Diffraktion, röntgen, protein, acceleratorer...

Två intressanta artiklar publicerades just back-to-back i Nature [1,2]. Båda artiklarna handlar om samma ämne och är  till stor del skrivna av samma författare. Det rör sig om röntgendiffraktion av biopartiklar. Artiklarna är intressanta av flera anledningar. Den första anledningen är så klart själva resultaten. Men för mig är det ändå hur många olika vetenskapsområden som är berörda som är det riktigt intressanta. Att artiklarna har drygt 80 olika författare från 20 lab runt om i världen (varav några svenska) understryker det. Om man skulle sammanfatta artiklarna i ett par meningar skulle man kunna säga att forskarna använt en frielektronlaser (FEL) för att bestråla virus eller nanokristaller av biopartiklar. Man kan sedan använda spridningen av ljuset, i det här fallet i röntgenområdet, för att beräkna kristallstrukturen hos de bestrålade partiklarna. Det nya är att genom att använda en FEL kan man göra mätningarna på mindre kristaller, eller som i [2] på enstaka virus.

Den aktuella forskningen är i sin komplexitet en guldgruva att välja bloggämnen ur. Till exempel:

• Hur funkar en laser, och vad tusan är en frielektronlaser
• Acceleratorer och deras fysik
• Vad är diffraktion och hur ger det kristallstrukturer
• Hur går det normalt till när man tar fram proteinstrukturer ur diffraktionsmönster
• Olika tidsskalor för energidistribution
• Massor av biologi... antar jag
• osv.

Jag tänkte under de närmaste dagarna (eller kanske veckan, beroende på arbetsbörda) skriva ett par bloggposter om några av ovanstående punkter, och lära mig något själv också. Sedan kan man återvända till artiklarna och kanske förstå vad som är så nytt och coolt som gör att det är värt inte en utan två Nature-artiklar.

UPPDATERING: På DESYs hemsida finns ett mycket bra pressmeddelande om artiklarna. Läsvärt för den som kan tyska.

UPPDATERING 2: Läs om frielektronlasrar.

[1] Chapman, H. N. et al. Femtosecond X-ray protein nanocrystallography. Nature 470, 73-77 (2011).
[2] Seibert, M. M. et al. Single mimivirus particles intercepted and imaged with an X-ray laser. Nature 470, 78-81 (2011).

Geparder har mer genetisk variation än man tidigare trott

I Biologiundervisning nämns ibland Geparden (Acinonyx jubatus) som ett exempel på ett djur som har mycket låg genetisk variation. Det borde man sluta med nu. En ny artikel i tidskriften Molecular Ecology visar nämligen att den genetiska variationen är större än man trott. Författarna visar också att Geparder från Asien är genetiskt mycket olika de som finns i Afrika och de asiatiska individerna bildar en egen grupp i släktträdet. Den asiatiska geparden är utrotningshotad och finns numera bara i Iran, men hade tidigare en mycket större utbredning. Även i Afrika är olika underarter av Geparder mycket olika varandra. Studien inkluderade både nutida geparder och historiskt material från museum. Huvudorsaken till att denna studie visar att det finns mer genetisk variation än man tidigare trott, är att den undersöker gepardpopulationer som aldrig förut undersökts genetiskt.

Referens:

Charruau et al (2011) Phylogeography, genetic structure and population divergence time of cheetahs in Africa and Asia: evidence for long-term geographic isolates. Molecular Ecology 20: 706-724.

Unik rysk samling av frukt och bär hotas

Långsiktiga satsningar är ibland mycket viktiga för forskningen, men något som byggts upp under många år kan ibland mycket snabbt förstöras. Ett aktuellt exempel är att Vavilov institutet i Ryssland riskerar att få sin experimentstation i Pavlovsk utanför St Petersburg förstörd för att man vill bygga bostäder på marken. Om detta kan man bla läsa i Science, SvD den 29 augusti, samt i dagens DN. På experimentstationen finns bla en av världens största genbanker för frukt och bär. Vissa växter kan bevaras genom att frön sparas medan andra växter som tex äppelträd och jordgubbar förökas vegetativt och för att bevara sorter av dessa måste de kontinuerligt odlas. Denna experimentstation har funnits sedan 1926 och har många växtsorter som samlats in under låg tid och som förädlats fram på institutet. Dessa sorter kan vara viktiga för framtida förädling och forskning och det vore en förlust för vetenskapen om de försvann. Troligen skulle de kunna flyttas till en annan plats, men det tar tid att flytta så många växter och försäkra sig om att de överlever så jag hoppas verkligen att institutet får tillräcklig tid på sig om en flytt blir nödvändig.

