240 däggdjur, allt från pyttesmå fladdermöss till människor och valar, har kartlagts genetiskt. Kartläggningen visar hur dna:t hos människan och andra däggdjur har utvecklats under evolutionen och kan kasta ljus över vilka gener som spelar roll för sjukdomar som schizofreni och astma.
Kartläggningen, utförd av över 30 forskargrupper, presenteras i en rad artiklar i tidskriften Science. Artiklarna ger information om hur däggdjurs arvsmassor fungerar och utvecklas, däribland människans.
Människans arvsmassa innehåller gener som utgör kod för att tillverka kroppens proteiner. Dessutom innehåller den instruktioner som talar om var, när och hur mycket av proteinerna som skall tillverkas. Den delen av arvsmassan kallas reglerande element.
Bevarats i 100 miljoner år
Den gemensamma hypotesen för forskarna har varit att om en position i arvsmassan bevarats under 100 miljoner år är det sannolikt att den har en funktion hos alla däggdjur.
Detta är en ”position” i arvsmassan
Arvsmassan, dna:t, består hos människan av tre miljarder så kallade positioner. I varje position kan det finnas någon av bokstäverna C, G, A eller T (kvävebaser). I genprojektet har forskarna studerat positionerna i arvsmassan och sett vilka specifika positioner som hos många arter innehåller en och samma bokstav.
Ser man att det hos många arter till exempel finns ett A vid exakt motsvarande position, alltså på samma ställe i dna:t, innebär det att den delen av arvsmassan förmodligen gör något – att det är funktionellt.
Om till ett A, eller en annan bokstav, fortsätter att finnas på exakt samma ställe i dna:t hos många däggdjur över miljontals år är det också ett tecken på att något viktigt sker där.
Källa: Kerstin Lindblad-Toh, Uppsala universitet
Via kartläggningen har forskarna kunnat testa det i stor skala. Genom att i detalj kartlägga arvsmassorna från 240 däggdjur och sedan systematiskt jämföra dem har forskarna fått information om vilka regioner i arvsmassan som är reglerande element och är viktiga för korrekt funktion av arvsmassan.
Kan förklara schizofreni och astma
Kartläggningens resultat kan även hjälpa forskarna att förstå hur sjukdomar uppstår genom att man kopplar de evolutionärt konserverade positionerna i arvsmassan till kända sjukdomstillstånd. Det kan göras för alla arter och kommer också kunna användas för mänskliga sjukdomar.
– Våra analyser gör att vi bättre förstår vilka regleringssignaler som finns i arvsmassan. Detta är mycket viktigt för att förstå vilka mutationer som leder till sjukdomar, till exempel schizofreni och astma, säger forskaren Jennifer Meadows.
Lättare att förstå vad som går snett
För att förstå vilka mutationer som leder till sjukdom jämförs arvsmassan hos friska och sjuka människor. Man får då en bild av vilken region i arvsmassan som kan vara viktig, men man kan inte veta exakt vilken mutation som är orsaken till sjukdomen.
– En stor del av de mutationer som leder till vanliga sjukdomar ligger utanför generna och har med genregleringen att göra. Våra studier gör det lättare att identifiera de mutationer som leder till sjukdomen samt förstå vad som går fel, säger Kerstin Lindblad-Toh.
Genetiska förklaringar till gott luktsinne
Forskarna kunde också se vad som tycks leda till olika egenskaper hos olika däggdjur. De 240 olika däggdjuren i studien har många olika egenskaper, bland annat olika känsligt luktsinne eller olika storlek på hjärnan.
Forskarna kunde hitta regioner i arvsmassan som leder till att vissa arter har extra bra luktsinne – eller att ett flertal arter går i dvala på vintern.
Däggdjur särskilde sig före dino-döden
En av studierna visar att redan innan jorden träffades av den asteroid som dödade dinosaurierna, för cirka 65 miljoner år sedan, hade däggdjuren börjat förändras och särskilja sig från varandra.
– Våra resultat kan också ge viktig information om däggdjur är i riskzonen för att utrotas, beroende på hur mycket variation de har i sin arvsmassa. Det är information som kan lägga grunden till att förstå hur en art skall förvaltas för att överleva, säger Kerstin Lindblad-Toh.
Elakartad hjärntumör hos barn
Forskarna studerade även cancertypen medulloblastom, som är den vanligaste typen av elakartad hjärntumör hos barn. Trots att moderna behandlingsformer förbättrat prognosen kan inte alla barn botas. Dessutom får de som överlever ofta livslånga biverkningar av den aggressiva behandlingen.
– Hos patienter med medulloblastom hittade vi många nya mutationer i evolutionärt konserverade positioner. Med dessa som utgångspunkt hoppas vi kunna utveckla ny diagnostisk och behandling, något som det finns ett stort behov av, säger Karin Forsberg-Nilsson, professor i stamcellsforskning vid Uppsala universitet.
Här finns två filmer om forskningen:
Om ärftliga sjukdomar (på engelska, med svensk text)
Om däggdjurens evolution (på engelska, med svensk text)
Vetenskapliga artiklar:
Samtliga artiklar har publicerats i Science, Science Zonoomia.
Kontakt:
Kerstin Lindblad-Toh, professor i komparativ genomik vid institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi, Uppsala universitet samt SciLifeLab,
kersli@broadinstitute.org
