsaya opiera się na wykorzystaniu mikroskopii sił atomowych. Metoda ta pozwala na identyfikację cząsteczek (lub, tak jak w przypadku np. DNA, ich podjednostek) na podstawie pomiaru siły, z jaką elektrony krążące wokół tej cząsteczki (podjednostki) odpychają elektrodę mikroskopu. Prawdopodobnie największym osiągnięciem badaczy z Arizony jest opracowanie specjalnej powłoki, zdolnej do wymuszania odpowiedniej orientacji przestrzennej na zasadach azotowych (jednostkach kodujących informację genetyczną, ułożonych jedna za drugą wzdłuż nici DNA). Dzięki pokryciu tym materiałem elektrod mikroskopu uczonym udało się ograniczyć liczbę fałszywych sygnałów mogących zaburzyć pomiar. Sekwencjonowanie nici DNA z wykorzystaniem nowej metody wymaga przeciągnięcia jej przez wnętrze superwąskiego (2,5 nm szerokości) otworu w sposób przypominający nawlekanie nici na igłę. Każda z zasad azotowych przesuwająca się pomiędzy elektrodami jest wówczas wychwytywana przez nową powłokę, a następnie wykonywany jest pomiar ładunku należących do niej elektronów. Dzięki porównaniu uzyskanych w ten sposób danych z bazą tzw. sygnatur elektronowych aparat przypisuje następnie każdy z pozyskanych sygnałów do jednej z zasad azotowych. Opracowanie metody szybkiego i taniego sekwencjonowania DNA jest uznawane za jedno z największych wyzwań współczesnej biologii i medycyny. Technologia zaproponowana przez zespół prof. Lindsaya nie jest jedyną próbą realizacji tego celu - o kilku innych pisaliśmy już w KopalniWiedzy. Z pewnością warto jednak śledzić jej losy, gdyż już niedługo właśnie ona może stać się kamieniem milowym w dziedzinie nowoczesnej diagnostyki.

Naukowcy z Uniwersytetu Bostońskiego opracowali metodę sekwencjonowania DNA pozwalającą na uniknięcie amplifikacji, czyli namnażania materiału pobranego do badania. To ogromny krok naprzód, ponieważ można w ten sposób pominąć niezwykle kosztowny i czasochłonny etap procedury. Wynalazek zespołu dr. Meniego Wanunu opiera się na wykorzystaniu szerokich na zaledwie 4 nm nanoporów wydrążnych w warstwie azotku krzemu (SiN). Otwory te są na tyle małe, że może przez nie przejść tylko jedna cząsteczka DNA, zaś ocena sekwencji informacji genetycznej odbywa się na podstawie pomiaru zmian pola elektrycznego podczas przechodzenia molekuły przez otwór. Największym problemem, jakim musieli się zmierzyć badacze z Bostonu, było nakierowanie cząsteczek wprost do porów. Efekt taki udało się osiągnąć dzięki wytworzeniu gradientu stężeń soli: im bliżej poru, tym bardziej stężony stawał się roztwór, co powodowało wzrost jego przewodności elektrycznej. Ponieważ cząsteczki DNA także posiadają ładunek elektryczny, pod wpływem prądu kierowały się one wprost do otworów. Podczas przenikania nici DNA przez płytkę na obwodzie porów wykonywane były pomiary przewodności elektrycznej. Ponieważ każda z zasad azotowych kodujących informację genetyczną posiada unikalne właściwości elektryczne, ich pomiar pozwalał na bezpośrednie określenie sekwencji badanej cząsteczki. Dotychczasowe próby urządzenia obejmowały ocenę sekwencji cząsteczek DNA o długości 800 par zasad (pz) oraz 8000 pz. To niewiele, biorąc pod uwagę np. rozmiar ludzkiego genomu, wynoszący 3 miliardy pz, lecz nie można zapominać, iż jest to dopiero prototyp aparatu. Możliwość pominięcia etapu amplifikacji DNA jest za to kolosalnym krokiem naprzód, który pozwoli na znaczne przyśpieszenie całego badania oraz obniżenie jego kosztów.