Ny art bildad från andra arter

Två olika arter av däggdjur kan oftast inte få någon avkomma tillsammans och om de får det är den oftast steril (tex en mula som har en häst och en åsna som föräldrar). Även om enstaka hybrider kan vara fertila är det mycket ovanligt att nya arter av däggdjur bildas genom att befintliga arter korsar sig och bildar hybrider som sedan fortsätter att föröka sig som en separat art. Det är inte vanligt hos andra djur heller men förekommer oftare hos fiskar än hos däggdjur. Nu har några forskare i Texas visat att en fladdermusart som heter Artibeus schwartzi som finns på några öar i Karibien har bildas genom att två (och kanske till och med tre) andra arter har hybridiserat. Genom att jämföra DNA har de sett att det DNA som finns i cellkärnan (den stora majoriteten av allt DNA) hos Artibeus schwartzi är en blandning av DNA från två andra kända arter medan det DNA som finns i mitokondrien (som bara ärvs från mor till barn) inte verkar komma från någon av dessa två arter utan från en tredje ännu okänd art. Artikeln är intressant eftersom den visar på ett ovanligt fenomen i naturen.

Referens:

Larsen et al. (2010) Natural hybridization generates mammalian lineage with species characteristics. PNAS 107:11447-11452

Årets kemipris...

...var som så många gånger förr snarare ett biologipris än ett kemipris, om än för viktiga och spännande upptäckter. Nämligen ribosomers struktur och funktion.Ribosomer finns i cellerna hos alla levande varelser, och deras uppgift är att läsa av genetisk information och styra produktionen av proteiner.

Pristagarna belönas för att de lyckats fastställa hur ribosomer ser ut på atomnivå, med tekniker som röntgenkristallografi och elektronmikroskopi, för att såsmåningom producera tredimensionella bilder av ribosomerna på atomnivå.

Det här är en grundläggande biologisk upptäckt, som på sikt kan vara en del av den kunskap vi behöver för att komma tillrätta med problemet med multiresistenta bakterier. Och det är stora vetenskapliga framsteg som ligger bakom årets pris. Men det är tveksamt om det verkligen är är att klassificera som kemi. Å andra sidan kan ju en fysikalisk kemist glädja sig åt årets pris i fysik.

tecknad film om Darwin

Som en del av firandet av att det i år är 150 år sedan av Charles Darwins bok "Om arternas uppkomst" publicerades samt 200 år sedan han föddes finns nu också en tecknad film om Darwin. Den heter "Darwin on the evolution trail" och finns på engelska, tyska eller franska. Jag tittade på den nu på morgonen och tycker att den var riktigt bra så jag rekommenderar andra att se den. Tillsammans med 2 andra korta filmer om evolution finns den på www.evolution-of-life.com. 

Belägg för evolutionen

Då det är jubileum både för Darwins födelse och hans berömda verk Om arternas uppkomst så passar Nature på att publicera 15 evolutionära smycken. Det handlar om forskning inom olika ämnen som publicerats i Nature under det senaste decenniet som ger otvetydigt stöd för evolutionsläran. Inte för att det borde behövas, men det finns ju faktiskt fortfarande folk som menar att evolutionen inte är förklaringen till den variation av varelser vi ser omkring oss.

I artikeln, som är fritt tillgänglig, ger man en kort förklaring till forskningen och referenser till originalartiklarna. En artikel handlar t.ex. om hur det gick till när de olika näbbarna utvecklades hos Darwins berömda finkar på Galapagos.

Andra bloggar om: vetenskap, Darwin, evolution.

Jubileum för Darwin

I år är det 150-årsjubileum för Charles Darwins bok "Om arternas uppkomst", "On the origin of species by means of natural selection" på engelska. Den kom alltså ut 1859 och jag skulle säga att det är en av de allra mest betydelsefulla vetenskapliga böckerna. Jag läste den för ett par år sedan och blev otroligt imponerad av Darwins förmåga att beskriva naturen. Detta jubileum kommer att uppmärksammas på många sätt under 2009 och läsning på svenska finns just nu i form av en artikelserie i DN. För den som vill läsa någon av Darwins skrifter på engelska så kan jag rekommendera websidan Darwin online. Den innehåller samtliga böcker och en hel del annat material skrivet av Darwin, både som text och som inscannade bilder. Där finns dessutom t. ex. Darwins liv i bilder som är en samling fotografier av bland annat hus Darwin bott i och skolor han gått i.

