211service.com
Šunys vedliai
Idealus bokserio šuo yra stiprus, stačiakampio sudėjimo, lygus. Veisėjai jį vertina už nuskustą galvą. Galvos grožis priklauso nuo harmoningos snukio ir kaukolės santykio, skaitykite Amerikos veislyno klubo veislės standartus. Bukas snukis yra trečdalis galvos ilgio nuo pakaušio iki nosies galiuko ir du trečdaliai kaukolės pločio. Protingas ir budrus boksininkas kiekvienu judesiu perteikia malonę.
Genomo struktūra, kuria grindžiamas grakštus boksininko sudėjimas, taip pat yra nuostabi, sako Kerstin Lindblad-Toh, molekulinė biologė, vadovavusi pastangoms nustatyti šuns genomo seką. Kaip genomo sekos nustatymo ir analizės programos bendradirektorė Plačiame genominės medicinos institute, Lindblad-Toh taip pat prižiūrėjo projektus, susijusius su pele ir oposumu, todėl ji yra gerai kvalifikuota įvertinti boksininko genominį grožį. To grožio šaltinis yra santykinis genetinės įvairovės trūkumas, šimtą metų griežtai kontroliuojamo savybių, tokių kaip harmoningos kaukolės, auginimo rezultatas. Šunų veislių genetinis homogeniškumas ir jų skirtumų siaurumas reiškia, kad šunų genomas turi vertingų užuominų apie įprastų tiek šunų, tiek žmonių ligų priežastis.
Šuns genomo ilgis yra apie 2,4 milijardo bazių, tačiau Lindblad-Toh grupė sugebėjo jį sekti atlikti vos per šešis mėnesius. Platusis institutas, kuriam bendrai vadovauja MIT ir Harvardo universitetas, yra genetinė jėga, galinti kiekvienais metais 99 procentų tikslumu nustatyti 60 milijardų bazių (genominės abėcėlės raidžių) – tai atitinka kelis žmogaus genomo projektus. Ji turi didesnį sekų nustatymo pajėgumą nei beveik bet kuri kita viešoji ar akademinė įstaiga pasaulyje.
Šiandien didelė dalis šių pajėgumų yra skirta Broad žinduolių genomo projektui. „The Broad“ yra vienas iš trijų mokslinių tyrimų centrų, finansuojamų Nacionalinių sveikatos institutų, siekiant iš esmės padidinti žinduolių, kurių genomai buvo sekvenuoti, skaičių per ateinančius kelerius metus iki maždaug 30. (Kiti du centrai yra Baylor medicinos koledže Hiustone ir Vašingtono universiteto medicinos mokykloje Sent Luise.) Lindblad-Toh prižiūri daugiau nei 20 Broad gyvūnų sekos nustatymo ir analizės projektus, teikdamas išteklius tyrėjams, kurie tirdami žmonių ligas pasikliauti gyvūnų modeliais. Jos komandos pastangos parodys daugiau informacijos apie tai, kaip reguliuojamas mūsų pačių genomas, ir užpildys mūsų supratimo apie žmogaus evoliucijos istoriją spragas. Galiausiai šis darbas galėtų padėti atsakyti į kai kuriuos įtikinamus klausimus: kas daro žinduolį žinduoliu, primatą – primatu ir kas daro mus žmonėmis?
Multimedija
Peržiūrėkite Broad Instituto ir jų darbų vaizdus.
Nenatūrali atranka
2002 m., kai šunų tyrinėtojai paklausė Lindblad-Toh apie gyvūno genomo seką, ji pagalvojo: Oho, tai turi būti idealus modelis. Žmogaus vadovaujamas veisimas užaugino raukšlėtus šarpėjus, mohawked Rodezijos ridžbekus ir lieknus gražių linijų borzuusus. Tačiau kai praturtinate tam tikrais pageidaujamais bruožais, dažnai, deja, užfiksuojate ligos bruožus, sako Lindblad-Toh. Be išskirtinių bruožų, kiekviena veislė turi savitų genetinių pažeidžiamybių: vystymosi defektų, širdies ligų, klubų problemų, vėžio. Šunys kenčia nuo daugelio tų pačių ligų kaip ir žmonės, todėl mokslininkai gali panaudoti jų genomą, kad nustatytų genetines abiejų rūšių ligų priežastis.