Naukowcy z brytyjskiego Instytutu Sangera ustalili, jako pierwsi w historii, kompletną sekwencję genomu komórek nowotworowych pobranych od dwojga pacjentów. Osiągnięcie to oznacza otwarcie nowej epoki w diagnostyce nowotworów i umożliwia poznanie tej grupy chorób z niespotykaną dotąd dokładnością. Ustalenie sekwencji DNA komórek nowotworowych jest niezwykle ważne, ponieważ zawarte w nim mutacje mają charakter losowy. Sprawia to, że każdy przypadek choroby jest unikalny i wymaga wyjątkowego traktowania. Niestety, technologie stosowane dotychczas pozwalały wyłącznie na badanie stosunkowo niewielkiej liczby genów, przez co dobranie optymalnej terapii bywało niekiedy bardzo trudne. Na szczęście dzięki zespołowi dr Erin Pleasance możemy mówić o nastaniu przełomu w tej dziedzinie. Do swoich badań dr Pleasance wykorzystała komórki pobrane od dwojga pacjentów, chorych na raka płuc oraz czerniaka złośliwego. U każdego z nich sekwencję materiału genetycznego odczytywano dwukrotnie: raz z wykorzystaniem DNA komórek zdrowych, a następnie przy użyciu materiału wyizolowanego z tkanki nowotworowej. Po zakończeniu sekwencjonowania okazało się, że komórki raka płuc zawierały ok. 23000 mutacji, zaś w komórkach czerniaka wykryto ich aż 33000. Oznacza to, że u pacjenta z rakiem płuc pojedyncza mutacja powstawała średnio raz na 15 wypalonych papierosów. W przypadku czerniaka z kolei badacze stwierdzili, zgodnie z oczekiwaniami, obecność mutacji charakterystycznych dla nadmiernej ekspozycji na światło ultrafioletowe. W pewnym momencie, pomimo dostrzegalnych w genomie śladów po próbach zachowania prawidłowej sekwencji DNA, komórki przegrały walkę z mutagenami i weszły na drogę nowotworzenia. Oczywiście dziś jest zbyt wcześnie, by mówić o poznaniu ostatnich tajemnic chorób nowotworowych. Samo poznanie sekwencji genomu zaledwie dwóch populacji komórek nowotworowych także nie dostarcza zbyt wielu danych. Stworzenie rozległej bazy mutacji oraz związanych z nimi efektów biologicznych (a więc np. ich reakcji na leki, tempa rozwoju choroby itp.) pozwoliłoby jednak na ustalenie odcinków DNA ważnych dla nowotworzenia oraz ułatwiłoby poszukiwanie nowych metod leczenia. To dopiero pierwszy przebłysk przyszłości onkologii, nie tylko tej laboratoryjnej, ale także klinicznej. Dokonywane dziś odkrycia złożą się na wiedzę, metody i praktykę związaną z opieką nad pacjentem - cieszy się cieszy się sir Mark Walport, szef Wellcome Trust, instytucji, do której należy Instytut Sangera. Nam pozostaje śledzić dalsze badania prowadzone przez jego podwładnych i trzymać kciuki za ich powodzenie.

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.

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.

Akademicy z Uniwersytetu w Uppsali wyekstrahowali długie fragmenty DNA z suszonych i sprasowanych roślin, zbieranych w XVIII wieku przez terminatora Karola Linneusza Adama Afzeliusa (Taxon). Profesor Katarina Andreasen zamierza sprawdzić, czy rośliny hodowane obecnie w Linneuszowskiej posiadłości Hammarby przypominają gatunki rosnące niegdyś w ogrodzie samego mistrza. W otoczeniu muzeum, będącego popularnym celem wycieczek rzesz turystów, można zaleźć wiele roślin o nieznanym pochodzeniu. Nie wiadomo, czy są tu od czasów Linneusza. Badania genetyczne pozwolą to rozstrzygnąć oraz odpowiedzieć na pytanie o ograniczenia metod sekwencjonowania DNA w starym materiale roślinnym. Wygląda na to, że sprawdzają się one w odniesieniu do okazów sprzed ponad 200 lat. Oznacza to, że będzie można poddać badaniom egzemplarze zgromadzone w herbariach na całym świecie, co bardzo ekscytuje panią profesor. Byłoby zabawnie wykazać, że stary materiał genetyczny jest identyczny jak w roślinach stanowiących ozdobę ogrodu w dzisiejszym Hammarby.

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.