Att göra det osynliga synligt - årets kemipris

Vi diskuterade potentiella nobelprisvinnare i kemi över lunchen i tisdags. Diskussionen avslutades med att vi enades om att vi hoppades att det skulle vara ett "riktigt" kemipris, och inte något som lika gärna kunde ha belönats med medicin/fysiologipriset, eller något som egentligen är mer biologi än kemi. Våra gissningar och förhoppningar slog förstås (och som vanligt) fel...

Hur som helst, årets nobelpris i kemi belönar upptäckten (Shimomura), applikationerna (Chalfie) och vidareutvecklingen (Tsiens) av grönt fluorescerande protein, GFP.

Sammanfattningsvis kan man säga att årets kemipris handlar om att göra annars osynliga biologiska/fysiologiska processer synliga. Med genteknikens hjälp kan GFP sättas in i gener i levande celler, och genom smart design av de här systemen kan fluorescensen slås på eller av, givet en viss händelse eller process i cellen, och på så sätt kan man följa annars "osynliga" biologiska processer. Ett exempel på ett viktigt användningsområden är möjligheten att faktiskt titta på hur cancerceller beter sig i levande vävnad.

Genom utvecklingen av andra, liknande proteiner som fluorescerar vid andra våglängder har man också kunnat konstruera mer komplicerade system, för att kunna följa flera olika steg i ett händelseförlopp. Det bästa exemplet på detta är antagligen de genmodfierade möss som några Harvardforskare rapporterade i Nature förra året. Kombinationen av proteiner som fluorescerar gult, blått och rött ljus ledde till att forskarna kunde följa enskilda nervtrådar i mössens hjärnor. Experimentet döptes förstås till "brainbow".

Det råder inget tvivel om att GFP-upptäckten och dess applikationer är en stor vetenskaplig händelse, som har betytt mycket för medicinsk, biologisk och biokemisk forskning. Men så där väldigt mycket kemi ligger det inte bakom det här priset.

Shimomura upptäckte GFP när han studerade självlysande maneter under 1960-talet. Självlysande maneter är ju nu inte någon typisk kemi, men att studera GFP:s fotofysiska egenskaper är däremot kemiskt så att det förslår (även om det heter fotofysik), och det gjorde Shimomura. Det bör dock tilläggas att om allt stannat vid maneter och GFP:s fluorescens så hade det knappast renderat ett nobelpris.

Men, slumpen ledde till att rundmaskforskaren Chalfie får höra talas om det "självlysande"* proteinet dryga 20 åre senare, och han fick idén att inkorporera GFP i den genomskinliga rundmaskens gener så att han skulle han kunna följa biologiska/fysilogiska/biokemiska processer i masken, genom att lysa på den med UV-ljus. Efter ett drygt decennium av forskning som mest var av molekylärbiologisk och genteknisk karaktär publicerades de första resultaten i Science 1994. Och proteiner är visserligen (stora) molekyler, men man får nog säga att det är relativt ovanligt för kemister att studera rundmaskar på arbetstid...

Nå, hur kul är det med bara grönt ljus? Inte kul alls tyckte Tsiens, och för den delen också flera andra forskargruppper. Så, den självklara fortsättningen var förstås att, genom att studera GFP och framför allt kromoforen (den delen av molekylen som faktiskt får det att lysa grönt) förstå hur man skulle kunna designa andra proteiner, med andra färger. Och allt detta arbete ledde så småningom till publikationer som den om mössens "brainbow". Tsiens är väl också den som är mest kemist av årets kemipristagare, och som faktiskt arbetar på en institution som har ordet kemi med i namnet.

Pristagarna är väl värda att uppmärksammas för sina resultat, därom tror jag inte att det råder några tvivel. Men som det verkligen är ett kemipris kan nog debatteras...

*Det är naturligtvis felaktigt att prata om GFP som "självlysande", eftersom det inte lyser innan det har exciterats med UV- eller blått ljus.

Den andra genetikern som fått sitt DNA sekvenserat

Det mänskliga genomet sekvenserades fullständigt redan för fyra år sedan. Men det DNA som sekvenserades då var en blandning av DNA från flera människor. På senare tid har allt DNA från två enskilda individer sekvenserats. Båda dessa första personer är kända genetiker. För ca ett halvår sedan publiserades en artikel i PLoS Biology där J. Craig Venter fått sitt DNA sekvenserat. Han var den som var drivande i företaget Celera som sekvenserade det mänskliga genomet samtidigt som det offentliga HUGO-projektet. I denna veckan nummer av Nature så publiseras en studie där James D Watson fått sitt DNA sekvenserat med en ny snabbare metod där det bara tagit två månader att läsa av allt hans DNA. Metoden är också mycket billigare. Sekvenseringen av Watsons DNA kostade under en miljon amerikanska dollar jämfört med 100 miljoner för sekvenseringen av Venters DNA. James Watson upptäckte tillsammans med Francis Crick DNA- molekylens struktur 1953. För detta fick de nobelpriset 1962.