Lindblad-Toh ir jos bendradarbiai Nacionaliniame žmogaus genomo tyrimų institute (NIH dalis) pirmiausia turėjo nustatyti, kurią veislę sekti. Žmonės smarkiai sumažino kai kurių šunų genetinę įvairovę, augindami, pavyzdžiui, tik pačius buldogus ir didžiausius žandikaulius bokserius. Nedidelę genetinę įvairovę turinčios veislės seką lengviau nustatyti, nes dvi kiekvienos chromosomos kopijos – viena iš motinos, viena iš tėvo – yra panašios viena į kitą. Taigi, kai preliminari analizė parodė, kad boksininkai yra tarp mažiausiai genetiškai skirtingų šunų veislių, tyrėjai turėjo savo temą.
Net kai genetinė įvairovė yra ribota, genomo brėžinys prilygsta labai didelės, labai sudėtingos dėlionės, kurios gabalėliai išsibarstę po visą namą – įsprausti tarp sofos pagalvėlių arba po garstyčių stiklainiu šaldytuvo gale, sudarymas. Pirma, tyrėjai turi surasti ir identifikuoti visas dalis; tada jų laukia didžiulis galvosūkio surinkimo darbas. Lindblad-Toh ir jos bendradarbiai šešis mėnesius sekvenavo moterų boksininkės genomo segmentus ir tris ar keturis kartus ilgiau juos sujungė ir analizavo. Žurnale jie paskelbė šuns genomą ir išsamią analizę, lyginančią jį su pelės ir žmogaus genomais. Gamta 2005 metų gruodžio mėnesį.
Lindblad-Toh ir jos komanda taip pat palygino bokserio genomą su esama pudelio genomo tyrimo seka ir devynių kitų šunų veislių genomų dalimis, kurias jie buvo paruošę šiam tikslui. Kaip jie tikėjosi, nors kiekviena veislė turi savo išskirtinių bruožų ir mutacijų, visos veislės vis tiek labai panašios viena į kitą. (Naminės veislės gyvuoja dar ne taip seniai, kad įsivyrautų didelė įvairovė.) Dėl šių šunų veislių panašumų turėtų būti lengviau pastebėti su liga susijusias mutacijas. Broad ir kitur mokslininkai šiuo metu atskleidžia šunų ligų genus, padedami Amerikos veislyno klubo / šunų sveikatos fondo ir Morriso gyvūnų fondo. Tyrėjai vyksta į šunų parodas, kad paimtų kraujo mėginius ir kilmės dokumentus, arba jie gauna mėginius iš veterinarijos gydytojų. Naudodami DNR mikrogardelius, jie ieško genetinių skirtumų tarp sveikų ir ligomis sergančių šunų.
Lindblad-Toh sako, kad ji ir kiti plataus masto tyrinėtojai nustatė apie 10 genų, skirtų paprastiems požymiams, tokiems kaip kailio spalva, ir sudėtingoms ligoms, tokioms kaip vėžys; jie taip pat tiria genus, susijusius su kardiomiopatija ir diabetu. Žinoma, kai pamatai šunų ligos geną, iškart žiūri į žmones, sergančius ta pačia liga, sako ji. Šunys ir žmonės yra gana glaudžiai susiję ir dalijasi daugumos tų pačių genų versijomis.
