29. okt. 2008

Osebna genomika - potegavščina ali (niti) ne?

Zadnje dni slišimo o podjetju Gene Planet z vseh koncev - včeraj zvečer na TV v Odmevih, na portalu MMC, danes o njih (upravičeno) kritično piše Nejc Jelen v svojem blogu... kaj je torej s tem podjetjem in kaj osebna genomika res zmore?

Po tem, kar piše na spletni strani podjetja, bodo novembra začeli izvajati analize genomov (ki bodo stale 299 EUR), rezultati pa bodo za vsakega posameznika kazali nagnjenost k razvoju nekaterih bolezni, možnost reakcij na določena zdravila, morebitne posebne lastnosti (tu pogosto poudarjajo talentiranost, a uradno na spletni strani izpostavljajo gene, ki vplivajo na dolgost življenja, odvisnost od nikotina, zaznavanje grenkega ipd.), izvor prednikov in seznam ljudi s podobnimi genomskimi lastnostmi. Veliko ali malo za 300 EUR? Vprašanje verjetno ni pravo, vsaj dokler se ne vprašamo, ali je zanesljive odgovore na vsa vprašanja res že mogoče dati z analizo genoma. In odgovor je preprost: vsega genom ne more povedati, omogoča pa, da se podjetje podpiše pod nekatere izjave, ki bodo nekatere na ravni splošnega, drugič pa bolj konkretne. Vseeno bolje kot vedeževanje iz kart...

Res je, kar omenja Nejc, da je usposobljenost ekipe podjetja Gene Planet lahko vprašljiva, saj trenutno o tem, kdo v ekipi sploh je, ni gotovih podatkov. Vemo, da je direktor podjetja Marko Bitenc (član študentske ekipe, ki je zmagala na tekmovanju iz sintezne biologije iGEM leta 2006 [popravek 1.11.: pravilno - leta 2007]) - po izobrazbi biotehnolog - študiral je v Ljubljani in na Nizozemskem, na eni od slik na spletu prepoznam še absolventa biokemije Petra Cimermančiča, ki je sodeloval v isti zmagovalni ekipi. Podjetje ima očitno slovenski sedež v starem ljubljanskem tehnološkem parku (če so podatki na njegovi spletni strani še pravilni), čeprav je na straneh podjetja naveden samo en naslov, ki pa je v centru Dublina na Irskem - glej ga šmenta, slučajno ravno na naslovu, znanem iz irske zgodovine po dogodku, imenovanem Krvava nedelja (21. novembra leta 1920 so v tej hiši umorili štiri angleške tajne agente). Cene najema pisarn v tem delu mesta so okrog 5 EUR [popravek 1.11.: pravilno - okrog 50 EUR] na kvadratni meter na mesec... ne verjamem pa, da bi tam bil kakšen laboratorij.

Genomske analize takega tipa, kakršne nam ponuja Gene Planet, opravljajo v ZDA že dalj časa (no, v tej branži dve leti nista tako malo) - če primerjate vsebino servisa deCODEme in tega, kar oglašuje Gene Planet, boste gotovo našli precej vzporednic. Ali pa si oglejte spletno stran podjetja 23andMe, ki ponuja podobne usluge za 399 USD. No, pri tem podjetju povedo o tehnologiji, ki jo uporabljajo, vseeno nekaj več kot ostali. Analiza je v resnici določitev ~600.000 tistih mest v celotnem genomu, ki so sorazmerno variabilna in ki lahko dajo nekatere informacije o lastnostih človeka. Uporabljajo komercialne biočipe podjetja Illumina z okrog 550.000 sondami, ki po vezavi razrezanega genoma dajejo informacijo o nukleotidih na izbranih variabilnih mestih. Tehnologijo se da kupiti, da pa se analize tudi opraviti drugod in tako verjetno počne velika večina ponudnikov izdelave DNA profila posameznikov.

Če je analiza izvora prednikov v ZDA še kolikor toliko zanimiva zadeva, saj gre za izrazito multietnično okolje, bodo rezultati za slovensko populacijo bržkone dokaj dolgočasni, saj bo praktično pri vseh pisalo kaj takega kot 'imate prednike, ki izhajajo iz Srednje Evrope in Jugovzhodne Evrope'. Nekaj teh podatkov bo verjetno temeljilo tudi na analizi variabilnih mest v genomu mitohondrijev, ki jih dedujemo le po materini strani.