Jak wypromować firmę zajmującą się genomiką, a przy okazji umożliwić nauczycielom przeprowadzenie niezapomnianej lekcji biologii? Wystarczy zaprosić chętnych do udziału w konkursie, w którym główną nagrodą jest... usługa sekwencjonowania ogromnego fragmentu DNA. Interesującą promocję zorganizowali przedstawiciele firmy Cofactor Genomics. Jak wyjaśniają na swojej stronie internetowej, zapraszają nauczycieli do opracowania projektu doświadczenia, które mogłoby stać się efektywną pomocą naukową dla prowadzonych przez nich klas. Komisja konkursowa wybierze najlepsze projekty badawcze i nagrodzi je darmowym zsekwencjonowaniem ogromnego fragmentu genomu - będzie to aż 700 milionów par zasad, co odpowiada niemal jednej czwartej ludzkiego genomu. Oprócz ustalenia sekwencji DNA zawartego w przesłanej próbce, pracownicy Cofactor Genomics sporządzą kompleksową analizę komputerową uzyskanych informacji. Usługa zostanie, oczywiście, zrealizowana z wykorzystaniem ultranowoczesnych aparatów. Na stronie firmy nie widnieją żadne zastrzeżenia odnośnie kraju, z którego mieliby pochodzić autorzy projektów. Można więc założyć, że Polacy także mogą wziąć udział w konkursie. Aby to zrobić, należy przesłać krótki (do 1 strony) opis doświadczenia, którego przeprowadzenie wymaga zsekwencjonowania DNA. Streszczenie powinno zawierać wyjaśnienie istoty eksperymentu oraz uzasadnienie jego użyteczności. Opiekunowie chętni do wzięcia udziału w inicjatywie znajdą informacje na jej temat na stronie Cofactor Genomics.

Nowy rodzaj testu genetycznego został opracowany przez badaczy z amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia (NIH). W przeciwieństwie do typowych technologii, badających sekwencję zasad azotowych w nici DNA, pomysł Amerykanów opiera się na poszukiwaniu różnic w organizacji przestrzennej cząsteczek DNA przenoszących różną informację genetyczną. Opracowana technika wykorzystuje zdolność nici DNA do tworzenia tzw. struktur drugo- i trzeciorzędowych, czyli struktur przestrzennych powstających w wyniku interakcji pomiędzy różnymi, niekiedy odległymi od siebie fragmentami cząsteczek. Jak twierdzą badacze z NIH, wykrywanie różnic w trójwymiarowym układzie różnych nici DNA pozwala na szybkie i wydajne wykrywanie różnic pomiędzy genomami osobników należących do tego samego lub różnych gatunków. Zasada działania nowego testu opiera się na założeniu, iż silnie zwinięte nici DNA są mniej podatne na niszczące działanie wolnych rodników niż cząsteczki wyprostowane. Jeżeli więc nić nie wykazuje złożonej struktury 3D, zostanie pocięta na bardzo drobne fragmenty, zaś cięcie odcinków bardziej skręconych da nieco większe produkty. Analiza wielkości powstających w ten sposób cząsteczek pozwala więc na porównanie stopnia złożoności budowy dwóch nici DNA oraz ich podobieństwa strukturalnego. Powszechnie uważa się, że fragmenty DNA odpowiedzialne za istotne funkcje życiowe nie powinny podlegać większym zmianom w toku ewolucji. Wynika to z faktu, że geny kluczowe dla przeżycia organzmów muszą wykazywać stosunkowo niską zmienność, w przeciwieństwie do sekwencji mniej ważnych, których mutacje nie są zwykle związane z poważnymi konsekwencjami. Na tym jednak nie koniec, bowiem wiele spośród tzw. sekwencji pozagenowych także może odgrywać istotną rolę w regulowaniu wielu procesów wewnątrzkomórkowych. One także mogą zostać zbadane z wykorzystaniem nowego pomysłu badaczy z NIH. Zwykle myślimy o DNA jak o ciągu liter na monitorze komputera, przez co zapominamy, że ten ciąg liter jest w rzeczywistości trójwymiarową cząsteczką. Tymczasem kształt ma ogromne znaczenie, wyjaśnia dr Elliott Margulies, jeden z naukowców zaangażowanych w badania. Białka wpływające na funkcje biologiczne dzięki wiązaniu DNA rozpoznają coś więcej, niż tylko sekwencję zasad azotowych. Proteiny te "widzą" także powierzchnię cząsteczki DNA i