Vísir að RNA sameindum búinn til í vatni

Lykilspurning um uppruna líffræðilegra sameinda eins og RNA og DNA er um efnafræðilegt ferðalag þeirra frá einföldum forstigum uppí stærri og flóknari sameindir. Núna, í rannsókn sem birtist í þessari viku í Biological Chemistry, þá hafa rannsakandur á Ítalíu endurbyggt eitt af fyrstu skrefum þróunarinnar: að búa til langar keðjur af RNA frá einstökum grunneiningum notandi ekkert til hjálpar annað en heitt vatn.

Margir vísindamenn telja að RNA hafi verið ein af fyrstu líffræðilegu sameindunum til að verða til, á undan DNA og próteini, hinsvegar hefur ekki gengið vel að endurgera RNA frá einföldum forlífs sameindum sem voru líklegast til staðar á frumjörðinni fyrir milljörðum ára síðan.

Núna hafa Ernesto Di Mauro og samstarfsfélagar hans uppgötvað að fornar sameindir sem kallast hringlaga kirni, geta tengst saman í vatni og myndað fjölliður sem eru meira 100 kirna langar í vatni sem er 40-90°C heitt, álíka og vatnshitastig á frumjörðinni.

Hringlaga kirni eru mjög lík kirnunum sem mynda einstakar einingar af DNA og RNA (A, T, G og C), fyrir utan að þau mynda auka efnatengi og taka á sig hringlaga form. Þetta aukatengi gerir það að verkum að hringlaga kirni eru hvarfgjarnari, þannig að þau gátu tengst saman til að mynda langar keðjur nokkuð hratt (það tók um það bil 200 tíma að ná 100 kirna langri keðju).

Uppgötvunin er spennandi þar sem hringlaga kirni myndast auðveldlega frá einföldum efnum eins og formamíði, þannig að þau eru möguleg forlífsefni sem voru til staðar í forlífssúpunni. Þessi rannsókn gæti þá verið að sýna hvernig fyrstu hlutar erfðafræðilegra upplýsinga urðu til.

[Heimild: American Society for Biochemistry and Molecular Biology]

[Meiri upplýsingar: JBC]

Þróun í okkar tímaramma

Rannsakendur segja að rannsókn sem hefur verið í gangi í 21 ár og skoðar kjarna þróunar í flöskum rannsóknarstofu sýni ekki aðeins náttúruval að verki , heldur gæti það leitt til framfara í líftækni og læknavísindum.

Bók Charles Darwin, Uppruni tegundanna, kom fyrst fram með sönnunargögnin fyrir þróun fyrir 150 árum síðan. Núna gefur Richard Lenski, prófessor við Ríkisháskólann í Michigan, ásamt samstarfsfélögum sínum út skýrslu í þessari viku um rannsóknina í virta vísindatímaritinu Nature.

Lenski byrjaði að rækta E. Coli bakteríur árið 1988. Hann hugsaði sér að ef erfðafræðileg stökkbreyting veitti frumu forskot í samkeppni um mat þá ætti hún að verða ríkjandi í allri ræktinni. Þó kenning Darwins um náttúruval sé studd af öðrum rannsóknum, þá hefur hún aldrei verið rannsökuð í jafn margar kynslóðir, né jafn vandlega.

“Það er virkilega gott að geta nú sýnt nákvæmlega hvernig val hefur breytt genamengi þessara baktería, stig af stigi yfir tugi þúsunda kynslóða,” sagði Lenski.

Hópur Lenski frysti reglulega bakteríur til að skoða seinna, síðar meir hafa tækniframfarir gert það að verkum að hægt er að sjá alla genaröðunina. Við 20.000 kynslóða miðpunktinn, þá uppgötvuðu rannsakendurnir 45 stökkbreytingar á meðal lifandi frumna. Þessar stökkbreytingar, ættu samkvæmt kenningu Darwins að innihalda eitthvað forskot, og það er nákvæmlega það sem niðurstöður rannsakendanna sýna.

Niðurstöðurnar “sýna fallega fram á hvernig röð stökkbreytinga hefur gert þessum lífverum kleift að ná hærri og hærri nýtni í umhverfi sínu,” sagði Dominique Schneider, sameindaerfðafræðingur við Joseph Fourier háskólann í Grenoble, Frakklandi.

