Kodėl šikšnosparniai gali skristi, o pelės negali?

Nuo pirmosios išmuštos pelės gimimo 1989 m., taikymas į specifinius pelių genus ir jų keitimas tapo viena iš labiausiai paplitusių genetikos praktikų. Leidžiant mokslininkams stebėti atskirų genų išmušimo pasekmes, ši technika buvo labai svarbi aiškinant žmogaus genomo, kuris 95 procentais identiškas mūsų pelių pusbrolio, reikšmę. Taikymas į genus leido mokslininkams sukurti žmonių ligų modelius ir atskleisti biologinius procesus, dėl kurių visi organizmai erzina. (Jei norite gauti išsamų technologijos aprašymą, atsisiųskite šį PDF.)

Nokautų tyrėjas: Jutos universiteto Mario Capecchi, šių metų Nobelio fiziologijos ar medicinos premijos laureatas.

Anksčiau šią savaitę Nobelio asamblėja Švedijoje pripažino nukreipimo į genus svarbą, suteikdama apdovanojimą. Nobelio fiziologijos ar medicinos premija trims mokslininkams, kurių darbas buvo esminis jo vystymuisi: Mario R. Capecchi , Jutos universitete, Solt Leik Sityje; Martinas J. Evansas , Kardifo universitete, Velse; ir Oliveris Smithies , Šiaurės Karolinos universitete Chapel Hill. Po šio pranešimo 70 metų Capecchi kalbėjosi su Technologijų apžvalga apie technologiją, kuri jam pelnė prestižiškiausią mokslo premiją, ir genetines paslaptis, kurios, jo manymu, išlaikys jį laboratorijoje ilgus metus.

Technologijų apžvalga : Genų taikymo technologija atskleidė daugybę biologinių paslapčių. Į kokius didžiausius genetikos klausimus reikia atsakyti?

Mario Capecchi: Dauguma genetinių tyrimų buvo atlikti tik su tokiais organizmais kaip mielės, bakterijos, kirminai, musės, pelės ir zebrafish. Visada buvo akcentuojama tai, ką jie turi bendro, bet manau, kad skirtumai tarp organizmų bus tokie pat svarbūs, kaip ir panašumai. Žinoma, mokytis yra daug sunkiau. Skirtumai tarp žinduolių ar bakterijų rūšių yra didžiuliai.

Multimedija

• Grafika, rodanti, kaip veikia genų taikymas.

Laimei, dabar per kelis mėnesius galime sekvenuoti tokį sudėtingą genomą kaip ir mūsų pačių. Po kelerių metų bus nereikšminga sukurti milžinišką genetinės informacijos apie įvairias rūšis kiekį. Trūksta būdo, kaip tą informaciją sudėti į funkcinę sistemą. Ką reiškia visi šie genetiniai skirtumai? Kas daro banginį banginiu, o pelę – pele?

VAIKAI : Ar bandote atsakyti į šį klausimą savo laboratorijoje?

MC: Taip. Manau, kad daug evoliucijos kyla dėl priedų mutacijų, o ne dėl savybių praradimo. Genas yra dubliuojamas genome, o tada viena kopija sukuria naują funkciją, o pirminis genas lieka nepažeistas. Pradedant nuo nepaliesto genomo ir jį papildant, tikiuosi, kad tai bus kažkas, kas buvo įgyta evoliucijos metu.

Naudosime pelę kaip savotišką surogatą, kad suprastume šikšnosparnius. Kodėl jie gali skristi ir echolokuoti, o tokio pat dydžio pelė negali? Tikimės sukurti pelių kolekciją, kurioje būtų atstovaujamas visas šikšnosparnių genų rinkinys.

VAIKAI : Oho. Kaip tu tai padarai? Ar kiekvieną šikšnosparnio geną dedate į skirtingas pelių atmainas po vieną?

MC: Ne, tam reikėtų sukurti maždaug 25 000 pelių padermių ir tai būtų per brangu. Vietoj to, mes perkelsime didelius šikšnosparnio genomo gabalus į peles. Jei matome signalą – pavyzdžiui, pelės turi skirtingas galimybes – galime jį suskaidyti po geną.

VAIKAI : Kodėl šikšnosparniai?

MC: Jie yra identiško dydžio kaip pelės ir turi panašią fiziologiją, pavyzdžiui, širdies susitraukimų dažnį ir kūno temperatūrą. Taigi nemanome, kad atsiras nesuderinamumo lygis, dėl kurio pelės būtų nužudytos. Tačiau mes taip pat pasirinkome šikšnosparnius, nes žinome, kaip jie labai skiriasi nuo pelių. Jų echolokacija yra beveik tokia pat gera, kaip ir mūsų regėjimas. Jie gali atskirti dalykus submilimetro skalėje.

VAIKAI : Ar šis metodas iš tikrųjų gali atskleisti tokį sudėtingą dalyką kaip echolokacija, kuri tikriausiai apima daug genų?

MC: Tikrai nesitikime sukurti pelių, kurios galėtų skraidyti ar echolokuoti. Tačiau šios galimybės turi atskirus komponentus, kuriuos galime ištirti – pavyzdžiui, įvairius klausos sistemos komponentus.

Taip pat tikėtina, kad šios galimybės nėra tokios sudėtingos, kaip manėme. Su keliais genais įmanoma sukurti labai sudėtingus dalykus. Yra dvi šikšnosparnių grupės: megabatai ir mikrobatai. Žmonės iš pradžių manė, kad megabatai išsivystė iš primatų, nes jų smegenys labiau atrodo kaip primatų smegenys, o mikrobatų – kaip graužikų smegenys. Tačiau sekos tyrimai rodo, kad abu tipai yra susiję su graužikais. Tai rodo, kad per labai trumpą laiką įmanoma sukurti smegenis, kurios histologiškai atrodytų kaip mūsų.

Be to, megabatai turi vizualinę sistemą, kuri panašesnė į mūsų, o ne į graužikus. Įvairiose smegenų dalyse apdorojame skirtingus vizualinio kraštovaizdžio aspektus, tokius kaip spalva ir judesys, o tada kažkaip sujungiame juos į vieną vaizdą. Pelės turi daug paprastesnę sistemą. Megabatai valgo vaisius, todėl turėjo atskirti prinokusių vaisių spalvą, kaip tai darė mūsų protėviai. Tai, kad šis šikšnosparnių gebėjimas išsivystė taip greitai, man rodo, kad už tai yra atsakingi tik keli genai.

Žinoma, planuoju projektus, kuriems įgyvendinti prireiks 20 metų. Bet aš visada optimistiškai žiūriu į tyrimą ir kiek ilgai gyvensiu! Manau, kad naudojant savo smegenis išliekate jauni, todėl ketinu ir toliau jomis naudotis.

paslėpti