wyszukują na niej kształt, który umożliwia dopasowanie w stylu "klucza i zamka". Naukowcy z NIH ocenili prawdziwość swoich przypuszczeń doświadczalnie. Pobrano w tym celu próbki materiału genetycznego od 37 gatunków ssaków, m.n. od człowieka, myszy i szympansa. Analiza struktury przestrzennej DNA wykazała, że aż około 12% tzw. niekodującego DNA, czyli informacji genetycznej niezawierającej informacji o budowie białek lub RNA, może mieć istotne znaczenie biologiczne. Jest to liczba aż dwukrotnie wyższa, niż wynikało z dotychczasowych analiz, opartych wyłącznie na porównywaniu krótkich sekwencji zasad azotowych w nici DNA. Autorzy pomysłu uważają, że opracowana przez nich metoda pozwoli na "namierzenie" wielu istotnych fragmentów materiału genetycznego, które będzie można następnie poddać bardziej szczegółowym analizom. Test będzie miał więc charakter "przesiewowy", lecz jego ograniczona precyzja będzie rekompensowana przez wysoką przepustowość i niski koszt wykonania. Wiele wskazuje na to, że nowa technika może znaleźć zastosowanie także w medycynie. Udało się bowiem zaobserwować, że nawet drobne zmiany w niekodujących odcinkach DNA mogą powodować istotne różnice w funkcjonowaniu genomu. Przeprowadzone analizy wykazały, że nici DNA u osób cierpiących na różnego rodzaju choroby genetyczne mają tendencję do tworzenia wielu form przestrzennych zamiast jednej, ściśle określonej, jak ma to miejsce u ludzi zdrowych. Niestety, minie najprawdopodobniej wiele lat, zanim dokładnie zrozumiemy, jakie są konsekwencje tych zmian.

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.

Nazwa firmy "Complete Genomics" nie jest obecnie zbyt szeroko rozpoznawalna. Wygląda jednak na to, że możemy o niej usłyszeć jeszcze wiele razy. Przedstawiciele przedsiębiorstwa planują uruchomienie usługi sekwencjonowania genomu człowieka za przełomową cenę 5000 dolarów. Udostępnienie usługi klientom indywidualnym jest planowane na najbliższą wiosnę. Firma, mająca swoją siedzibę w kalifornijskim mieście Mountain View, opracowała technologię sekwencjonowania DNA pozwalającą na drastyczne obniżenie kosztów przeprowadzenia tego procesu. Dzięki jej wdrożeniu cena procedury spadła aż dwudziestokrotnie(!) w porównaniu do cen obowiązujących dotychczas. Ułatwiony dostęp do usługi sekwencjonowania jest najważniejszym krokiem na drodze do tzw. medycyny spersonalizowanej. Zgodnie z jej założeniami, lekarz powinien mieć dostęp do danych o indywidualnych cechach pacjenta, dzięki czemu możliwe jest zoptymalizowanie sposobu leczenia, dawek podawanych leków itp. Dotychczas zbieranie informacji tego typu ograniczało się do pojedynczych genów, które analizowane były głównie w przypadku podejrzenia zwiększonego ryzyka wystąpienia ściśle okreslonej choroby. Teraz, gdy cena badania spadła do tej stosunkowo niedużej kwoty, istnieje ogromna szansa na zebranie znacznie większej ilości danych i wprowadzenie szeroko zakrojonych programów profilaktyki wielu chorób. Przedstawiciele firmy planują, że w roku 2009 będzie ona w stanie przeprowadzić 1000 reakcji sekwencjonowania DNA, zaś w ciągu kolejnego roku zwiększy swoje "moce przerobowe" dwudziestokrotnie. Warto jednak zaznaczyć, że przedstawiciele Complete Genomics nie udostępnili jeszcze swoich danych żadnemu niezależnemu recenzentowi. Jednym z założycieli firmy jest Craig Venter - prawdopodobnie najbardziej znany biotechnolog na świecie. Ponieważ naukowiec pracował już wcześniej nad projektem sekwencjonowania genomu człowieka, zebrane wówczas informacje służą dziś jako próba odniesienia wobec nowej technologii. Co ciekawe, jako materiał do badań wykorzystano wówczas własne DNA Ventera. Aby przeprowadzić sekwencjonowanie DNA zgodnie z założeniami nowej metody, najpierw zostaje ono pocięte na krótkie fragmenty składające się z 80 nukleotydów, czyli jednostek kodujących informację genetyczną (cały