Če smo pošteni, bi morali priznati, da podjetje v Sloveniji ni ravno inovativno, je pa sorazmerno hitro zagrabilo tujo idejo, ki temelji na najsodobnejši tehnologiji. OK, ideja je bila dokaj logična, ko se je pojavila delujoča in zanesljiva tehnologija in ko so se v literaturi nabrali dovolj verodostojni podatki o tem, kaj katera varianta v genomu pomeni na ravni celotnega organizma. Malo bolj strokovno povedano, polimorfizme posameznih nukleotidov (SNP-je) je bilo treba povezati s fenotipi, pazljivo je treba brati rezultate projekta HapMap (analize haplotipov) in sestaviti celotno sliko. Čez dve leti bodo podatki bolj zanesljivi, analize cenejše in analiziranih lastnosti več.

Očitno so ocenjevalci inovativnosti v podalpskih geografskih širinah predvsem ekonomisti, ki razmišljajo, kaj se bo prodajalo, čeprav raziskovalci inovativnost presojamo drugače kot skozi morebitni profit. Ampak priznajmo, fantje in punce (da so zraven tudi punce, je mogoče reči po tem, da piše, da imajo v firmi ženske 'povprečno tveganje za razvoj prstnega raka' [30.10. 0b 00:20] - no, tega pa ni pisal biokemik, vsaj upam, da ne...) so se znašli, bili so prepričljivi, pravi trenutek na pravem mestu so oblekli suknjič in kravato in to jim je prineslo par vidnih uvrstitev - podjetje z najboljšim poslovnim načrtom in uvrstitev med osem finalistov slovenskega tekmovanja start-up podjetij (marec 2008) ter med 30 top inovacij na 3. Slovenskem forumu inovacij (oktober 2008). Recimo, da jim čestitamo za korajžo, za ostalo pa je še čas.

22. okt. 2008

Dve izvrstni objavi naših biokemikov

Saj vem, da je z zamudo, ampak o tem je treba nekaj reči. Slovenski molekularni biologi in biokemiki se prebijajo v vse bolj ugledne revije in letos sta uspeli vsaj dve (sporočite, če sem kakšno spregledal). Skupina Romana Jerale je na osnovi lastne raziskave receptorjev, ki prepoznavajo in celici posredujejo informacijo o okužbi, objavila kratek članek v reviji Nature Structural and Molecular Biology. Raziskovalno delo je razloženo na strani Kvarkadabre in predstavljeno v sestavku v Delu. Revija, v katero so se prebili, je po faktorju vpliva (11,09) na drugem mestu med 69 revijami s področja biofizike in na 12. mestu med 263 revijami s področja biokemije in molekularne biologije. [Za tiste, ki ne veste, kaj je faktor vpliva: gre za nekakšno oceno znanstvene revije, ki temelji na številu citatov: višja ocena pomeni več citatov, kar pomeni, da so v reviji objavljene bolj pomembne raziskave.]

Druga pomembna letošnja objava bo izšla v reviji Trends in Biochemical Sciences (v elektronski obliki je na voljo od začetka prejšnjega meseca), avtorja pa sta Gregor Anderluh in Jeremy Lakey. Gre za pregledni članek, ki povzema trenutno znanje na področju proteinov, ki delujejo s tem, da poškodujejo celične membrane (na primer razni toksini). Kolega Anderluh se z membranskimi proteini ukvarja na Katedri za biokemijo Oddelka za biologijo Biotehniške fakultete. Revija TiBS je po uglednosti na petem mestu med 263 revijami s svojega področja (faktor vpliva 14,99).

Med lanskimi vrhunskimi objavami je gotovo na prvem mestu članek v reviji Nature, pri katerem je bila soavtorica Nika Lovšin z naše katedre na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo. Nature je na seznamu revij, ki objavljajo članke z več področij znanosti, na prvem mestu (faktor vpliva 28,75). Predlani je bila gotovo najuglednejša objava Borisa Turka z Odseka za biokemijo, molekularno in strukturno biologijo Instituta "Jožef Stefan" v reviji Nature Reviews in Drug Discovery, ki je na drugem mestu med 199 revijami s področja farmakologije in farmacije (faktor vpliva 20,97).

