Hið Íslenska bókmenntafélag hefur staðið fyrir útgáfu lærdómsrita, þýddra merkisrita sem spanna rit heimspekinga Grikkja til margra mest hugvekjandi bóka síðustu aldar. Árið 2023 kom út þýðing á bókinni öld gensins eftir Evelyn Fox Keller frá árinu 20001Keller, E.F. 2023/2000. Öld gensins. Hið Íslenska bókmenntafélag. Í þýðingu Kristjáns G. Arngrímssonar. 304 bls.. Bókin er viðbragð við raðgreiningu á erfðamengi mannsins og orðræðu sumra forkólfa sameindalíffræðinnar á síðustu öld. Verkefnið fór af stað árið 1992 og birtust fyrstu greinarnar um erfðamengið í heild árið 2001.2Lander, E.S., Linton, L.M., Birren, B., Nusbaum, C., Zody, M.C., 250 aðrir höfundar og International Human Genome Sequencing Consortium. 2001. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature. 409(6822). 860-921. doi: 10.1038/35057062. Leiðréttingar í Nature 2001 412(6846):565 og Nature 2001 Jun 7;411(6838):720.,3Venter, J.C., Adams, M.D., Myers, E.W., Li, P.W., Mural, R.J., Sutton, G.G., Smith, H.O., Yandell, M. og 265 aðrir höfundar. 2001. The sequence of the human genome. Science. 291(5507). 1304-51. doi: 10.1126/science.1058040. Leiðrétting: Science 2001 292(5523):1838. Fyrstu útgáfur af erfðamenginu voru mjög gloppóttar, en það var árið 2022 sem lokins tókst að rekja raðir þráðhaftanna almennilega og „loka” erfðamenginu.4Nurk, S., Koren, S., Rhie, A., Rautiainen, M., Bzikadze, A.V., Mikheenko, A., og 93 aðrir höfundar. 2022. The complete sequence of a human genome. Science. 376(6588). 44-53. doi: 10.1126/science.abj6987.
Í bókinni rekur Evelyn Fox sögu erfðafræðinnar og fjallar aðallega um tvö viðfangsefni hennar, hvernig erfðaupplýsingar berast milli kynslóða og hvernig breytileiki í genum hefur áhrif á svipfar lífvera. Bókin er tilraun til að vinda ofan af erfðanauðhyggju (e. genetic determinism) sem fylgdi í kjölfar framfara í tilraunavísindum og erfðafræði síðustu áratuga aldarinnar. Erfðanauðhyggja er hugmyndin um gen sem örlagavalda, og hún lifir enn góðu lífi. Samkvæmt henni, ef einstaklingur erfir ákveðna útgáfu af geni fær viðkomandi rautt hár, líkamlega vansköpun eða hegðunarbrest. Sú staðreynd að erfðafræði er oftast kennd með dæmum um skýra erfðaþætti (t.d. augnlit), sem erfast samkvæmt lögmálum Mendels kann að hafa ýtt undir þessa nauðhyggju. Slík gen eru nefnilega minnihluti þekktra gena í mönnum. Flestir erfðaþættir hafa væg áhrif á eiginleika. Þeir skipta þúsundum erfðaþættirnir sem auka (eða minnka) hæð manna um brot af millimeter. Á meðan fáar stökkbreytingar í litlum hópi gena veldur dvergvexti. Þessar sjaldgæfu afgerandi stökkbreytingar eru hins vegar mun eftirminnilegri og móta sýn okkar á erfðir, og leiðir til ofmats á áhrifum þeirra. Sálfræðingurinn Steven Heine, ritaði um þetta í bók sinni „DNA er ekki örlög“ frá 2019.5Heine, S.J. 2017. DNA Is Not Destiny: The Remarkable, Completely Misunderstood Relationship between You and Your Genes. New York, NY: W. W. Norton & Company. 352 bls. Samkvæmt rannsóknum hans höfum við tilhneygingu til að oftúlka áhrif erfðaþátta, en vanmeta áhrif umhverfis. Við oftúlkum áhrif gena líka í tilfellum þegar erfðaþættir og umhverfisþættir skipta jafn miklu máli fyrir viðkomandi sjúkdóm. Mögulegt er að vistfræðileg nauðhyggja (e. ecological determinism) sé í uppsveiflu. Það er sú hugmynd að vistfræðiþættir séu ákvarðandi orsakir fyrir eiginleikum lífvera og vistkerfa. Þetta sést meðal annars í því að sögnin ákvarða (e. determine) er notuð umtalsvert í vistfræðitextum nútímans.