genom ma ich aż 3 miliardy). Każdy z tych fragmentów jest następnie łączony z krótkimi syntetycznymi nićmi DNA, a następnie dochodzi do replikacji powstałych kompleksów z wykorzystaniem specjalnego enzymu. Ze względu na charakter fizykochemiczny syntetycznego fragmentu, ma on tendencję do bardzo ścisłego zwijania się do postaci zwanej nanopiłeczkami. Są one tak drobne, że na płytce o wielkości typowego szkiełka mikroskopowego mieści się ich około miliarda. Dzięki tak silnemu "upakowaniu" materiału genetycznego możliwe jest przeprowadzenie całej procedury na pojedynczej płytce, co pozwala na radykalną redukcję zużycia bardzo drogich odczynników. Gdy nanopiłeczki zostaną osadzone na powierzchni szkiełka, przeprowadza się właściwą reakcję sekwencjonowania. W tym celu wykorzystuje się cząsteczki wzbogacone o barwniki fluorescencyjne. Każda z nich przyłącza się do DNA w losowym miejscu, lecz zawsze do ściśle określonego rodzaju nukleotydu. Powstałe kompleksy oświetla się następnie za pomocą lampy ultrafioletowej, by wywołać świecenie barwnych cząsteczek. Specjalna aparatura pozwala nie tylko na określenie, jaki nukleotyd został związany, lecz także na ustalenie jego pozycji w analizowanej sekwencji. W ten sposób, krok po kroku, możliwe jest odkrycie kolejności wszystkich elementów kodujących informację genetyczną danego osobnika. Schemat ilustrujący całą procedurę jest dostępny tutaj. Losowe przyłączanie pojedynczych cząsteczek służących jako "sondy" wykrywające nukleotydy jest pomysłem bardzo nowatorskim. Ma ono co najmniej jedną istotną zaletę: zgodnie z założeniami dotychczasowych metod sekwencjonowania konieczne było poprawne odczytanie sekwencji wszystkich kolejnych nukleotydów. Powodowało to powstawanie licznych błędów w trakcie analizy, przez co wiarygodność testu spadała. W przypadku technologii opracowanej przez Complete Genomics każda "sonda" przyłącza się niezależnie od innych, dzięki czemu maleje ryzyko popełnienia "lawiny" błędów. Co ciekawe, przedstawiciele Complete Genomics nie planują sprzedaży produkowanych przez siebie urządzeń. Zamiast tego uruchomione zostanie ogromne centrum badawcze, w którym realizowana będzie ta usługa. Jak tłumaczy prezes firmy, Cliff Reid, będzie to rozwiązanie bardzo wygodne dla wielu przedsiębiorstw: oni nie chcą kupować własnego instrumentu, chcą kupić dane. Co ciekawe jednak, sekwencja DNA klienta będzie do niego wracała w postaci "surowej", tzn. bez jakiejkolwiek analizy informacji zapisanych w genach. Oznacza to, niestety, że całkowity koszt usługi będzie najprawdopodobniej powiększony o dopłatę związaną z analizą danych przez innego specjalistę. Środowisko naukowe nie kryje podziwu dla tego osiągnięcia. Chad Nusbaum, jeden z dyrektorów zarządzających Programem Sekwencjonowania i Analiz Genomu uruchomionym przez Broad Institute, ocenia: nagle ci goście zaczęli mówić o sekwencjonowaniu setek, a nawet tysięcy genomów w ciągu kilku najbliższych lat. Otwiera to niesamowite perspektywy na taki rodzaj nauki, jakiego naprawdę chcemy. Jest to możliwe właśnie dzięki uzyskiwaniu setek sekwencji ludzkiego genomu. Od tego momentu można zacząć zadawać trudne pytania na temat genetyk człowieka. Podobnego zdania jest Jeffrey Schloss, specjalista pracujący dla amerykańskiego Narodowego Instytutu Badań nad Ludzkim Genomem: Słowo "oszałamiające" wcale nie będzie zbyt wielkie, jeżeli będą mogli to zrobić w naprawdę krótkim czasie. Nie widziałem jednak jakichkolwiek danych i nie znam nikogo, kto by je widział, a jest to, oczywiście, kluczowe. Wyścig trwa. Biotechnologiczny gigant, firma Applied Biosystems, planuje udostępnienie w najbliższej przyszłości platformy, dzięki której możliwe będzie przeprowadzenie kompletnej analizy genomu za około 10 tysięcy dolarów. Która z firm wygra tę rywalizację, dowiemy się prawdopodobnie w ciągu najbliższych kilku lat.