Vsaka objava v revijah, ki sodijo v zgornjo četrtino s seznama na svojem področju, je za slovenske raziskovalce velik dosežek in vsako leto jih je na našem področju gotovo manj kot deset, uvrstitve med zgornjih 5-10 % revij pa so še bolj redke in jih je res treba izpostaviti.

15. okt. 2008

Nič o GFP-ju?

V Kavarni ob robu vesolja si lahko preberete, kako so odkrivali HIV in kakšno tekmovanje med Francozi in Američani je potekalo v ozadju. Tako so se morda Američani letos ob podelitvi Nobelove nagrade za medicino počutili opeharjene, a verjetno povsem neupravičeno. O virusih HIV in HPV se da veliko povedati, pa še vsak si ob tem kaj predstavlja. Kaj pa Nobelova nagrada za kemijo? Zgodba morda ni tako napeta, je pa vseeno zanimiva. Podelili so jo za odkritje, razlago delovanja in uporabo zelenega fluorescirajočega proteina (GFP), brez katerega si sodobnih raziskav v celični in molekularni biologiji ne moremo več predstavljati.

Začelo se je leta 1962, ko je Osamu Šimomura iz pacifiških meduz vrste Aequorea victoria izoliral protein, ki je ob vezavi kalcija oddajal modro svetlobo. Šimomura se je že prej ukvarjal s proteini, ki sodelujejo pri bioluminiscenci, a iz drugih organizmov. Da bi uspel izolirati dovolj proteina, je moral stisniti in precediti 'sok' iz tisočev in tisočev meduz. Protein, ki veže kalcij, je imenoval ekvorin in ugotovil, da bi ga bilo mogoče uporabiti kot senzor za koncentracijo kaclija v celici. Če bi v celice spravili ekvorin, bi ta oddajal modro svetlobo - več ko je kalcija, močnejša bo. Članek o tem je objavil v ugledni reviji Science leta 1963. Šele precej kasneje, sredi sedemdesetih let, so razložili, da modra svetloba ekvorina ni končni produkt bioluminiscenčnih reakcij, pač pa ta deluje na drug protein, zeleni fluorescirajoči protein, ki nato oddaja zeleno svetlobo. Šimomura je v več člankih poročal, kako je prišlo do odkritja ekvorina in kako obsežna predelava meduz je bila potrebna, da je s sodelavci lahko izoliral dovolj velike količine proteina za natančnejšo analizo. Vsak dan so morali predelati več kot 3000 meduz, ki so jih dobili od ribičev.
Na kratko je prispevek Šimomure k odkrivanju GFP-ja prikazan na spletni strani o zgodovini odkrivanja in uporabe tega proteina.

Drugi letošnji nagrajenec je Martin Chalfie, ki sploh ni raziskoval GFP-ja, pač pa genetiko valjastih črvov (Caenorhabditis elegans) in je o GFP-ju slišal na nekem seminarju leta 1988. Takoj si je zamislil, da bi GFP uporabil za testiranje promotorjev - močni promotorji (mesta za vezavo encima, ki DNA prepisuje v mRNA), povezani z zapisom za GFP, bi povzročili, da bi se črvi pod modro svetlobo zeleno svetlikali. Ker pa v tistem času sploh še ni bilo znano zaporedje nukleotidov v genu za GFP (te eksperimente je delal Douglas Prasher, ki si je za cilj zadal, da bi GFP povezal s hemoglobinom in s tem fluorescenčno označil hemoglobin v celici), je uspel pripraviti ključne konstrukte šele leta 1994.

Tretji dobitnik Nobelove nagrade za kemijo pa je Roger Tsien. Sredi osemdesetih se je ukvarjal s senzorji za kalcij, a se je šele po desetih letih ponovno vrnil k tej temi in razvil serijo fluorescirajočih molekul na osnovi GFP, ki fluorescirajo v drugih barvah in močneje kot izhodni GFP. Osnova za razvoj novih verzij je bilo razumevanje mehanizma fluorescence v GFP-ju (to je v osnovi razvozlal Šimomura leta 1979), poznavanje nukleotidnega zaporedja (Prasher, 1992) in prostorske zgradbe zelenega fluorescirajočega proteina (objavljeno 1996).