Referenser: 

Wheeler et al. 2008. Thye complete genome of an individual by massively parallel DNA sequencing. Nature 452: 872-876 (prenumeration krävs)

Levy et al. 2007. The diploid genome sequence of a single individual. PLoS Biol. 5: e254-e286 (open acess)

Skyll inte allt på klimatet

Den senaste tiden har det varit en oerhörd fokusering på klimatförändringar i media. Det är på ett sätt positivt eftersom klimatförändringar orsakade av människan är ett mycket stort hot med allvarliga konsekvenser, men risken är att andra miljöhot kommer i skymundan. En annan risk är att allt ont skylls på klimatet och alternativa förklaringar inte undersöks tillräckligt noga. När det gäller tex hotade djur och växter så kan en felaktig förklaringsmodell leda till att felaktiga åtgärder görs för att försöka rädda dem. En studie som publicerats i PLoS Biology visar att minskningen av groddjur i centralamerika och sydamerika pga en svampsjukdom inte alls kan skyllas på klimatet. Spridningen av en sjukdomsorsakande svamp har tidigare påståtts bero på klimatförändringen, men i den aktuella studien hittas inga bevis för det. Sedan påverkas groddjur negativt av klimatförändringarna av andra orsaker men poängen är att allt ont inte kan skyllas på klimatet utan man måste undersöka mer komplexa samband för att förstå vad som händer i naturen.

Referens:

Lips et al. 2008. Riding the wave: reconsiling the roles of disease and climate change in amphibian decline. PLoS Biol 6(3):e72

Mikrober gör nytt s.k biobränsle

I årets första nummer av Science finns en artikel som försöker sig på att avgöra hur miljövänliga s.k. biobränslen egentligen är. Där konstaterar man bland annat att att etanol från majs, sockerbetor, råg, potatis och sockerrör är dåliga alternativ medan etanol från cellulosa (vilket i almänhet innebär restprodukter) är ett "grönt" alternativ.

I det ljuset blir det extra intressant att analysera nyheten från Washington University i St Louis om butanolframställning. Butanol, en alkohol med en lite längre kolkedja än etanol, har klara fördelar över etanolen. Den korroderar i mindre utsträckning och har dessutom har ett högre energivärde än etanol. Precis som för etanol handlar det dock om tillsats till vanlig bensin.

Forskarna på Washington University och deras samarbetspartners har kunnat framställa butanol från restprodukter (ironiskt nog restprodukter från processen att konvertera majs till etanol). Dessa restprodukter har högt cellulosainnehåll och är därför svårt att bryta ner. Genom att använda en blandning av tusentals olika mikroorganismer, kan man effektivt bryta ner majsfibrer till butyrat, som sedan relativt enkelt kan omvandlas till butanol. Genom att optimera olika miljöfaktorer som temperatur och pH kan nedbrytningsprocessen styras till olika slutprodukter, vilket förstås ökar potentialen för andra användningsområden.

Så hur bra är då butanol som biobränsle? Ja, sannolikt gäller ungefär samma slutsats för butanol som för etanol, dvs om man kan framställa den från resttprodukter är den antagligen OK. men man kan fråga sig om DuPonts och BPs samarbete med Britsh Sugar om att introducera butanolbränsle framställt från sockerbetor är det smartaste draget? Å andra sidan kan man tycka att det är framsteg att också oljebolagen tittar på andra alternativ än de rent fossilbaserade. Tiden lär utvisa hur det går för butanolen.

Källor:
Scharlemann JPW & Laurance WF. 2008. How Green Are Biofuels? Science 319: 43-44.
Washington University i St Louis

Uppdatering:
Forskarbloggen skriver mer om innehållet i Scienceartikeln

Alla olika, alla lika

På University of Utah hävdar en forskargrupp att de hittat genetiska bevis för att den mänskliga evolutionen faktiskt har accelererat under en tid. Resultaten indikerar att folkgrupper på olika kontinenter blir mer och mer olika, ju längre tiden går. De senaste 40 000 åren skulle den mänskliga evolutionen ha gått snabbare och snabbare, och särskilt sen den senaste istiden, för ungefär 10 000 år sedan.

Studien som onlinepublicerats i den mycket ansedda tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences har letts av antropologiprofessor Henry Harpending, som kommenterar rönen med ett svenskt exempel. Han menar att vi inte är samma sorts folk som för 2000 år sedan, och exemplifierar detta med skillnaden mellan de krigiska vikingarna och nutidens fredliga svenskar, och att detta inte förklaras av kulturella skillnader utan istället är resultatet av genetiska förändringar, som lett till ett annat temperament.