Jak wiele dzieli nas od dnia, w którym lekarz będzie w stanie wykonać badanie genetyczne podczas naszej wizyty w gabinecie? Specjaliści w wielu ośrodkach badawczych robią wszystko, by stało się to jak najszybciej. Najnowszym efektem ich pracy jest urządzenie do szybkiego sekwencjowania DNA w czasie rzeczywistym. Autorami technologii są specjaliści z firmy Pacific Biosciences, której siedziba znajduje się w Menlo Park w Kalifornii. Opracowane przez nich urządzenie nie należy co prawda do kompaktowych - przypomina rozmiarami zamrażarkę - lecz umożliwia błyskawiczne odczytanie sekwencji nukleotydów, czyli jednostek kodujących informację genetyczną, w analizowanej nici DNA. Wyprodukowano dotychczas dwanaście prototypów aparatu. Co ciekawe, publiczny debiut pierwszego egzemplarza miał miejsce zaledwie niecały rok temu podczas konferencji dotyczącej sekwencjonowania DNA. Szef Pacific Biosciences, Steve Turner, zrobił na przedstawicielach nauki i biznesu tak wielkie wrażenie, że udało mu się zebrać aż 100 milionów dolarów na dalsze badania. Sercem zaprezentowanego urządzenia jest dwuwarstwowa płytka złożona z podstawy zbudowanej z dwutlenku krzemu (krzemionki) i nałożonej na nią warstwy metalu o grubości 100 nanometrów. W metalowej płyce wydrążono tysiące otworów o średnicy zaledwie 10 nanometrów każdy. Na dnie każdego z nich przytwierdzono do krzemionkowego podłoża enzym polimerazę DNA, która przeprowadza reakcję replikacji materiału genetycznego. W celu wykonania badania w dołku umieszcza się roztwór badanego fragmentu DNA, pochodzącego np. od pacjenta, oraz składniki niezbędne do przeprowadzenia jego replikacji. Najważniejszymi z nich są nukleotydy - jednostki budulcowe materiału genetycznego. Każdy z czterech typów nukleotydów, oznaczanych literami A, C, G oraz T, został wyznakowany innym rodzajem barwnika fluorescencyjnego. Zgodnie z uniwersalnymi regułami replikacji DNA, nukleotyd danego typu jest przyłączany do powstającej w trakcie replikacji nici wyłącznie wtedy, gdy będzie odpowiadał nukleotydowi położonemu na nici matrycowej. Dzieje się to zgodnie z tzw. regułą komplementarności, według której nukleotyd C przyłączany jest do nowego łańcucha DNA zawsze naprzeciw nukleotydu G cząsteczki kopiowanej, zaś A zawsze "łączy się w parę" z T. Po dodaniu wszystkich składników rozpoczyna się replikacja DNA. Gdy w pobliżu cząsteczki enzymu znajdzie się akurat odpowiedni nukleotyd, tzn. taki, który pasuje do nukleotydu na nici "matrycowej", polimeraza przyłącza go do syntetyzowanej cząsteczki. Przez cały czas trwania tego procesu dołek jest oświetlany światłem lasera, który wzbudza barwniki fluorescencyjne przyłączone do nukleotydów. Jest on ustawiony tak, by oświetlać wyłącznie najbliższe otoczenie cząsteczki polimerazy, dzięki czemu w danej chwili wykrywane jest wyłącznie światło pochodzące od przyłączanego właśnie nukleotydu. Ponieważ każdy z nukleotydów zawiera, jak wcześniej wspomniano, inny rodzaj barwnika, na podstawie analizy emitowanego światła można z łatwością określić, jaka cząsteczka została w danej chwili przyłączona do syntetyzowanej nici. Pozwala to na odtworzenie, krok po kroku, całej sekwencji badanej nici. Możliwości systemu opracowanego przez Pacific Biosciences są niezwykłe. Z użyciem nowej technologii możliwe jest ustalenie sekwencji 12 milionów nukleotydów, co odpowiada 0,3% całego genomu człowieka, w ciągu zaledwie godziny. Biorąc pod uwagę, że sekwencjonowaniu poddaje się zwykle fragmenty o długości kilkuset nukleotydów, możliwe jest prowadzenie szybkich i wiarygodnych badań genetycznych ma masową skalę. Przedstawiciele przedsiębiorstwa planują rozpoczęcie sprzedaży urządzenia na rok 2010. Jego sukces nie jest jednak pewny ze względu na ogromną konkurencję na rynku. Co najmniej kilka innych firm pracuje nad rozwojem podobnych platform i wszystko wskazuje na to, że wygra ten, kto pierwszy uruchomi system pozwalający na wykonanie szybkich i masowych, ale też tanich analiz.