Raðgreining erfðamengis mannsins var einstakt verkefni í sögu líffræðinnar og læknisfræðinnar. Stjórnvöld margra landa settu fjármagn í margvíslega verkþætti með það yfirmarkmið að greina röð allra basana í erfðamengi mannsins. Það fól í sér m.a. þróun aðferða til að einangra DNA, basaröð þess, kortleggja endurröðun, skilja virkni gena og greiningar á siðferðilegum spurningum sem vakna samhliða auknu aðgengi að erfðaupplýsingum. Líffræðingar og læknar færðu margvísleg rök fyrir ávinningi sem hlytist af því að raðgreina erfðamengi mannsins og annarra lífvera. Megin rökin voru að það yrði auðveldara að finna gen sem hafa áhrif á erfðasjúkdóma, og aðra sjúkdóma með áberandi erfðaþátt, og þar með að skilja líffræði viðkomandi sjúkdóma betur. Slík þekking nýtist sem grunnur fyrir meðferðir, greiningar og jafnvel lækningar. Þó sannarlega hafi ýmsir misst sig í yfirlýsingum og lofað of miklum og skjótum ávinningi, þá varð merkileg þekking til með raðgreiningu erfðamengja mannsins og annarra lífvera. Erfðamengjabyltingin opnaði ný rannsóknarsvið í mörgum greinum líffræði, sem ekki voru augljós í upphafi. Eftir árið 2005 sannaðist fyrir alvöru notagildi raðgreiningar erfðamengja mannsins þegar kortlagning erfðaþátta varð auðveldari. Nýjar aðferðir gerðu þá mögulegt að mæla hundruði þúsunda (síðar milljónir) breytilegra staða í erfðamengjum og að greina tengsl breytileika og svipfars fólks.6Conery, M., Grant, S.F.A. 2023. Human height: a model common complex trait. Annals of Human Biology. 50(1). 258-266. doi: 10.1080/03014460.2023.2215546.
Snúum aftur að meginviðfangsefnum bókarinnar, flutningi erfðaþátta milli kynslóða og hvernig gen móta svipfar lífvera. Keller minnir á að þekking á þessum fyrirbærum sé takmörkuð, fræðimenn og kennslubækur skauti í mörgum tilfellum yfir blæbrigði og flókin atriði og að almennur skilningur á erfðum, jafnvel virkra og virtra vísindamanna, sé ófullkominn. Röksemdir Keller eru af margvíslegu tagi og halda flestar, en ekki allar. Árið 2000 var þekking okkar á því hvernig erfðaupplýsingar berast á milli kynslóða ófullkomin, og það átti einnig við um hvernig bygging litninga, eiginleikar stórsameinda, skipulag og innri bygging fruma viðheldur skilvirkni þroskunar eða formmyndunar lífvera. Erfðaefnið DNA er skilvirkur flutningsmáti fyrir upplýsingar til næstu kynslóðar. Orðið skilvirkni lýsir því að erfðaupplýsingar móta eiginleika afkomendanna mjög sterklega; úr eggi með hænulitninga koma litlir kjúklingar, en úr eggi með snákalitninga snákur. Vissulega eru ekki allir kjúklingar eins, en skilvirknin liggur bæði í eiginleikum erfðaefnisins og sameindakerfa sem viðhalda því og eftirmynda eins og Keller rekur ágætlega. DNA–ið eitt og sér brotnar niður, og þarf lifandi frumu til að viðhaldast. Vísindamenn hafa aflað mikillar þekkingar á þessum kerfum, og eru sífellt að finna nýja fleti á þeim. Kennslubækur og jafnvel yfirlitsgreinar eru í eðli sínu einfaldanir á flóknum fræðasviðum. Oft leyfa vísindamenn sér einfaldara orðalag, til að reyna að útskýra flókna heildarmynd. Keller gerir vel í því að benda á og sundurliða grófar alhæfingar, bæði í fræðilegum textum og opinberum viðtölum, og vitnar þar í ýmsa stórlaxa fræðanna (að þeirra viti a.m.k.). Francis Collins, sem leiddi verkefnið um raðgreiningu erfðamengis mannsins, sagði á fundi í Hvíta húsinu (sumarið 2000): „Er hægt að ímynda sér öflugra form rannsóknar sem mannkyn, en einmitt það að lesa leiðbeiningar um okkar eigin byggingu?” (e. „What more powerful form of study of mankind could there be than to read our own instruction book“).7White house: Office of the Press Secretary. 