• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Wirusy i genom człowieka - nowe perspektywy w starym związku

    03.03.2010. 17:12
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Podatność na infekcje wirusowe jest cechą indywidualną, bowiem niektóre osoby nie zarażają się pomimo kontaktu z wirusem nawet przez dłuższy czas. Pytanie, dlaczego tak jest? Włoscy naukowcy z Naukowego Instytutu ds. Badań, Hospitalizacji i Opieki Zdrowotnej (IRCCS), Uniwersytetu Mediolańskiego i Politechniki Mediolańskiej odkryli tajemnicę, a wyniki ich prac mogą przyczynić się do opracowania nowych metod zwalczania infekcji. Ich badania, które zostały w części sfinansowane ze środków unijnych, opisano w czasopiśmie Public Library of Science (PLoS) Genetics.

    Nie jest tajemnicą, że genetyka odgrywa kluczową rolę w podatności na infekcje wirusowe. Niemniej przypuszcza się, że zidentyfikowane do tej pory specyficzne warianty ochronne oddają zaledwie niewielką część całkowitej różnorodności genetycznej. Prawdopodobnie istnieją jeszcze inne warianty genetyczne. Zdeterminowani, aby dotrzeć do sedna problemu, naukowcy przeprowadzili analizę genomów 52 populacji z różnych części świata narażonych na oddziaływanie wielu różnych wirusów.

    Ich odkrycia stanowią dorobek finansowanych ze środków unijnych projektów EMPRO (Projekt europejskich środków bakteriobójczych), AVIP (Projekt zintegrowanej szczepionki przeciw AIDS) i NGIN (Immunogeny HIV-1 kolejnej generacji wzbudzające przeciwciała neutralizujące o szerokim spektrum reakcji). Projekty EMPRO i AVIP otrzymały odpowiednio 11,8 mln EUR i 10,3 mln EUR z tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR) UE. Projekt NGIN jest finansowany na kwotę 7,53 mln EUR z tematu "Zdrowie" Siódmego Programu Ramowego (7PR).

    Obok wojen i głodu wirusy od wieków mają swoje miejsce na liście głównych wyzwań stojących przed rozwojem i przetrwaniem ludzkości. Na dodatek wyniki badań pokazały, że kiedy wirusy zarażą kod chemiczny, który jest budulcem całego materiału genetycznego, to tkwią w nas, będąc nosicielami historii, która sięga daleko w przeszłość. Po zakończeniu mapowania genomu człowieka w 2003 r. naukowcy zostali postawieni przed zdumiewającym faktem: nasze organizmy są zaśmiecone kawałkami tak zwanych endogennych retrowirusów. Ale jaką rolę odegrało to wirusowe DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) w naszej ewolucji i jaki ma wpływ na naszą fizjologię?

    Aby odpowiedzieć na te pytania włoscy naukowcy poszukiwali w genomie człowieka dowodu na naturalną selekcję - ewolucję korzystnych mutacji genetycznych - w ciągu ostatnich 200.000 lat ewolucji człowieka. W ramach badań przyglądali się w szczególności mutacjom w chromosomach zwanym "polimorfizmem pojedynczego nukleotydu" lub "SNP".

    Z czasem chromosomy ulegają losowo rozpadowi i rekombinacji, tworząc nowe warianty. Jeżeli pojawi się korzystna mutacja, wówczas liczba kopii tego chromosomu szybko wzrośnie w populacji, ponieważ osoby z tą mutacją mają większe szanse na przetrwanie i reprodukcję. Naukowcy zadali pytanie, czy duża liczba wirusów w miejscach, gdzie klimat zapewnia sprzyjające warunki, takich jak ciepłe i wilgotne regiony Afryki, przekłada się na większą liczbę mutacji genetycznych?

    Po powiązaniu liczby różnych mutacji z wirusami naukowcy odkryli, że ponad 400 różnych mutacji w 139 genach poważnie wpływa na ryzyko zarażenia się wirusem. Zgodnie z oczekiwaniami wiele z tych genów podlegało selekcji i więcej mutacji genetycznych rozprzestrzeniło się pośród populacji, które są zakażane przez wiele różnych wirusów. Na podstawie tych odkryć wywnioskowano, że wiele z tych genów decyduje o naszej większej lub mniejszej podatności na wirusy.