Langlíf tilraun Lenski virkar einstaklega vel til að svara nokkrum mikilvægum spurningum, eins og hvort breytingar á genamengi baktería eru í samfloti með hæfileika hennar til að lifa af.

“Samhengið á milli erfðafræði og aðlögunar þróunar er flókið og gengur oft gegn almennri skynsemi,” bætti Lenski við. “Genamengið var að þróast á furðulega jöfnum hraða, jafnvel þó það hægðist verulega á aðlöguninni. En skyndilega jókst svo tíðni stökbreytinganna og nýtt gagnvirkt samband hófst.”

Stökkbreyting í DNA efnaskiptum varð í kringum kynslóð 26.000, sem leiddi til þess að tíðni stökkbreytinga allstaðar annarstaðar í genamengingu jókst gífurlega. Heildartala stökkbreytinga var orðin 653 við kynslóð 40.000, rannsakendurnir benda samt á að flestar seinni tíma stökkbreytingarnar hjálpuðu bakteríunni ekki.

Gena stökkbreytingar í mennskri DNA afritun valda sumum krabbameinum. Mörg munstrin sem sjá mátti í tilrauninni verða einnig í vissum bakteríu sýkingum, “og krabbameins framvindan er í grunninn álíka þróunarferli,” sagði Jeffrey Barrick. “Svo það sem við lærum hérna getur hjálpað okkur að skilja betur ferli þessara sjúkdóma.”

Barrick, Rannsakandi við háskólann þróaði reikningstól til að uppgötva og staðfesta oft flóknar stökkbreytingar. “Við vitum ótrulega mikið um smáatriði þróunar í þessum litlu Erlenmayer flöskum,” sagði hann.

Greinin í Nature innihélt samvinnu vísindamanna frá Suður-Kóreu sem og Frakklandi og ríkisháskólanum í Michigan. Rannsóknin “er ekki aðeins gagnleg í að skilja hraða og form þróuninnar, heldur getur virkað sem rammi fyrir hagkvæmar lausnir í líftækni, t.d. til að bæta virkni eða framleiðslu iðnaðarstofna.”

Þúsundum kynslóðum seinna heldur tilraunin áfram að þróast. “Eins og oft í vísindum, þá svarar rannsókn okkar nokkrum spurningum en spyr margra annara,” sagði Lenski.

[Heimild: Ríkisháskólinn í Michigan]

Örflaga getur numið gerð og alvarleika krabbameins

Rannsakendur við háskólann í Toronto hafa notað nanóefni til að þróa örflögu sem er nógu næm til að finna fljótt út gerð og alvarleika krabbameins þannig að hægt sé að finna sjúkdóminn fyrr og meðferðin þá verið skilvirkari.

Byltingarkennt starf þeirra sem fjallað er um í 27. Sept útgáfu Nature Nanotechnology er aðeins byrjunin á tímabili þar sem háþróaðar sameindagreiningar verða algengar.

“Þessi merkilega nýsköpun bendir til að sólarupprás aldar nanólækninga sé hafin,” sagði prófessor David Naylor, forseti háskólans í Toronto og prófessor í læknisfræði. “Þökk sé breidd sérfræðinga hérna við háskólann í Toronto þá getur þverfagleg samvinna skapað þann möguleika að áfangar sem þessi náist.”

Nýtt tæki rannsakendanna getur auðveldlega numið þá lífvísa (biomarkers – þau ýmsu efni sem gefa til kynna ýmis líffræðileg ástönd) sem gefa til kynna krabbamein á frumustigi, jafnvel þótt þessar lífsameindir – gen sem benda til illkynja gerða sjúkdómsins og skilja á milli mismunandi gerða krabbameins – eru venjulega í litlu magni í lífsýnum. Greiningunni er hægt að ljúka innan 30 mínútna, sem er mikil bæting frá þeim greiningaraðferðum sem notast er við í dag og taka yfirleitt einhverja daga.

