211service.com
Waarom kunnen vleermuizen vliegen als muizen dat niet kunnen?
Sinds de geboorte van de eerste knock-outmuis in 1989, is het richten op en het veranderen van specifieke genen bij muizen een van de meest voorkomende praktijken in de genetica geworden. Door wetenschappers de gevolgen van het uitschakelen van individuele genen te laten observeren, is de techniek cruciaal geweest voor het interpreteren van de betekenis van het menselijk genoom, dat voor 95 procent identiek is aan dat van onze muizennicht. Gentargeting heeft wetenschappers in staat gesteld modellen van menselijke ziekten te bouwen en licht te werpen op de biologische processen die ervoor zorgen dat alle organismen tikken. (Download deze PDF voor een volledige beschrijving van de technologie.)
Knock-out onderzoeker: Mario Capecchi van de Universiteit van Utah, de lafaard van de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde dit jaar.
Eerder deze week erkende de Nobel-assemblee in Zweden het belang van gentargeting door het toekennen van de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde aan drie wetenschappers wiens werk fundamenteel was voor de ontwikkeling ervan: Mario R. Capecchi , van de Universiteit van Utah, in Salt Lake City; Martin J. Evans , van de Universiteit van Cardiff, in Wales; en Oliver Smithies , van de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill. In de nasleep van de aankondiging sprak Capecchi, 70, met Technologie beoordeling over de technologie die hem de meest prestigieuze wetenschapsprijs opleverde en de genetische mysteries waarvan hij hoopt dat ze hem nog jaren in het lab zullen houden.
Technologie beoordeling : Gentargeting-technologie heeft licht geworpen op talloze biologische mysteries. Wat zijn enkele van de grootste genetische vragen die nog moeten worden beantwoord?
Mario Capecchi: De meeste genetische studies zijn beperkt tot organismen zoals gisten, bacteriën, wormen, vliegen, muizen en zebravissen. De nadruk ligt altijd op wat ze gemeen hebben, maar ik denk dat de verschillen tussen organismen net zo belangrijk zullen zijn als de overeenkomsten. Studeren is natuurlijk veel moeilijker. De verschillen tussen soorten zoogdieren of bacteriën zijn extreem.
Multimedia
Een afbeelding die laat zien hoe gentargeting werkt.
Gelukkig kunnen we nu in een paar maanden tijd een genoom zo complex als het onze sequencen. Over een paar jaar zal het triviaal zijn om enorme hoeveelheden genetische informatie over verschillende soorten te genereren. Wat ontbreekt, is een manier om die informatie in een functioneel kader te plaatsen. Wat betekenen al deze genetische verschillen? Wat maakt een walvis een walvis en een muis een muis?
KINDEREN : Probeer je deze vraag in je lab te beantwoorden?
MC: Ja. Ik geloof dat veel evolutie voortkomt uit additieve mutaties in plaats van verlies van eigenschappen. Een gen wordt gedupliceerd in het genoom, en dan ontwikkelt één kopie een nieuwe functie terwijl het oorspronkelijke gen intact blijft. Beginnend met een intact genoom en er iets aan toevoegen, hoop ik dat wat eruit zal komen iets is dat in de evolutie is verworven.
We gebruiken de muis als een soort surrogaat om vleermuizen te begrijpen. Waarom kunnen ze vliegen en echoloceren terwijl een muis van dezelfde grootte dat niet kan? We hopen een verzameling muizen te creëren waarin een hele set vleermuisgenen is vertegenwoordigd.
KINDEREN : Wauw. Hoe doe je dat? Zet je elk vleermuisgen één voor één in verschillende muizenstammen?
MC: Nee, daarvoor zouden ongeveer 25.000 muizenstammen moeten worden gemaakt en dat zou veel te duur zijn. In plaats daarvan zullen we grote delen van het vleermuisgenoom in muizen overbrengen. Als we een signaal zien – de muizen hebben bijvoorbeeld verschillende mogelijkheden – dan kunnen we het gen voor gen opsplitsen.
KINDEREN : Waarom vleermuizen?
MC: Ze zijn qua grootte identiek aan muizen en hebben een vergelijkbare fysiologie, zoals hartslag en lichaamstemperatuur. Dus we denken niet dat er een mate van onverenigbaarheid zal zijn die de muizen zou doden. Maar we hebben ook voor vleermuizen gekozen omdat we weten hoe enorm verschillend ze zijn van muizen. Hun echolocatie is bijna net zo goed als ons zicht. Ze kunnen dingen onderscheiden op submillimeterschaal.
KINDEREN : Kan deze benadering echt licht werpen op zoiets complex als echolocatie, waarbij vermoedelijk veel genen betrokken zijn?
MC: We verwachten zeker geen muizen die kunnen vliegen of echoloceren. Maar die vermogens hebben individuele componenten die we kunnen bestuderen, bijvoorbeeld de verschillende componenten van het auditieve systeem.
Het is ook aannemelijk dat deze mogelijkheden niet zo complex zijn als we dachten. Het is mogelijk om met slechts een paar genen zeer complexe dingen te ontwikkelen. Er zijn twee groepen vleermuizen: megabats en microbats. Oorspronkelijk dachten mensen dat megavleermuizen voortkwamen uit primaten omdat hun hersenen meer op die van primaten lijken, terwijl de hersenen van microvleermuizen meer op knaagdierhersenen lijken. Maar sequentiestudies tonen aan dat beide soorten verwant zijn aan knaagdieren. Dat laat zien dat het mogelijk is om in zeer korte tijd een brein te ontwikkelen dat histologisch op het onze lijkt.
Bovendien hebben megavleermuizen een visueel systeem dat meer lijkt op dat van ons dan dat van knaagdieren. We verwerken verschillende aspecten van het visuele landschap, zoals kleur en beweging, in verschillende delen van de hersenen en voegen het op de een of andere manier samen tot één beeld. Muizen hebben een veel eenvoudiger systeem. Megavleermuizen zijn fruiteters en moesten dus net als onze voorouders de kleur van rijp fruit onderscheiden. Het feit dat dit vermogen zich zo snel ontwikkelde bij vleermuizen, zegt me dat slechts een handvol genen verantwoordelijk zijn.
Natuurlijk projecteer ik projecten die 20 jaar in beslag zullen nemen. Maar ik ben altijd optimistisch over het onderzoek en hoe lang ik zal leven! Ik denk dat het gebruik van je hersenen je jong houdt, dus ik ben van plan het te blijven gebruiken.