    Mimo iż wyniki tych badań nie są rozstrzygające, naukowcom udało się rzucić światło na zagadnienie, nad którym wielu łamało sobie głowę od lat. Kolejnym zadaniem na liście zadań do wykonania w ciągu następnych kilku lat jest przeprowadzenie dalszych badań na większej grupie ludzi, które powinny przynieść bardziej rozstrzygające odpowiedzi. Zanim to nastąpi dr Manuela Sironi z IRCCS wraz z kolegami proponuje, aby to połączone podejście wykorzystać także do poszukiwania genów, które zwiększają lub zmniejszają ryzyko innych infekcji, np. bakteryjnych.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Retrowirusy endogenne – są to retrowirusy, które przed milionami lat zainfekowały pierwotne komórki rozrodcze człowieka i innych kręgowców. Dzięki odwrotnej transkryptazie, w postaci DNA włączyły się na stałe do materiału genetycznego organizmu zainfekowanego. Przez miliony lat na skutek licznych mutacji oraz kolejnych infekcji doszło do zwielokrotnienia genomu wirusów, przez co stanowi obecnie znaczną część genomu człowieka jak i innych kręgowców, lecz większość z nich jest uszkodzona i zupełnie nieaktywna. Mutacja założycielska – jest to specyficzny typ mutacji charakteryzującej się identyczną sekwencją odcinka DNA u wszystkich osób dotkniętych daną mutacją. Osoby obarczone konkretną mutacją założycielską posiadają wspólnego przodka, u którego wystąpiła ona po raz pierwszy. Na podstawie badania długości fragmentów DNA zawierających mutację, można w przybliżeniu określić czas jej powstania. Dane o rozprzestrzenieniu konkretnej mutacji umożliwiają zrekonstruowanie procesów migracji osobników konkretnej populacji. Hipermutacje to takie mutacje, których częstotliwość jest większa, niż innych mutacji w organizmie, przynajmniej o jeden rząd wielkości, a zwykle jeszcze częściej. Hipermutacje zachodzą w określonych miejscach genomu i przyczyniają się do drastycznego zwiększenia zmienności tych miejsc. Przykładem mogą być mutacje zachodzące w tzw. regionach hiperzmiennych genów kodujących przeciwciała, dzięki czemu dochodzi do zwiększenia wariantów przeciwciał u danego osobnika. Konsekwencją tego zjawiska jest możliwość bardziej swoistego dopasowania się przeciwciała do antygenu.

    HIV-2 – typ wirusa wolniej doprowadzający do AIDS niż HIV-1. Pochodzenie wirusa HIV nie zostało ostatecznie wyjaśnione, przypuszczalnie jest on wynikiem mutacji retrowirusów występujących u małp, od których zaraził się człowiek. Najczęstszymi nosicielami tego wirusa (HIV-2) są ludzie zamieszkujący Afrykę Zachodnią. Nad specyfikiem hamującym rozwój wirusa HIV cały czas pracują naukowcy, najnowsze źródła donoszą, że odkryto naturalny składnik ludzkiej krwi, który efektywnie blokuje HIV-1, wirusa będącego najczęstszą przyczyną AIDS. Replikator – w niektórych ujęciach teorii ewolucji to samopowielająca się struktura, dążąca do osiągnięcia jak największej liczby własnych kopii. Replikatorem może być np. ogień, który replikuje się poprzez przenoszenie się z obiektu na obiekt. Jednak istotnymi dla ewolucji replikatorami są te, które podlegają selekcji, a także mutacji i są dziedziczone przez kolejne pokolenia ich nośników. Struktury te muszą być też względnie trwałe, aby mogło występować duże prawdopodobieństwo ich dziedziczenia bez mutacji. W biologii replikatorami są geny. Natomiast w świecie kultury, analogicznie do genów, Richard Dawkins postuluje uznanie tzw. memów.