Sekwencjonowanie DNA to analiza, której celem jest poznanie kolejności ułożenia nukleotydów (tworzących informację genetyczną jednostek budujących nić DNA) wzdłuż nici DNA w komórkach danego osobnika. Jest to jedna z najdokładniejszych znanych obecnie metod badania predyspozycji genetycznych do wielu chorób, ma także ogromne znacznie w badaniach związanych z funkcjonowaniem genów. Jest to technika bardzo dokładna i przydatna, lecz jej masowe stosowanie jest wciąż silnie ograniczone przez koszty. Rozwiązaniem tego problemu może okazać się urządzenie stworzone przez amerykańską firmę Helicos Biosciences. Odkrycia dokonane w ostatnich latach przyniosły znaczny, choć wciąż niewystarczający, spadek kosztów związanych z przeprowadzaniem analiz DNA. Trwający w latach 1990-2003 Human Genome Project (badania mające na celu ustalenie po raz pierwszy w historii pełnego genomu człowieka) pochłonął astronomiczne kwoty - budżet tego projektu wynosił ponad 3 miliardy dolarów. Obecnie średni koszt wykonania takiej analizy ocenia się na 100 tysięcy dolarów. Stworzona przez Helicon Biosciences technologia pozwoli dodatkowo obniżyć cenę pojedynczego sekwencjonowania i przybliżyć ją do granicy tysiąca dolarów. Właśnie ta suma jest uznawana za wystarczająco niską, by nakłonić statystycznego Amerykanina do wykonania u siebie takiego testu. Sekretem nowatorskiej metody jest zdolność do badania pojedynczej cząsteczki DNA. Do tej pory do podobnego badania potrzebne były ogromne ilości materiału, liczone w tysiącach, a nawet milionach cząsteczek. Uzyskiwano je dzięki procesowi zwanemu reakcją łańcuchową polimerazy (PCR, od ang. Polymerase Chain Reaction), polegającemu na tworzeniu kopii DNA in vitro (za opracowanie tej metody przyznano nagrodę Nobla w 1993 roku w dziedzinie chemii). Dzięki wynalazkowi Amerykanów możliwe jest pominięcie tego etapu, co znacząco obniża koszt całego testu. Zasadę działania nowej technologii opisano w najnowszym numerze czasopisma Science. Badana cząsteczka jest cięta na drobne kawałki i przytwierdzana do specjalnego podłoża, a następnie, nukleotyd po nukleotydzie, przyłącza się do każdego z nich fluorescencyjne znaczniki wiążące się wyłącznie z jednym z czterech możliwych rodzajów nukleotydów (opisujemy je jako A, C, G lub T). Po każdym takim przyłączeniu dokonuje się analizy rozbłysków poszczególnych znaczników w świetle UV. W ten sposób można ustalić, w jakiej kolejności są ułożone nukleotydy w każdej z nici. Sama technika odczytu nie różni się szczególnie od tych stosowanych dotychczas, lecz zdolność do analizy pojedynczej nici DNA była dotąd nieosiągalna. Potencjalne zastosowania dla sekwencjonowania DNA są ogromne. Spektrum możliwości ich wykorzystania sięga od poprawy jakości wody pitnej, poprzez lepszy dobór oczyszczających ją mikroorganizmów, aż po badania predyspozycji badanego człowieka do określonych chorób. Wynalazek ma także szansę przybliżyć erę tzw. medycyny zindywidualizowanej, czyli ścisłego dopasowania terapii do genetycznych uwarunkowań występujących u danego pacjenta. Na razie nie podano informacji, czy i jeśli tak, za jaki czas nowatorska maszyna trafi na rynek.

