Bananfluer fornyer genomanalyse

Sekvensering og sammenlikning av arvestoffet til 12 beslektede fruktfluer er en helt ny tilnærming til genomikk. Forskerne kan på den ene side studere hvordan forskjeller mellom arter oppstår, og på den andre, hvilke gener og egenskaper som bevares over lang tid.

Publisert

Hundrevis av forskere, fordelt på mer enn hundre vitenskapelige institusjoner i 16 land, har gjennom et fire år langt prosjekt gjort et betydelig skritt framover i vitenskapen genomikk - altså studiet av en arts samlede arvemateriale.

Det vakte stor oppsikt, da det internasjonale genomprosjektet HUGO og det privateide Celera i 2000 avsluttet sekvenseringen av det menneskelige genom, eller samlede arvemateriale.

Både i årene før og etter har en lang rekke andre arter fått sitt arvestoff kartlagt. I forrige måned katten, tidligere blant andre hunden, sjimpansen, sjøpølsa, musa - og bananflua.

"Bananfluer er populære dyremodeller for genetikere og evolusjonsbiologer."
"Bananfluer er populære dyremodeller for genetikere og evolusjonsbiologer."

Men hvor mye informasjon kan man egentlig få ut at studiet av ett slikt genom, fra én art? En ny tilnærming, fra det såkalte Drosophila 12 Genomes Consortium, har i stedet sekvensert og deretter sammenliknet arvestoffet fra hele tolv mer eller mindre nært beslektede arter fruktfluer, blant annet en av verdens mest studerte organismer, bananflua Drosophila melanogaster.

Forskerne fant en mengde nye gener, de fant nye sammenhenger mellom gener, de kunne bedre studere genenes slektskap og funksjon - og de fant feil i tidligere arbeider.

Store oppdagelser

I tillegg tror forskerne at deres studier med tiden kan avsløre helt nye klasser av funksjonelle elementer i arvestoffet.

- microRNA ble oppdaget så sent som på slutten av 1990-tallet, sier forskerne i en pressemelding.

- I dag vet vi at samme microRNA har helt sentrale funksjoner i utviklingen av en organisme.

Forskerne har funnet hundrevis av nye funksjonelle elementer gjennom sitt studie av de 12 flueartene, og utelukker ikke at de kan komme opp med nyheter like oppsiktsvekkende som microRNA.

Gjemt i søpla

En av forfatterne av de mer enn 40 artiklene som er publisert om prosjektets resultater er biologen Thomas Kaufman ved Bloomington University i Indiana. Han sier:

- Noe av det vi lærte ved å studere så mange ulike genom, er at det gjør det lettere å identifisere gener som ligger begravet i “all that A-C-T-G mush”.

Altså gener skjult i det mange kaller “junk DNA” - områder av arvestoffet tilsynelatende uten funksjon. Mye genetisk arbeid har de siste årene gått ut på å finne ut hva dette “søppel-DNA’et” egentlig er til for. Metoden som Drosophila 12 Genomes Consortium har brukt, kan få alvorlig fart på dette arbeidet:

DNA-sekvensene i de såkalte heterochromatine delene av arvestoffet er vanskelige å studere, fordi genene ligger spredt mellom ubegripelige base-sekvenser. Statistiske sammenlikninger mellom ulike arter kan derimot avsløre mønstre som er vanskelige å oppdage i bare ett genom.

Nye gener

Sammenlikningen av alle genomene avslørte 1193 nye proteinkodende gener, og, som nevnt over, hundrevis av nye funksjonelle elementer. Blant annet koder som avgjør hvor fort et gen uttrykkes.

Studien avslørte også feil i hele 414 tidligere publiserte gensekvenser.

Rask og langsom evolusjon

Sammenlikningen viste også klart hvordan visse gener utvikler seg raskere enn andre. Gener som utvikler seg raskt har ofte å gjør med dyrets interaksjon med omgivelsene å gjøre, for eksempel smak, lukt, sex og formering.

Dermed har forskerne også kastet nytt lys over hvilke prosesser som skaper ulikheter mellom arter, og følgelig driver evolusjonen.

Av fruktfluenes cirka 13 700 forskjellige proteinkodende gener, var bare 77 prosent like artene imellom. Dette sier noe om hvor plastisk arvestoffet er - store forskjeller utvikler seg der det er nødvendig. Konklusjonen er at arter kan utvikle seg raskt.

- Genomet er mer dynamisk enn vi trodde, sier en av forskerne i en pressemelding.

Konservative gener

På den andre siden av skalaen, avslørte sammenlikningene hvilke deler av genomene som ikke har endret seg mye over tid. Dette er ofte essensielle funksjonelle elementer i genomet, som følgelig må bevares av evolusjonen.

Oversetter vi dette til oss mennesker, kan vi tenke oss at gener som bestemmer viktige egenskaper som intelligens, utvikling av hjertet, hjernen, viktige metabolske prosesser osv, neppe vil endres så raskt og så mye som gener for hudfarge, høyde osv. Slike grunnleggende gener kan bevares gjennom hundrevis av millioner av år, rett og slett fordi vi ikke klarer oss uten.

Forskerne tror også at studier at de mer subtile mønstrene i mutasjonene vil kunne si noe mer konkret om hvilken rolle gitte mutasjoner har i organismenes biologi.

Forskerne bak studiene forteller at de nå bruker liknende metoder for å analyserer genomene fra hele 32 pattedyrarter, for på den måten å kaste et tilsvarende nytt lys over det menneskelige arvestoff.

Resultatene publiseres denne uken blant annet i Nature og PLoS.