Zanimivo je, da je pri odkrivanju GFP sodelovala tudi Slovenka Katjuša Brejc, ki je v devetdesetih delala na Nizozemskem in je prva avtorica članka, v katerem so objavili mehanizem fotoizomerizacije med dvema oblikama GFP (1997).

6. okt. 2008

Genom pšenice (že) čez pet let

Mogoče se zdi presenetljivo, da so raziskovalci 'razvozlali' genom človeka že pred osmimi (končna verzija pred petimi) leti, prav tako genom prve rastline, navadnega repnjakovca (Arabidopsis thaliana), medtem ko genomov kmetijskih rastlin kot sta koruza in pšenica sploh še ne poznamo. Od kmetijskih rastlin pravzaprav natančno poznamo le genom riža (2002), čeprav bi si lahko s poznavanjem genoma koruze in pšenice precej pomagali pri razvoju novih sort.

Problem pri določanju zaporedja genoma pšenice je predvsem njegova izredna velikost. Človekov genom obsega 2,8 milijarde nukleotidnih parov, genom pšenice pa okrog 17 milijard - torej je okrog šestkrat večji od človekovega in vsebuje 42 kromosomov. Nadaljnji problem je, da je genom pšenice heksaploiden - poenostavljeno rečeno vsak od sedmih kromosomov nastopa v dvakrat treh kopijah, ki pa se med seboj nekoliko razlikujejo. Zato je zelo težko natančno reči, da nek kos zaporedja pripada točno določenemu kromosomu, ne pa eni od ostalih 'kopij'. Razen tega pa je v genomu zelo velik delež ponavljajočih se zaporedij. Samo 3. kromosom je pri pšenici več kot dvakrat večji kot celotni genom riža in zaradi tega ni nenavadno, da je določitev enega od kromosomov pšenice zaslužila objavo v zadnji številki revije Science, o dosežku pa je poročal tudi Reuters. Konec koncev je pšenica glavni vir prehrane za več kot tretjino človeštva. Od treh parov tretjih kromosomov so uspeli določiti zaporedje kromosomu 3B, ki obsega skoraj eno milijardo baznih parov. Dolgo so celo verjeli, da tako kompleksnih genomov sploh ne bo mogoče razvozlati, kar je verjetno tudi razlog, da multinacionalke, ki se ukvarjajo s proizvodnjo semen, v te raziskave niso investirale.

Heksaploidnost je posledica treh pomembnih evolucijskih dogodkov v razvoju današnje pšenice, razlaga najava članka. Najprej je s kombiniranjem dveh celotnih genomov divjih trav nastal prednih pšenic, nato pa je prišlo do vključitve genoma še ene divje pšenice in tako imamo v jedru vsake celice pšenice tri (verjetno precej) kompletne diploidne genome, kromosome in genome pa označujejo s črkami A, B in D.

Nukleotidno zaporedje 3. kromosoma so določili tako, da so kromosom razrezali na dolge kose in jih vstavili v umetne bakterijske kromosome, ki so jih ponovno rezali in določili zaporedja kratkih kosov. Ta delna zaporedja so končno s pomočjo računalniških programov sestavili v tako imenovane 'kontige'. Na kromosomu so določili več kot 1400 molekularnih značilnosti. Čeprav se zdi morda preprosto, je bilo vendarle zelo težko izolirati samo enega (B) od treh variantnih (A, B, D) kromosomov. Pri ločevanju in izolaciji je bil ključen prispevek čeških raziskovalcev iz Olomouca, ki so omogočili ločitev velikih kromosomov z zelo majhnimi razlikami v dolžini.

Prve uporabne raziskave, ki izhajajo iz določitve genoma kromosoma 3B, so usmerjene na razvoj odpornosti proti žitni rji, ki napada pšenico v vzhodni Afriki, razširila pa se je tudi že na Bližnji vzhod.