Förklaringarna till att vi blir mer olika är, enligt studiens författare att det inte sker mycket utbyte av gener mellan kontinenterna, och att eftersom befolkningen växer så snabbt i världen så uppstår fler mutationer och därmed också en snabbare evolution.

Studien utfördes genom analys av DNA från 270 individer, från fyra olika folkgrupper; kineser, japaner, afrikaner nordeuropeer (som tydligen till stor del utgörs av mormoner från Utah) och att leta efter bevis för naturlig selektion genom kromosomstudier. Genom att modellera hur stor den genetiska variationen borde ha varit om evolutionen gått med konstant hastighet kunde man också konstatera att diversiteten i det experimentella materialet är mycket större än den borde ha varit vid konstant hastighet.
Jag är inte biolog och inte statistiker heller, och kan följaktligen inte bedöma om det statistiska urvalet är tillräckligt stort för att verkligen dra de slutsatser som man gör i studien. Det jag däremot kan konstatera är ju att om evolutionen går långsammare i mindre populationer så torde de minskande födelsetalen i västvärlden bidra till en ännu långsammare evolution i Europa.

Jag kan också gissa att det kommer att dyka upp invändningar mot studien, där man betonar kulturens betydelse väsentligt mer än i Harpendings studie. I sammanhanget är det också värt att påpeka att även om den aktuella studien indikerar ökade skillnader mellan olika folkgrupper så är fortfarande 99% av vårt DNA detsamma, och vi är alla fortfarande mycket lika många andra djurarter också. Resultaten kan alltså inte tas till intäkt för att motivera någon slags särbehandling eller diskriminering. Vi är alla olika, men vi är till minst 99% lika också.

Uppdatering: länk till artikeln i pdf-format.

Viktiga resultat i stamcellsforskning

Under november i år har tre mycket betydelsefulla resultat inom stamcellsforskning offentliggjorts. Den 20 november förhandspublicerades resultat från två forskargrupper som lyckats få fram mänskliga stamceller direkt från specialiserade celler, dvs utan att behöva använda mänskliga embryon eller ägg.

Den japanska gruppen publicerade sina resultat i Cell och den amerikanska gruppen publicerade sina resultat i Science. Båda grupperna har fört in fyra gener (varav två gemensamma) i celler med hjälp av retrovirus. Dessa gener tillhör en grupp av gener som är aktiva i stamceller men stängs av när cellerna har specialiserat sig. Genom att föra in dem i specialiserade celler har de lyckats omprogrammera mänskliga hudceller till iPS-celler (iPS-celler är en förkortning för induced pleuripotent stem cells på engelska, vilket skulle kunna översättas med inducerat pleuripotenta stamceller). Den japanska gruppen använde celler från två vuxna människor medan den amerikanska gruppen använde celler från ett nyfött barn och från ett foster. Den japanska gruppen använde samma fyra gener som de tidigare använt för att göra den här typen av stamceller från möss.

Denna typ av av stamceller har liknande egenskaper som embryonala stamceller, och förhoppningsvis kan de användas till det som är det stora målet - att bota sjukdomar. De skiljer sig dock en del från embryonala stamceller när man undersökt genuttryck så mer forskning behövs innan kan säkert vet om de kan ersätta embryonala stamceller. Båda gruppernas tekniker leder dessutom till att retroviruset finns kvar i cellerna, detta skulle eventuellt kunna leda till att tumörer bildades om man förde in cellerna i en människa. Därför behöver metoderna modifieras innan de kan användas i medicinska tillämplingar, men detta är ändå ett mycket stort genombrott för stamcellsforskningen.

Även om de nu lyckats få fram stamceller så är det bara en mycket liten andel av försöken som lyckas. Den japanska gruppen lyckades få fram stamceller från ungefär 10 av 50000 behandlade celler, dvs 1/5000. Den amerikanska gruppen hade en något sämre framgång med 1/10000. I artikeln från den japanska gruppen diskuterar de att orsaken till den låga andelen framgångsrika försök skulle kunna vara att bara en viss typ av hudceller kan förändras till stamceller (i ett cellprov från huden finns det flera olika typer av celler) eller att generna som förs in med retroviruset måste sättas in på specifika ställen på cellens kromosomer för att kunna fungera.

Den japanska gruppen har senare hunnit publicera en till artikel i nature biotechnology där de visar att man kan inducera iPS-celler med bara tre gener. Det leder naturligtvis till frågan hur få gener som egentligen behövs. Fungerar det med bara två eller kanske rent av med en gen?