Tačiau daug lengviau atskleisti šunų ligų mutacijas. Du atsitiktiniai rotveileriai yra daug glaudžiau susiję nei du atsitiktiniai žmonės. Jei abu rotveileriai susirgs kaulų vėžiu, kuris yra dažnas jų veislei, ligą greičiausiai sukels kelios abiejų šunų nešiojamos mutacijos. Tačiau du žmonės, sergantys kaulų vėžiu, rečiau turi ligą sukeliančių bendrų mutacijų. Vėžio tyrimams mes turėjome apie 50–100 sergančių šunų, sako Lindblad-Toh. Norint pamatyti panašius modelius, jums reikės daug didesnės žmonių imties – tūkstančių pacientų ir sveikų žmonių. Supratimas, kurios mutacijos sukelia ligą šunims, padeda mokslininkams išsiaiškinti, kur ieškoti ligas sukeliančių mutacijų žmonėms.
Praėjus beveik dvejiems metams po šuns genomo paskelbimo, jo, kaip žmogaus ligų tyrimo priemonės, pažadai pradeda pasitvirtinti. Lindblad-Toh teigia, kad jos grupė tikisi nustatyti mutacijas, susijusias su osteosarkoma – retu, bet mirtinu vėžiu paauglystėje. Ateinančiais metais bus labai įdomu sužinoti, ar [šunų genų mutacijų tyrimo įžvalgas] pritaikius žmonėms, sergantiems tomis pačiomis ligomis, taip pat bus parodytos tų pačių genų mutacijos, sako ji. Mano prognozė yra taip. Manau, jei naudojant šunis būtų galima rasti stiprių rizikos veiksnių žmonėms, tai būtų didelė nauda.
Už genų
Kai išanalizavome pelės ir žmogaus genomus, nustatėme, kad jie yra 5 procentai funkcionalūs, sako Lindblad-Toh. Tai reiškia, kad 5 procentai kiekvienos būtybės genomo yra labai panašūs į 5 procentus kito, o tai rodo, kad susijusios sekos turi tarnauti tam tikram tikslui. Paaiškėjo, kad šuns genomas turi tuos pačius 5 procentus, kurie sutampa su žmonėmis ir pelėmis, o tai patvirtina, kad tai nėra tik atsitiktinumas. Tačiau didžioji dalis tų 5 procentų nėra genai.
Mūsų genomą sudaro 46 chromosomos, kurios yra skirtingos, ilgos organinių junginių grandinės, žinomos kaip A, T, C ir G – DNR raidės. Genomo sekos nustatymas reiškia išsiaiškinti, kuri raidė ar bazė yra kiekviename kiekvienos grandinės taške. Genai yra ruožai, kuriuose bazės nurodo kodą, kuris gali būti išverstas į baltymus; jie sudaro 1,5 procento genomo. Tačiau stulbinantys 95 procentai mūsų genomo yra į mutacijas linkęs gobbledygook, genetinis atitikmuo sakiniams, kuriuos galite padaryti nusivylę daužydami galvą į klaviatūrą.
Dabar biologai bando apibūdinti funkcines genomo dalis, kurios nėra genai – regionai, jų nuomone, atlieka svarbų vaidmenį reguliuojant genus. Jie nori nustatyti šiuos regionus ir sužinoti, kokie elementai juose yra, kaip regionai yra organizuoti ir kaip jie veikia.
Geriausias būdas rasti reguliavimo elementus tarp gobbledygook yra pažvelgti į tai, kas išsaugota – kas lieka nepakitusi – įvairiose rūšyse. Genomų palyginimas yra beveik kaip Rosetta akmuo, sako Lindblad-Toh. Dėl tos pačios žinutės, išraižytos graikų abėcėlės, hieroglifais ir demotiniu raštu (tokiais kursyviniais hieroglifais), Rozetos akmuo leido iššifruoti paskutines dvi rašymo sistemas. Genomuose taip pat turite raidžių eilutę; viskas, kas svarbu, išliks nepakitusi.