2000. Remarks by the president, prime minister Tony Blair of England (via satellite), Dr. Francis Collins, director of the national human genome research institute, and Dr. Craig Venter, president and chief scientific officer, Celera genomics corporation, on the completion of the first survey of the entire human genome project. June 26, (sótt 13. Nóvember 2024) https://clintonwhitehouse3.archives.gov/WH/EOP/OSTP/html/00628_2.html Þetta er mikil alhæfing og einföldun sem Keller varar okkur sérstaklega við. DNA ber upplýsingar, en það þarf lifandi frumu til að túlka þær. Framfarir í sameindalíffræði og tengdum greinum hafa sýnt að einingar fruma og lífvera eru margar og samtengdar, eiginleikar stórsameinda gefa frumum ákveðna eiginleika, en það getur oltið á lífeðlisfræðilegu eða vistfræðilegu samhengi hvaða áhrif sameindirnar hafa fyrir viðkomandi lífveru. Þótt bókin fjalli um gen, þá er viðfangsefnið líffræði í öllu sínu veldi, því allar lífverur hafa erfðaefni, og erfðasamsetning einstaklinga mótar eiginleikar þeirra. Þetta er mikilvægur eiginleiki erfðaefnis og lífvera. Efni sem berst milli kynslóða en mótar ekki eiginleika þeirra sem á eftir koma, er ekki erfðaefni. Skilvirknin er hluti af skilgreiningunni á erfðaefni. Og þar sem amöbur fæðast ekki úr hænueggjum, né fílar úr akörnum, er ljóst að skilvirkni erfðaefnisins DNA er umtalsverð. Keller leggur, eins og Richard Lewontin í sínum skrifum, áherslu á að erfðaþætti þurfi að túlka í líffræðilegu samhengi, sem er bæði umhverfi lífverunnar og eiginleikar hennar sjálfrar. Lewontin líkir þessu við þríþátta helix, þar sem þættirnir eru erfðir, umhverfi og lífveran, og hver þeirra um sig getur haft áhrif á hina (2002).8Lewontin, R.C. 2002. Triple helix: Gene, Organism, and Environment. Harvard University Press, 144 bls.
Gróður á hálendi Íslands. Ljósmynd: Arnar Pálsson
Ein helsta ástæðan fyrir miklum framförum í erfðafræði, en minni í greiningum á áhrifum umhverfis og breytilegum eiginleikum lífvera, er mælanleikinn. Það er margfalt auðveldara að greina erfðabreytileika en umhverfisþætti eða eiginleika lífvera. Hægt er að setja DNA sýni úr fólki í tæki sem greinir erfðasamsetningu mjög nákvæmlega. Erfðamengi okkar eru rétt rúmlega 6,4 milljarðar basa, og með viðeigandi aðferðum er hægt að finna stóran meirihluta þeirra milljóna staða sem eru ólíkir í erfðamenginu. Á tvílitna formi, þar sem einlitna erfðamengið er um 3.2 milljarðar basa. Hvatberar í hverri frumu skipta tugum upp í þúsundi (í eggjum), en eru með svo stutta litninga að þeir leggja lítið til heildarlengdarinnar. Það eru um 4,1–5 milljón breytilegir staðir (stakir basar) í erfðamengi hvers einstaklings. Staðir eru basar á ákveðnum litningi, og er hér vísað til svokallaðra basaskipta. Þar er kannski einn litningur með C á stað 313 í ákveðnu geni, en hinn litningurinn T. Aðrar gerðir breytleika, innúr (indels) eða litningabrengl eru mun fátíðari og einnig erfiðari í greiningu. Þar sem langflestar stökkbreytingar eru mjög fátíðar og finnast bara í fáum einstaklingum (eða jafnvel bara einum), eru ég og þú með sumar stökkbreytingar sameiginlegar, en aðrar ólíkar, og nokkrar sérstakar.91000 Genomes Project Consortium; Auton, A., Brooks, L.D., Durbin, R.M., Garrison, E.P., Kang, H.M., Korbel, J.O., Marchini, J.L., McCarthy, S., McVean, G.A., Abecasis, G.R. 2015. A global reference for human genetic variation. Nature. 