Referenser
Yu, J. et al. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science advance online publication 20 November 2007. doi: 10.1126/science.1151526

K. Takahashi, et al. Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors. Cell, Volume 131, Issue 5, Pages 861-872

Nakagawa, M. et al. Generation of induced pluripotent stem cells without Myc from mouse and human fibroblasts. Nat. Biotechnol. Advance online publication 30 November 2007. doi: 10.1038/nbt1374

Är ekologiskt verkligen nyttigare?

Både Svenska Dagbladet och Dagens Nyheter rapporterar idag att ekologiskt odlade livsmedel skulle vara nyttigare än konventionellt odlade dito. Mer antioxdanter i frukt, grönsaker och spannmål, och högre mineralinnehåll sägs vara fördelarna med de ekologiskt odlade produkterna. Forskningsprojektet som är EU-finansierat har tidigare släppt en del nyheter till media, bland att bloggade Malin på vetenskapsnytt om saken redan i oktober efter att en del resultat släppts till brittisk media som rapporterade om saken. Dock finns, såvitt jag kunnat hitta , fortfarande inga vetenskapliga publikationer ute om saken. Enligt uppgift från forskarna på Tesco centre for organic agriculture som utför den EU-finasierade studien ska det mesta publiceras under de kommande 12 månaderna.

Detta innebär alltså att de här resultaten ännu inte är granskade enligt den sedvanliga peer-review metoden, utan är de resultat som forskarna har valt att göra offentliga, och som medierna i sin tur valt att rapportera om.

Om man läser hela artikeln i Svenska Dagbladet så kommer man faktiskt till en passage där det sägs att det visat sig att växtföljd och kvävetilförsel haft oväntad stor betydelse för resultaten. Artikeln citerar t o m en av de ansvariga forskarna. "Det finns variationer och därför kan inget av dagens odlingssätt påstå att det alltid är bäst, säger Carlo Leifert." Trots detta är rubriken på svenskans artikel det tvärsäkra "Nyttigare äta ekologiskt enligt EU" medan DN med rätta utelämnar EU (som visserligen finasierar studien men som såvitt jag känner till inte gjort nåot samlat uttalande om saken) och kort och gott säger "Nyttigare äta ekologiskt".

Det är inte säkert att rubriksättarna påde två stora tidningarna har fel, men det är absolut inte säkert att de har rätt heller. Den information man kan få ut av artiklarna tyder snarast på att sambanden kan vara väldigt komplexa. Och det är inte svårt att föreställa sig att variationer i jordens näringsinnehåll, klimat och en hel del andra faktorer kan påverka resultaten. Jag skulle inte bli väldigt förvånad om det så småningom skulle visa sig att viktiga faktorer i vissa klimat och jordar inte har samma effekt under andra förhållanden. Själv skulle jag därför inte automatiskt dra slutsatsen att ekologiskt producerade livsmedel generellt är nyttigare än konventionellt odlade.

Det här är ett tydligt exempel på att vetenskapens och rubriksättningens logik är klart olika, och det bör man vara medveten om. Både som mediekonsument och om/när man som forskare uttalar sig om sina forskningsresultat.

Neanderthalare hade rött hår

I veckans nummer av tidskriften Science kan man läsa om en kommande artikel som publicerades online igår. Där beskrivs hur man har sekvenserat genen mc1r från två neanderthalare. Den genen är inblandad i pigmentering hos många ryddradsdjur och hos människa har man tidigare hittat varianter av mc1r-genen som ger rött hår och ljus hudfärg. Nu kan man dra slutsatsen att åtminstone några neanderthalare var rödhåriga och ljushyade. De undersökta neanderthalarna hade en variant av genen som man inte hittat i moderna människor, men analyser visar att den varianten borde resultera i rött hår och ljus hy. Jag kan tänka mig att just den här nyheten berörde mig extra mycket eftersom jag själv har rött hår.

Neanderthalare är en utdöd människoart som levde i Europa och västra Asien innan den moderna människan (Homo sapiens) kom dit. När den moderna människan kom till Europa från Afrika levde de sida vid sida med neanderthalarna under flera tusen år innan neanderthalarna dog ut. Trots mycket forskning är det är ännu oklart om neanderthalare och moderna männsikor fick barn med varandra så att neanderthalarna tillhör förfäderna till nutida människor med europeiskt ursprung. Ett projekt där hela neanderthalarens genom ska sekvenseras pågår och kommer säkert att leda till många intressanta slutsatser. Ett stort problem då man arbetar med gammalt DNA från utdöda arter är dock risken för kontamination från nutida DNA. Det problemet är speciellt stort med naenderthalare eftersom de är så lika moderna människor att man kanske inte upptäcker att den DNA-sekvens man tror kommer från en neanderthalare i själva verket kommer från en människa som jobbar i labbet eller som tagit i skelettet vid utgrävningen.