Centrum badawcze Rothbert Institute rozpoczyna program o nazwie Projekt Matuzalem. Jego celem jest zsekwencjonowanie genomu 100 osób, które żyją co najmniej 100 lat. Uczeni chcą w ten sposób poznać tajemnicę długiego życia. Ocenia się, że wieku 100 lat dożywa 1 osoba na 7000. Wiele ze staruszków cieszy się dobrym zdrowiem jeszcze w wieku ponad 90 lat, mimo iż nie prowadzą szczególnie zdrowego trybu życia. Dobrym przykładem może być tutaj komik George Burns, który przeżył 100 lat i 2 miesiące paląc przez większość życia olbrzymią liczbę cygar. Jedna z kobiet, którą chcemy zbadać, ma ponad 100 lat, a jeszcze dwa lata temu grała w tenisa – mówi Jonathan Rothberg. Marzę o tym, by znaleźć u tych osób modyfikację genetyczną, która powoduje, że żyją tak długo – dodał. Rothberg jest również założycielem firmy Rohe 454 Life Sciences, która specjalizuje się w rozwijaniu technologii sekwencjonowania DNA. To właśnie ta firma zsekwencjonowała genom Jamesa Watsona, jednego z odkrywców DNA. Projekt ten kosztował o cały rząd wielkości więcej, niż sekwencjonowanie tradycyjnymi metodami, ale jego celem było pokazanie możliwości technicznych 454 Life Sciences. Genom staruszków będzie sekwencjonowany inną techniką. Uczeni skupią się tylko na regionach kodujących DNA, które stanowią około 1% całego genomu. Dlatego zbadanie DNA 100 osób będzie kosztowało tyle, co zsekwencjonowanie całego genomu Watsona. Rothberg podkreśla, że badanie całego genomu w tym wypadku nie ma sensu. Nasza wiedza dotycząca ludzkiego genomu niemal w całości (w 95%) dotyczy właśnie rejonów kodujących. Innych części DNA na razie naukowcy niemal w ogóle nie rozszyfrowali. Projekt Matuzaloem to nie pierwsza próba znalezienia odpowiedzi na zagadkę długowieczności. Rothberg informuje jednak, że różnica w podejściu do badań jest ogromna. Poprzednio uczeni skupiali się na całym genomie, więc mogli przeoczyć sporo szczegółów. Całościowe skanowanie DNA nie pozwala na wykrycie wielu rzeczy. W samym genomie Watsona znaleziono 170 000 drobnych różnic, których nie wykazało badanie całościowe. Ze zdaniem Rothberga zgadzają się inni specjaliści. To może być bardziej bezpośredni i szybki sposób na badanie genomu – mowi Thomas Perls, dyrektor New England Centenarian Study w Boston Medical Center. Perls uważa przy tym, że w DNA stulatków z jednej strony może brakować mutacji czyniących ludzi podatnymi na schorzenia związane z wiekiem (np. na chorobę Alzheimera czy choroby serca), a z drugiej mogą występować jakieś mutacje utrzymujące ich przy życiu.

Być może obecnie naukowcy będą w stanie sekwencjonować DNA mamutów lub nawet neandertalczyków. Stanie się tak dzięki nowej metodzie korekty błędów popełnianych w trakcie tej procedury, a spowodowanych degradacją badanego materiału. Kiedy zespół Svante Pääbo z Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology w Lipsku analizował DNA z próbek liczących sobie od 50 do 50 tys. lat wilczych kości, wyróżniono tylko jeden błąd: maszyny sekwencjonujące błędnie zinterpretowały nadgryzioną zębem czasu cytozynę jako tyminę. Porównanie starego DNA z materiałem genetycznym spokrewnionych, a żyjących współcześnie gatunków pozwala zidentyfikować i poprawić popełniane błędy (Proceedings of the National Academy of Sciences).