526(7571). 68-74. doi: 10.1038/nature15393. Samanburður á fólki með tiltekinn sjúkdóm og hópi heilbrigðra (með tilliti til þess sjúkdóms) gerir okkur kleift að finna svæði í erfðamenginu, og jafnvel ákveðnar stökkbreytingar, sem auka líkurnar á þessum sjúkdómi. Ef viðkomandi gen tengjast þekktu ferli (t.d. ónæmiskerfinu eða í starfsemi lungnanna) höfum við bætt þekkingu á líffræði kvillans. Ekkert sambærilegt er til fyrir umhverfið. Ekki er hægt að taka sýni af umhverfi einstaklinga, keyra það í gegnum eitt tæki og fá lista yfir þær milljónir þátta sem móta líkamlegt ástand okkar, líðan og lífslíkur. Umhverfi okkar byrjar við samruna kynfruma frá foreldrum okkar, og varir til síðasta andardráttar. Það er því einstaklega erfitt að finna út hvaða umhverfisþættir skipta mestu, eru það t.d. næringargildi móðurmjólkur, sýkingar við 2 ára aldur, hreyfing yfir ævina, eða skelfilegt slys eða hamfarir (snjóflóð eða sprengjuárás). Sama á við um eiginleika fólks (eða lífvera). Ekkert tæki getur tekið blóðdropa og spýtt út lýsingu á öllum eiginleikum einstaklings (t.d. hæð, þyngd, höfuðlagi, styrk eða þykkt vöðva bak við eyrað). Reyndar eru miklar framfarir í þessum geira, því mælingar á eiginleikum fólks handstyrk, blóðþrýstingi eða fituprósentu geta gefið gagnlegar upplýsingar um líffræði sjúkdóma og heilbrigðis.
HEIMILDIR
- 1Keller, E.F. 2023/2000. Öld gensins. Hið Íslenska bókmenntafélag. Í þýðingu Kristjáns G. Arngrímssonar. 304 bls.
- 2Lander, E.S., Linton, L.M., Birren, B., Nusbaum, C., Zody, M.C., 250 aðrir höfundar og International Human Genome Sequencing Consortium. 2001. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature. 409(6822). 860-921. doi: 10.1038/35057062. Leiðréttingar í Nature 2001 412(6846):565 og Nature 2001 Jun 7;411(6838):720.
- 3Venter, J.C., Adams, M.D., Myers, E.W., Li, P.W., Mural, R.J., Sutton, G.G., Smith, H.O., Yandell, M. og 265 aðrir höfundar. 2001. The sequence of the human genome. Science. 291(5507). 1304-51. doi: 10.1126/science.1058040. Leiðrétting: Science 2001 292(5523):1838.
- 4Nurk, S., Koren, S., Rhie, A., Rautiainen, M., Bzikadze, A.V., Mikheenko, A., og 93 aðrir höfundar. 2022. The complete sequence of a human genome. Science. 376(6588). 44-53. doi: 10.1126/science.abj6987.
- 5Heine, S.J. 2017. DNA Is Not Destiny: The Remarkable, Completely Misunderstood Relationship between You and Your Genes. New York, NY: W. W. Norton & Company. 352 bls.
- 6Conery, M., Grant, S.F.A. 2023. Human height: a model common complex trait. Annals of Human Biology. 50(1). 258-266. doi: 10.1080/03014460.2023.2215546.
- 7White house: Office of the Press Secretary. 2000. Remarks by the president, prime minister Tony Blair of England (via satellite), Dr. Francis Collins, director of the national human genome research institute, and Dr. Craig Venter, president and chief scientific officer, Celera genomics corporation, on the completion of the first survey of the entire human genome project. June 26, (sótt 13. Nóvember 2024) https://clintonwhitehouse3.archives.gov/WH/EOP/OSTP/html/00628_2.html
- 8Lewontin, R.C. 2002. Triple helix: Gene, Organism, and Environment. Harvard University Press, 144 bls.
- 91000 Genomes Project Consortium; Auton, A., Brooks, L.D., Durbin, R.M., Garrison, E.P., Kang, H.M., Korbel, J.O., Marchini, J.L., McCarthy, S., McVean, G.A., Abecasis, G.R. 2015. A global reference for human genetic variation. Nature. 526(7571). 68-74. doi: 10.1038/nature15393.