Didžioji genomo dalis yra tik negyvoji erdvė tarp genų, kur bazių seka nėra svarbi gyvybės funkcijoms. Tokiuose ruožuose atsirandančios mutacijos kartais sukuria funkcines sekas, tačiau dažniausiai jos nėra nei naudingos, nei kenksmingos. Tai reiškia, kad jie kaupiasi gana greitai: nedarydami įtakos individo galimybėms daugintis, jiems netaikoma natūrali atranka, todėl jie perduodami daug greičiau nei funkcinių sričių pokyčiai, kurie dažnai yra žalingi.
Kuo daugiau evoliucinio laiko tarp dviejų žinduolių [rūšių], tuo labiau pasikeis nesvarbūs dalykai, sako Lindblad-Toh. Tačiau DNR eilutė, kurios seka yra išsaugota nepakitusi visose rūšyse, tikriausiai atlieka svarbią funkciją. Kai mokslininkai tiksliai nustato šias sekas tarp genų, jie gali jas išbandyti atskirai, kad nustatytų jų funkcijas.
Tačiau palyginti žmogaus genomą su tolimu giminingo organizmo, pavyzdžiui, mielės, genomą sunku: pratęsiant Rosetta akmens metaforą, abu tekstai neša per daug skirtingų pranešimų. Lyginti genomus, kuriuose yra daug tų pačių pranešimų, pavyzdžiui, žmogaus ir šuns, yra produktyviau. Kad iš tikrųjų suprastume žmogaus genomą, mes sutelkiame dėmesį į žinduolius, sako Lindblad-Toh. Platūs mokslininkai, kai kurie iš jų dalyvavo Žmogaus genomo projekte prieš instituto įkūrimą 2003 m., dalyvavo nustatant šimpanzės, pelės, šuns ir arklio, be kitų gyvūnų, seką. (žr. „The Broad’s Menagerie“, p. M17) . „Broad“ taip pat dirba su jūrų kiaulyte, drambliu, triušiu, mažu rudu šikšnosparniu, krūmo kūdikiu ir žeme.
Tyrėjai iš pradžių erzino funkcinius 5 procentus žmogaus genomo, palygindami juos su tik vieno kito gyvūno – pele. Pridėjus šuns genomą, buvo sukurta galinga triada. Dabar mokslininkai sutelkia dėmesį į tai, ką daro funkciniai ne genų elementai. Daugėja įrodymų, kad jie reguliuoja genomą. Be reguliavimo elementų genas būtų kaip neskaityta knyga, renkanti dulkes bibliotekos saugyklos kampe: tik inertiška raidžių virtinė.
Labai svarbu žinoti, ką daro kiekvienas genas, bet to nepakanka. Kai kurios ligos akivaizdžiai kyla dėl to, kad nėra vieno baltymo, sako Lindblad-Toh; Pavyzdžiui, fermentų trūkumas. Tačiau sergant įprastomis ligomis, tokiomis kaip vėžys ar diabetas, tai gali priklausyti nuo to, kiek arba kiek baltymų pagaminate ir ar gaminate juos tinkamu laiku, ar ne. Panašu, kad šiuos veiksnius kontroliuoja reguliavimo elementai.
Aš tvirtai tikiu, kad daugelį įprastų ligų sukelia reguliavimo mutacijos, sako Lindblad-Toh. Atrodo, kad ankstyvieji Broad Institute tyrimai apie šunų genomą patvirtina jos hipotezę. Platūs tyrinėtojai ieško mutacijų, susijusių su keliais bruožais ir ligomis, įskaitant balto kailio spalvą, skydliaukės problemas, kaulų vėžį, širdies problemas ir šarpėjų karštligę. Kai kurių iš jų yra preliminarių įrodymų, kad atsakingos mutacijos yra už genų ribų – reguliavimo elementuose.