    Ewolucja molekularna – proces ewolucji dokonujący się na szczeblu DNA, RNA i białek. Niektórzy naukowcy, jak Motoo Kimura, sugerują, że główną przyczyną zmian ewolucyjnych na poziomie molekularnym są raczej losowe fiksacje selekcyjnie obojętnych lub niemal obojętnych mutacji, niż pozytywny dobór naturalny. Ta neutralistyczna teoria ewolucji molekularnej, jak nazwał ją Kimura, była niekiedy przeciwstawiana teorii doboru naturalnego Darwina, jednak sam Kimura twierdził, że nie stoją one w sprzeczności, lecz że teoria neutralistyczna kładzie większy nacisk na rolę mutacji i losowego dryfu genetycznego na poziomie molekularnym. Efekt wąskiego gardła (ang. bottleneck – szyjka butelki) – jeden z mechanizmów neutralnych ewolucji. U podłoża efektu wąskiego gardła leży kataklizm, katastrofa (np. choroba, susza, powódź itp.), szczególnie gdy wraz z uprzednim spadkiem entropii w populacji (np. poprzez hierarchizację, uniformizację, odróżnorodnienie, usamopodobnienie, kompresję), mechanizmem przeciwdziałającym jest wcześniejsza egalitaryzacja strukturalna wraz ze wzrostem entropii, różnorodności populacji. Liczebność populacji po katastrofie zmniejsza się, a zatem zmienia się pula genowa populacji (osobniki, które przetrwały kataklizm nie mają wszystkich genów tworzących pulę genową całej populacji, a na pewno nie w tych samych proporcjach). Wąskie gardło powoduje zmniejszenie różnorodności genetycznej oraz zmianę częstotliwości alleli; po wzroście liczebności populacji ze względu na nowe mutacje zwiększa się również jej różnorodność genetyczna. Efektowi temu ulega cała populacja w odróżnieniu od efektu założyciela.

    Wirus coxsackie jest wirusem litycznym z rodziny Picornaviridae, rodzaju Enterovirus (do tej grupy należą też wirusy polio i echowirusy). Poza polio, wśród enterowirusów istnieje jeszcze 61 wirusów, które wywołują choroby u ludzi. Należą do nich 24 wirusy coxsackie A i 6 coxsackie B. Enterowirusy są drugim rodzajem pod względem częstości wywoływania infekcji wirusowych u człowieka (na pierwszym miejscu są rinowirusy). Chromosom 2 – jeden z 23 parzystych ludzkich chromosomów. DNA tworzące chromosom 2 liczy ponad 237 milionów par zasad, co stanowi prawie 8% materiału genetycznego człowieka. Ilość genów mających swoje loci na chromosomie 2 szacuje się na 1 300-1 800. Uważa się, że w toku ewolucji dwa chromosomy uległy fuzji tworząc jeden chromosom, u człowieka oznaczany jako 2: dowodzą tego homologiczne geny u małp człekokształtnych rozmieszczone na dwóch różnych chromosomach, a także obecność rudymentalnych nieaktywnych centromerów i sekwencji telomerowych na ludzkim chromosomie 2.

    Geny kodujące białka mechanizmów naprawy DNA człowieka: DNA komórki jest stale narażone na czynniki uszkadzające. Sprawnie działające mechanizmy naprawy DNA funkcjonują w komórkach organizmów zarówno prokariotycznych jak i eukariotycznych. Badania genomu ludzkiego pozwoliły zidentyfikować szereg genów kodujących białka biorące udział w różnorodnych mechanizmach naprawy DNA. Poznano dotąd ponad 130 genów o takiej, udowodnionej lub prawdopodobnej, funkcji. Nowe geny naprawy DNA są ciągle odkrywane dzięki badaniom porównawczym sekwencji genów człowieka i homologów tych genów u organizmów modelowych, takich jak E. coli i S. cerevisiae. Badania te mają znaczenie dla medycyny, ponieważ do tej pory zidentyfikowano już kilkanaście chorób, w których patogenezie mają udział niesprawne mechanizmy naprawy DNA.

    Szczepionka prepandemiczna przeciw grypie – szczepionka nowej generacji przeciwko grypie ptasiej. Jest przeznaczona do podawania osobom dorosłym (18–60 lat) w celu ochrony przed grypą ptasią, którą wywołuje szczep wirusa grypy A oznaczony H5N1. Zawiera fragmenty inaktywowanego (zabitego) wirusa A(H5N1) oraz system adiuwantowy. Wirus ptasiej grypy H5N1 jest uważany przez WHO za odmianę wirusa, która może stać się przyczyną kolejnej pandemii, w przypadku, gdyby doszło do jego mutacji i przekształcenia w szczep zaraźliwy dla człowieka. W związku z tym szczepionka jest przeznaczona do ewentualnych szczepień masowych. Charakteryzuje się zdolnością wywoływania odporności krzyżowej oraz ochrony przed nowymi odmianami wirusa H5N1. Została dopuszczona do obrotu 26 września 2008 na terenie wszystkich krajów UE decyzją Komitetu ds. Produktów Leczniczych Stosowanych u Ludzi (CHMP) po zapoznaniu się z materiałami i wynikami badań przedstawionymi przez producenta, jednocześnie zobowiązując go do monitorowania działań niepożądanych tak długo, jak szczepionka będzie znajdowała się w obrocie. Na rynku farmaceutycznym występuje pod nazwą Prepandrix® i Pandemrix®. Producentem jest firma GSK Biologicals.