Språklig kommentar: neanderthalare stavas ibland neandertalare på svenska. Jag föredrar stavningen neanderthalare eftersom namnet kommer från orten Neanderthal i Tyskland, där det första skelettet av en neanderthalare hittades 1856.

Referenser:
Science 26 October 2007: pp. 546 - 547
Lalueza-Fox et al. Science DOI: 10.1126/science.1147417
Science, 17 November 2006: p. 1068

DNA från Mammuthår

I dagens nummer av tidskriften Science publiceras en artikel som beskriver hur forskare har lyckats utvinna och sekvensera DNA från mammuthår. Tidigare har man mest använt ben när man försökt få fram DNA från mammutar. När man får fram DNA från gammalt material är det ofta skadat vilket leder till felektigheter i DNA sekvensen. Dessa felaktigheter gör att det blir svårt att tolka resultaten och är ett stort problem när man studerar gammalt DNA. I artikeln visas att deras metod att utvinna och sekvensera DNA från hår innebär färre felaktigheter i DNA än vad som observerats när man utvinner DNA från djupfysta mammutben. Detta är mycket lovande resultat och betyder troligen att man kan analysera hår från fler gamla djur som finns på museer. Genom att studera material från museum kan man tex få reda på hur utdöda djur är släkt med nu levande djur och studera hur stor genetisk variation som fanns förr i tiden.

Referens
Whole-genome shotgun sequencing of Mitochondria from ancient hair shafts. Science 317:1927-1930.

Syntetisk biologi - att byta identitet

I augusti 2006 skrev The Economist att "synthetic biology is poised between hype and hope. But its time will soon come." Och kanske har vetenskapssamhället nu tagit sig ett steg närmare den tiden nu.

Det har länge varit känt att man kan modifiera organismer genetiskt genom att sätta in en eller flera gener från en annan organism. Den här sortens "syntetiska biologi" görs i många forskningslab dagligen, med skiftande syften; näringsrikare grödor, vaccinproducerande växter, vätgasproducerande cyanobakterier eller bekämpningsmedelsresistenta grödor för att nämna några exempel. Men fram till alldeles nyss har det handlat om att byta ut en liten del av arvsmassan.

I förra veckan kom dock större nyheter. Forskare på J. Craig Venter Institute (för övrigt samma Venter som låg bakom det sk HUGO-projektet, att kartlägga det mänskliga genomet) rapporterar nämligen att de har lyckats med konststycket att transformera en sorts bakterie till en annan sorts bakterie.

En bakteries genom(arvsmassa) har helt enkelt fulltständigt bytts ut mot en annan bakteries dito. Forskarna har helt enkelt gjort ett identitetsbyte genom transplantation av hela arvsmassan. Och även om det är på modellorganismer som är ganska enkla att arbeta med (de har bara en kromosom, och de saknar cellväggar som skapar besvärliga barriärer för själva transplantationen) och effektiviteten i identitetsbytet inte var så hög så är det fortfarande synnerligen intressanta och nydanande forskningsresultat. Därav att det förstås också är publicerat i Science.

Nästa mål för forskargruppen är att åstadkomma en helt syntetisk kromosom, som kan innehålla industriellt intressanta gener, som t ex ska kunna hjälpa oss att producera alternativa bränslen. Ja, och så förstås att få den artificiella kromosomen att fungera när den väl transplanterats, och det är antagligen väsentligt mycket lättare sagt än gjort.

Dessutom lär syntetiska kromosomer och planerna på att transplantera in dessa i levande organismer leda till nya etiska debatter. Många av oss minns hur högt diskusisonsvågorna gick när nyheten om det klonade fåret Dolly dök upp. Och en etisk debatt är inte skadlig, särskilt inte en där både forskare, politiker och allmänhet deltar, och förankrat i vad som faktiskt är möjligt och känt diskuterar under sakliga former, istället för att styras av fördomar, rädsla och ointresse för andras infallsvinkel. Den syntetiska biologin kan i bästa fall ge oss sådant som förnybara bränslen, vaccin och mediciner. Å andra sidan finns förstås risken för att kunskapen används i mindre ädla syften, och därför måste förstås en riskbedömning alltid göras, och de risker som finns måste få debatteras. I bästa fall i en saklig och respektfull debatt där både belsutsfattare, forskare och det civila samhället kan delta.


