211service.com
Dlaczego nietoperze potrafią latać, kiedy myszy nie?
Od narodzin pierwszej myszy z nokautem w 1989 r. celowanie i zmienianie określonych genów u myszy stało się jedną z najczęstszych praktyk w genetyce. Pozwalając naukowcom obserwować konsekwencje wygaszenia poszczególnych genów, technika ta odegrała kluczową rolę w interpretacji znaczenia ludzkiego genomu, który jest w 95 procentach identyczny z genomem naszego mysiego kuzyna. Celowanie w geny pozwoliło naukowcom zbudować modele chorób człowieka i rzucić światło na procesy biologiczne, które powodują, że wszystkie organizmy działają. (Aby uzyskać pełny opis technologii, pobierz ten plik PDF .)
Badacz nokautów: Mario Capecchi z University of Utah, zdobywca tegorocznej Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny.
Na początku tego tygodnia Zgromadzenie Nobla w Szwecji uznało znaczenie celowania w geny, przyznając Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny trzem naukowcom, których praca miała fundamentalne znaczenie dla jej rozwoju: Mario R. Capecchi na Uniwersytecie Utah w Salt Lake City; Martin J. Evans na Uniwersytecie Cardiff w Walii; oraz Oliver Smithies , z University of North Carolina w Chapel Hill. W następstwie ogłoszenia 70-letni Capecchi rozmawiał z Przegląd technologii o technologii, która przyniosła mu najbardziej prestiżową nagrodę naukową, i tajemnicach genetycznych, które, jak ma nadzieję, utrzymają go w laboratorium przez wiele lat.
Przegląd technologii : Technologia celowania genowego rzuciła światło na niezliczone biologiczne tajemnice. Jakie są niektóre z największych pytań genetycznych, które pozostały do odpowiedzi?
Mario Capecchi: Większość badań genetycznych ogranicza się do organizmów takich jak drożdże, bakterie, robaki, muchy, myszy i danio pręgowany. Nacisk zawsze był kładziony na to, co mają wspólnego, ale myślę, że różnice między organizmami będą tak samo ważne, jak podobieństwa. Oczywiście znacznie trudniej jest się uczyć. Różnice między gatunkami ssaków czy bakterii są skrajne.
Multimedialne
Grafika przedstawiająca działanie kierowania genów.
Na szczęście możemy teraz zsekwencjonować genom tak złożony jak nasz w ciągu kilku miesięcy. Za kilka lat będzie trywialne wygenerowanie ogromnej ilości informacji genetycznej o różnych gatunkach. Brakuje sposobu na umieszczenie tych informacji w funkcjonalnych ramach. Co oznaczają te wszystkie różnice genetyczne? Co sprawia, że wieloryb jest wielorybem, a mysz myszą?
DZIECI : Czy próbujesz odpowiedzieć na to pytanie w swoim laboratorium?
KM: Tak. Uważam, że wiele ewolucji wynika raczej z addytywnych mutacji niż z utraty właściwości. Gen jest zduplikowany w genomie, a następnie jedna kopia rozwija nową funkcję, podczas gdy oryginalny gen pozostaje nienaruszony. Zaczynając od nienaruszonego genomu i dodając do niego, mam nadzieję, że wyskoczy coś, co zostało nabyte podczas ewolucji.
Użyjemy myszy jako swego rodzaju surogatu, aby zrozumieć nietoperze. Dlaczego potrafią latać i wykonywać echolokację, podczas gdy mysz tej samej wielkości nie? Mamy nadzieję stworzyć kolekcję myszy, w której reprezentowany jest cały zestaw genów nietoperzy.
DZIECI : Wow. Jak to robisz? Czy umieszczasz każdy gen nietoperza w różnych szczepach myszy jeden po drugim?
KM: Nie, wymagałoby to wyprodukowania około 25 000 szczepów myszy i byłoby zbyt drogie. Zamiast tego przeniesiemy duże fragmenty genomu nietoperza do myszy. Jeśli zobaczymy sygnał – na przykład myszy mają inne zdolności – wtedy możemy go rozłożyć gen po genach.
DZIECI : Dlaczego nietoperze?
KM: Są identyczne pod względem wielkości jak myszy i mają podobną fizjologię, taką jak częstość akcji serca i temperatura ciała. Nie sądzimy więc, by istniał poziom niezgodności, który zabiłby myszy. Ale wybraliśmy również nietoperze, ponieważ wiemy, jak bardzo różnią się od myszy. Ich echolokacja jest prawie tak dobra jak nasza wizja. Potrafią rozróżniać rzeczy w skali submilimetrowej.
DZIECI : Czy takie podejście może naprawdę rzucić światło na coś tak złożonego jak echolokacja, która prawdopodobnie obejmuje wiele genów?
KM: Z pewnością nie spodziewamy się, że stworzymy myszy, które potrafią latać lub echolokować. Ale te zdolności mają indywidualne komponenty, które możemy badać – na przykład różne komponenty układu słuchowego.
Możliwe jest również, że te możliwości nie są tak złożone, jak myśleliśmy. Za pomocą zaledwie kilku genów można wyewoluować bardzo złożone rzeczy. Istnieją dwie grupy nietoperzy: meganietoperze i mikronietoperze. Ludzie początkowo myśleli, że meganietoperze wyewoluowały z naczelnych, ponieważ ich mózg bardziej przypomina mózg naczelnych, podczas gdy mózgi mikronietoperzy bardziej przypominają mózgi gryzoni. Ale badania sekwencjonowania pokazują, że oba typy są powiązane z gryzoniami. To pokazuje, że możliwe jest rozwinięcie mózgu, który histologicznie wygląda jak nasz, w bardzo krótkim czasie.
Ponadto meganietoperze mają system wizualny bardziej podobny do naszego niż do gryzoni”. Przetwarzamy różne aspekty wizualnego krajobrazu, takie jak kolor i ruch, w różnych częściach mózgu, a następnie jakoś łączymy je w jeden obraz. Myszy mają znacznie prostszy system. Meganietoperze są zjadaczami owoców, więc musiały rozpoznać kolor dojrzałych owoców, tak jak zrobili to nasi przodkowie. Fakt, że ta zdolność wyewoluowała tak szybko u nietoperzy, mówi mi, że za to odpowiedzialna jest tylko garstka genów.
Oczywiście projektuję projekty, które potrwają 20 lat. Ale zawsze optymistycznie patrzę na badania i jak długo będę żyć! Myślę, że używanie mózgu sprawia, że jesteś młody, więc zamierzam go nadal używać.