Nustatyti, kur šie elementai yra genome, yra daug lengviau nei išsiaiškinti, ką jie daro ir kaip. Vieno tipo reguliatorius, vadinamas stiprintuvu, pradeda procesą, leidžiantį genams perduoti informaciją. Stiprintojai gali būti jų reguliuojamų genų viduje, šalia arba labai toli nuo jų. Tyrėjai iškelia hipotezę, kad baltymai jungiasi prie stipriklio ir srities, esančios prieš pat geną; jie taip pat jungiasi vienas su kitu, traukdami DNR kilpa ir leisdami pradėti geno transkripciją. Tačiau tokie mechanizmai tik pradedami suprasti.
Kas daro mus žinduoliais
Šuns genomo palyginimas su pelės ir žmogaus genomais padėjo mokslininkams nustatyti daugybę reguliavimo elementų; Tolesnė analizė parodė, kad visuose trijuose žinduoliuose pusė šių elementų yra susitelkę tik apie 240 genų. Kitaip tariant, 50 procentų labiausiai konservuotų mūsų elementų reguliuoja ne daugiau nei 1 procentą mūsų genų.
Taigi ką tie genai daro, kad nusipelnė tokio ypatingo elgesio? Pasirodo, jie vaidina pagrindinį vaidmenį vystymosi metu. Jie kontroliuoja mūsų kūno planą, biologinį plano atitikmenį. Diktuodami mūsų stuburo konfigūraciją, smegenų struktūrą ir priešpriešinių nykščių padėtį, jie daro mus stuburiniais, žinduoliais, primatais.
Žinoma, labai svarbu, kad pėda būtų ten, kur eina pėda, o ne ant galvos kartais atsitiktinai, sako Lindblad-Toh. Manome, kad nustatėme, kad maždaug šiuose 200 genų yra didelė dalis šių reguliavimo elementų. Iš esmės jie yra pagrindiniai pagrindinių genų, kurie paverčia žinduolius žinduoliais, reguliatoriai. Kai kurie iš šių sugrupuotų reguliavimo elementų yra tokie svarbūs, kad yra geriau išsaugomi tarp rūšių nei genai.
Praėjusią gegužę „Broad“ paskelbta oposumo genomo analizė dar labiau patvirtina Lindblad-Toh hipotezę, kad yra žinduolių pagrindiniai reguliatoriai. Oposumai yra kitoje žinduolių šeimos medžio šakoje: jie yra marsupialiai, o žmonės, šunys ir pelės yra euteriečiai – žinduoliai su placenta. Kiekvienam genomui, kurį pridedame, mes ir toliau remiamės hipoteze, kad funkciniai 5 procentai žmonių, pelių ir šunų genomų yra būdingi žinduoliams ir euterijoms, sako Lindblad-Toh. Žvelgdami į oposumą ir kitas pagrindines stuburinio medžio šakas matome, kad yra naujovių. Tai reiškia, kad oposumai nesidalina 5 procentų, kuriuos sudaro placentos žinduoliai. Didelė dalis sterblinių gyvūnų reguliavimo elementų skirtumų yra susiję su kūno plano genais. Dėl šių skirtumų oposumai gali tapti marsupialais, o tai, kas nesiskiria, gali būti svarbi žinduolių dalis.
Lindblad-Toh sako, kad dar per anksti klausti, kas primatą daro primatu, ar kas daro žmones žmonėmis. Vis dėlto tikėtina, kad neuroninių takų vystymąsi reguliuoja primatams būdingi genai. Kiekviena tvarka, kiekviena gyvūnų rūšis tikriausiai turi savo naujovių, kurias kontroliuoja pagrindiniai reguliatoriai ne genų genomo srityse.
Šiuo metu Lindblad-Toh sako, kad ji ir kiti Broad tyrinėtojai tik bando sudaryti pagrindinį šių pagrindinių reguliatorių katalogą. Kai bus suskirstyta daugiau rūšių, bus galima pradėti atsakinėti į didesnius klausimus. Kadangi šis genomų žvėrys ir toliau auga, šunys – geriausi ilgamečio žmogaus draugai lauke ir ūkyje – taip pat yra vertingi kompanionai laboratorijoje.