Referens:
Carole Lartigue ¹, John I. Glass ^1*, Nina Alperovich ¹, Rembert Pieper ¹, Prashanth P. Parmar ¹, Clyde A. Hutchison III ¹, Hamilton O. Smith ¹, J. Craig Venter ¹
Published online June 28 2007; 10.1126/science.1144622 (Science Express Research Articles)

Connectomics

Har varit i Seoul för invigningen av Korea Sweden Carbon Based Nanostructure Research Center (KSCNR). En och en halv dag av föredrag med anknytning till nanostrukturer och framförallt kolnanorör. Det bästa föredraget var dock ganska off-topic; Prof. Sebastian Seung från Howard Hughes Medical Institute och MIT talade om ”Toward a new science of connectomics”. Det ligger som sagt utanför mitt område även om Seung är fysiker i grunden. Kanske mer något för Malin på Vetenskapsnytt.

Connectome är ett nytt av en stor mängd -ome-ord, något som skall designera en helhet av något, och som blivit plågsamt ofta använt sedan HUGO-projektetet (HUman Genome Organistaion) blev så framgångsrikt. Connectomics handlar om att kartlägga anslutningarna mellan hjärnans nervceller, neuron. Det är en mäktig uppgift. En mänsklig hjärna har ungefär 10¹¹ nervceller, och varje cell har uppskattningsvis ca tiotusen anslutningar eller axon. Det gör runt 10¹⁵ axon. Problemet med att avbilda och följa dem ligger i att axonen är tunna, bara runt hundra nanometer, vilket gör dem till några av de finaste beståndsdelarna av en levande organism, och att axonen kan ringla sig upp till flera millimetrar genom hjärnan. För att kunna avbilda och sedan följa axonen genom hjärnan och indentifiera vilka celler som kommunicerar med vilka så behöver man en teknik med en upplösning där varje pixel är mindre än ca 20nm och man behöver dessutom volymavbildningsegenskaper. En teknik, som utvecklats av Kevin Briggman och Winfred Denk på MPI i Heidelberg innebär att man tillverkar ett fixerat block av hjärnvävnad som man färgar med ämnen som ökar kontrasen mellan olika celldelar och intercellulära delar. Detta i sig är en hel vetenskap. Sedan avbildar man ytan på blocket med svepelektronmikroskop (SEM), varefter man mha diamantkniv skär bort en 30nm tjock skiva och sedan avbildar man ytan igen osv¹. Sedan låter man en dator rekonstruera blocket och identifiera de olika elementen.

Det är här Seungs grupp kommer in. Datoranalysen som skall till är inte bara svår; datorer är inte särskilt bra på att identifiera mönster som ofta är inkompletta pga av varierande kontrast och andre artefakter; datamängderna är också enorma. Seung visade en video av en rekonstruktion som gjorts av ett 20x20x50µm³ stort (litet!) block. Det hade gjorts genom att man för hand gått igenom och markerat en del av volymens innehåll och låtit ett självlärande program gå igenom samma del och sedan komplettera det hela. Blocket som Seung visade innehåller ungefär 220 miljoner volymselement (voxlar) och platsar inte riktigt på en CD-skiva.

Hittills har man katalogiserat connectomet för en art, nematodmasken C. elegans. Den har 302 neuron och ca 7000 synapser, se WormAtlas. Arbetet gjordes för hand och tog runt 15 år. Nästa steg är fruktflugan Drosophila som har runt 10⁵ neuron och runt 10⁷ synapser. Blocket som Seung visade är ungefär en tusendel av fruktflugans hjärna. För det ultimata steget, den mänskliga hjärnan kommer man att behöva vänta på datorutvecklingen. Bara lagringsutrymmet som skulle behövas uppskattades till runt 5x10¹⁹ byte, eller några 1000 gånger mer än Googles lagringsutrymme.

Sådana här massiva datainsamlingsoperationer är egentligen ett av två vanliga sätt att göra vetenskap; antingen använder man de instrument man har eller kan utveckla till att plocka fram så mycket data som möjligt (ex HUGO), eller också så ställer man upp en hypotes som man sedan letar efter data som stöder eller falsifierar. De senare forskarna kan då god nytta av de stora databaserna.

Jag tycker det är spännade med de här stora projekten, som innebär att forskare från olika fält tvingas samarbeta, och som också är så avancerade att de tvingar fram en utveckling av ny teknik för att de skall kunna genomföras. Kanske är det här och inte i det direkta slutmålet som den stora vinsten kan ligga. Den ultimata spin-off-teknologin är ju www som kom till för att hantera de stora datamängder som man fick ut från CERN.

¹ K. L. Briggman, W. Denk, Curr. Opin. Neurobiol. 16, 562 (2006). Bilden därifrån.

Andra bloggar om: Vetenskap, neurologi.