    Amniocyt – komórka płodu, obecna w płynie owodniowym. Amniocyty są pochodzenia nabłonkowego i dostają się do płynu owodniowego w wyniku złuszczania się niektórych tkanek płodu, m.in. skóry, początkowego i końcowego odcinka układu pokarmowego, układu oddechowego i moczowego. Komórki te obecne są w wodach płodowych od końca 1 trymestru ciąży. Amniocyty służą jako materiał do badań w cytogenetycznych testach prenatalnych. Po amniocentezie możliwa jest np. izolacja DNA, test FISH na niehodowanych komórkach czy też kilkunastodniowa hodowla in vitro tych komórek, a następnie np. ustalenie kariotypu płodu. Pozwala to w niektórych przypadkach uzyskać odpowiedź na temat ewentualnych wad genetycznych płodu, np. aneuploidii, bądź ewentualnie odziedziczonych nieprawidłowościach czy chorobach genetycznych, w przypadkach, gdy jedno lub oboje rodzice są nosicielami mutacji punktowej czy aberracji. Wąż morski to rzekomo istniejące zwierzę morskie przypominające lądowego węża, jeden z głównych obiektów zainteresowania kryptozoologii. Doniesienia o rzekomych obserwacjach węży morskich pochodzą z różnych stron świata i z różnych czasów (stworzenia te rzekomo były widywane przez setki lat). W swojej najnowszej pracy Bruce Champagne ocenia, iż ponad 1200 osób doniosło o swoich obserwacjach. Węże morskie miano widywać z pokładów statków, jak również z wybrzeży. Obserwować je miały zarówno pojedyncze osoby, jak i grupy, pośród których czasem byli także naukowcy. Pomimo wielu doniesień brak fizycznych dowodów na istnienie tych zwierząt. Ich występowanie nie zostało oficjalnie potwierdzone i traktowane jest przez oficjalną naukę jako jedna z morskich legend.

    Niedobór kofaktora molibdenowego (ang. molybdenum cofactor deficiency) – rzadka choroba genetyczna. Schorzenie polega na wrodzonym niedoborze białkowego kofaktora enzymów zawierającego kation molibdenowy, do którego dochodzi wskutek mutacji genów zaangażowanych w syntezę tego kofaktora. Pierwszy z tych genów, MOCS1 (OMIM 603707) jest przepisywany na dwucistronowy transkrypt z dwiema ramkami odczytu. Do przekształcenia tego transkryptu do białkowej podjednostki kofaktora molibdenowego dochodzi wskutek reakcji katalizowanej przez enzym syntazę molibdopterynową, której białko kodowane jest przez gen MOCS2 (OMIM 603708). Gen MOCS2 koduje obie podjednostki enzymu, i jest przepisywany na pojedynczy transkrypt z dwiema zachodzącymi na siebie ramkami odczytu. Trzecia grupa mutacji powodujących niedobór kofaktora molibdenowego dotyczy genu białka gefiryny (GEPH; OMIM 603930). Polimorfizm - w genetyce oznacza występowanie różnic w DNA populacji. Polimorfizmem nie określa się jednak zmian rzadkich. Kryterium zaliczenia do tej kategorii jest, aby dana zmiana była częstsza niż 1% (innymi słowy zbyt częsta, by można było mówić o mutacji).

    Mutacja cicha – mutacja sekwencji nukleotydowych, która nie ma wpływu na funkcjonowanie genomu. Są to mutacje w pozagenowym DNA, w niekodujących fragmentach genów i mutacje synonimiczne. Ok. 95,5% ludzkiego genomu może ulec mutacji bez znaczących zmian.

    Dodano: 03.03.2010. 17:12  


    Najnowsze