Hvorfor kan flagermus flyve, når mus ikke kan?

Siden fødslen af ​​den første knockout-mus i 1989, er målretning og ændring af specifikke gener i mus blevet en af ​​de mest almindelige metoder inden for genetik. Ved at lade videnskabsmænd observere konsekvenserne af at slå individuelle gener ud, har teknikken været afgørende for at fortolke betydningen af ​​det menneskelige genom, som er 95 procent identisk med vores murine fætters. Genmålretning har gjort det muligt for forskere at bygge modeller af menneskelig sygdom og kaste lys over de biologiske processer, der får alle organismer til at tikke. (For en komplet beskrivelse af teknologien, download denne PDF .)

Knockout-forsker: University of Utahs Mario Capecchi, medvinder af dette års Nobelpris i fysiologi eller medicin.

Tidligere på ugen anerkendte Nobelforsamlingen i Sverige vigtigheden af ​​gen-targeting ved at tildele Nobelprisen i fysiologi eller medicin til tre videnskabsmænd, hvis arbejde var grundlæggende for dets udvikling: Mario R. Capecchi , fra University of Utah, i Salt Lake City; Martin J. Evans , fra Cardiff University, i Wales; og Oliver Smithies , fra University of North Carolina i Chapel Hill. I kølvandet på meddelelsen talte Capecchi, 70, med Teknologigennemgang om teknologien, der vandt ham videnskabens mest prestigefyldte pris, og de genetiske mysterier, som han håber vil holde ham i laboratoriet i de kommende år.

Teknologigennemgang : Gen-targeting-teknologi har kastet lys over utallige biologiske mysterier. Hvad er nogle af de største genetiske spørgsmål tilbage at besvare?

Mario Capecchi: De fleste genetiske undersøgelser er blevet begrænset til organismer som gær, bakterier, orme, fluer, mus og zebrafisk. Vægten har altid været på, hvad de har til fælles, men jeg tror, ​​at forskellene mellem organismer vil være lige så vigtige som lighederne. Selvfølgelig er det meget sværere at studere. Forskellene mellem arter af pattedyr eller bakterier er ekstreme.

Multimedier

• En grafik, der viser, hvordan genmålretning fungerer.

Heldigvis kan vi nu sekventere et genom så komplekst som vores eget på få måneder. Det vil være trivielt om få år at generere enorme mængder genetisk information om forskellige arter. Det, der mangler, er en måde at sætte den information i en funktionel ramme. Hvad betyder alle disse genetiske forskelle? Hvad gør en hval til en hval og en mus til en mus?

BØRN : Forsøger du at besvare dette spørgsmål i dit laboratorium?

MC: Ja. Jeg tror, ​​at meget evolution opstår fra additive mutationer snarere end tab af egenskaber. Et gen duplikeres i genomet, og derefter udvikler en kopi en ny funktion, mens det originale gen efterlades intakt. Startende med et intakt genom og føje til det, håber jeg, at det, der dukker op, er noget, der blev erhvervet i evolutionen.

Vi vil bruge musen som en slags surrogat til at forstå flagermus. Hvorfor kan de flyve og ekkolokalisere, mens en mus af samme størrelse ikke kan? Vi håber at skabe en samling af mus, hvor et helt sæt af flagermusgener er repræsenteret.

BØRN : Wow. Hvordan gør du det? Sætter du hvert flagermus-gen i forskellige musestammer én efter én?

MC: Nej, det ville kræve at lave omkring 25.000 musestammer og ville være alt for dyrt. I stedet overfører vi store bidder af flagermusgenomet til mus. Hvis vi ser et signal - musene har for eksempel forskellige evner - så kan vi nedbryde det gen for gen.

BØRN : Hvorfor flagermus?

MC: De er identiske i størrelse med mus og har lignende fysiologi, såsom hjertefrekvens og kropstemperatur. Så vi tror ikke, at der vil være et niveau af inkompatibilitet, der ville dræbe musene. Men vi valgte også flagermus, fordi vi ved, hvor enormt forskellige de er fra mus. Deres ekkolokalisering er næsten lige så god som vores syn. De kan skelne ting på en submillimeter skala.

BØRN : Kan denne tilgang virkelig kaste lys over noget så komplekst som ekkolokalisering, der formentlig involverer en masse gener?

MC: Vi forventer bestemt ikke at lave mus, der kan flyve eller ekkolokalisere. Men disse evner har individuelle komponenter, som vi kan studere - de forskellige komponenter i det auditive system, for eksempel.

Det er også plausibelt, at disse muligheder ikke er så komplekse, som vi troede. Det er muligt at udvikle meget komplekse ting med blot nogle få gener. Der er to grupper af flagermus: megabats og mikrobats. Folk troede oprindeligt, at megabats udviklede sig fra primater, fordi deres hjerne ligner en primathjerne mere, mens mikroflagermusens hjerner ligner mere gnaverhjerner. Men sekventeringsundersøgelser viser, at begge typer er relateret til gnavere. Det viser, at det er muligt at udvikle en hjerne, der histologisk ligner vores på meget kort tid.

Derudover har megabats et visuelt system, der minder mere om vores end gnaveres. Vi behandler forskellige aspekter af det visuelle landskab, såsom farve og bevægelse, i forskellige dele af hjernen og samler det så på en eller anden måde til ét billede. Mus har et meget enklere system. Megabats er frugtspisere, og derfor var de nødt til at skelne farven på moden frugt, ligesom vores forfædre gjorde. Det faktum, at denne evne udviklede sig så hurtigt hos flagermus, fortæller mig, at kun en håndfuld gener er ansvarlige.

Selvfølgelig projekterer jeg projekter, der vil tage 20 år at gennemføre. Men jeg er altid optimistisk med hensyn til forskningen, og hvor længe jeg vil leve! Jeg tror, ​​at du bliver ung ved at bruge din hjerne, så jeg agter at blive ved med at bruge den.

skjule