“Í dag tekur það herbergi fullt af tölvum til að meta læknisfræðilega mikilvægt sýni af krabbamein lífvísum og niðurstöðurnar eru ekki auðfáanlegar,” sagði Shana Kelley sem var aðalrannsakandi við verkefnið og aðstoðarhöfundur skýrslunnar.

“Liðið okkar gat mælt lífsameindir á rafrænni örflögu á stærð við fingurgóma og greint sýnið á innan við hálftíma. Einingarnar sem þarf fyrir þessa greiningu er hægt að geyma inni í tæki á stærð við BlackBerry.”

Kelley, ásamt verkfræðiprófessornum Ted Sargent uppgötvuðu að hefðbundnir; flatir, rafrænir, málmskynjarar voru ekki nógu góðir til að skynja sérstaka lífvísa krabbameins. Þess í stað bjuggu þau til flögu og skreyttu hana með vírum af nanómetra stærðargráðu og sameinda “beitu”.

“Sameining á DNA – sameind lífsins – með hraðvirkum, litlum, rafrænum flögum er dæmi um þverfaglega samleitni,” sagði Sargent. “Með því að starfa með framúrskarandi  rannsakendum í nanóefnum, lyfjavísindum og rafverkfræði gátum við sýnt fram á að stjórnuð innleiðing nanóefna bætir sjúkdómsuppgötvun og greiningu.”

Hraðinn og nákvæmnin sem tækið þeirra býður uppá eru gleðifregnir fyrir þá sem rannsaka krabbamein.

“Við treystum á mælingu á lífvísum til að finna krabbamein og til að vita hvort meðferðin virki,” sagði Dr. Tom Hudson, forseti og yfirmaður vísinda hjá krabbameins rannsóknastofnun Ontario. “Uppgötvun Dr. Kelley og liðs hennar býður uppá möguleikann á hraðari og ódýrari tækni sem hægt er að nota hvar sem er, hraðar það greiningu og hjálpar við að finna hnitmiðaðri meðferð fyrir sjúklinga.”

Örflagan hefur verið prófuð á blöðruhálskrabbameini og gerðir af höfuð og háls krabbameinum. Mögulega væri hægt að nota hana til að greina aðrar gerðir krabbameina, sem og smitsjúkdóma á borð við HIV, MRSA og H1N1 flensuna.

[Heimild: Háskólinn í Toronto]

Apple með öllu genamenginu þínu á 6 milljónir króna

Illumina, fyrirtæki í Bandaríkjunum kynnti í gær til sögunnar þjónustu þar sem þú getur fengið allt genamengi þitt afkóðað, fyrir 48 þúsund dollara (ca. 6 milljónir kr).

Þetta er í fyrsta skipti sem hægt er að fá allt genamengi sitt fyrir innan við 50 þúsund dollara. „Stöðugt lækkandi kostnaður hefur gert afkóðun að tækni sem hægt er að bjóða uppá fyrir neytendur“ sagði Jay Flatley, forstjóri Illumina. „Við erum að fara inn í nýja tíma í genaheilsu, þar sem upplýsingar frá genamengi einstaklinga munu byrja að hafa áhrif á lífstíls ákvarðanir og hjálpa til við heilsustjórnun.“

Illumina ætlar sér að búa til samfélag fyrir menntun og upplýsingadreifingu fyrir þá sem hafa látið afkóða genamengi sitt. Þegar meiri upplýsingar verða á lausu, þá geta þáttakendur skoðað sínar eigin genaupplýsingar til að skilja þeirra eiginleika á vegu sem hafa aldrei áður verið mögulegir.

Illumina er í samvinnu með mörgum öðrum, meðal annars 23andme, íslenskri erfðagreiningu, Knome og Navigenics, til að greina betur upplýsingarnar, t.d. með útreikingum á sjúkdómshættu, ættfræði, og upplýsingum um genabreytur sem fólk gæti haft áhuga á að vita meira um.

Upplýsingarnar munu koma á nýrri Apple tölvu ásamt forriti til að lesa upplýsingarnar. Þó verðið gæti enn virst hátt fyrir meðalmanninn þá er talið að það eigi eftir að lækka mun meira á næstu árum og ekki sé langt í að það kosti aðeins nokkur þúsund dollara að afkóða allt genamengi sitt.