Naukowcy z Uniwersytetu w Aarhus przeprowadzili złożone analizy genetyczne setek świń i ludzi, aby zidentyfikować różnice i podobieństwa. Tę nową wiedzę można wykorzystać, aby zapewnić rolnikom zdrowsze świnie, a także pomóc przemysłowi farmaceutycznemu w hodowaniu lepszych świń laboratoryjnych do testowania nowych leków.

Może to zabrzmieć dziwnie, ale tak naprawdę możemy dowiedzieć się więcej o sobie, badając świnie. Świnie i ludzie są dość podobni. Nasze narządy, nasza skóra i sposób, w jaki rozwija się wiele chorób, są w dużej mierze takie same.

Dlatego też świnie od dawna wykorzystuje się do opracowywania i testowania nowych leków, mimo że są większe, droższe i trudniejsze w eksperymentach niż szczury i myszy.

A teraz świnie mogą stać się jeszcze bardziej wartościowe jako zwierzęta laboratoryjne, ponieważ badacze z Centrum Genetyki Ilościowej i Genomiki na Uniwersytecie w Aarhus zmapowali najważniejsze podobieństwa genetyczne między świniami i ludźmi. Ich badania zostały opublikowane w Genetyka natury.

Naukowcy nie tylko zidentyfikowali geny, które są takie same u ludzi i świń; zidentyfikowali także tzw. „transkryptom” w wielu typach tkanek. Podczas gdy genom obejmuje wszystkie geny znajdujące się w DNA naszych komórek, zarówno aktywne, jak i nieaktywne, transkryptom zawiera geny, które są aktywne w różnych typach komórek naszego organizmu, mówi Lingzhao Fang, jeden z wybitnych badaczy stojących za nowym Wyniki.

„Zbadaliśmy, które geny są aktywne i w jaki sposób są one regulowane w 34 różnych typach tkanek świń, i porównaliśmy to z podobnymi badaniami u ludzi. Przyjrzeliśmy się wszystkiemu, od tkanki jąder po komórki skóry i różne komórki mózgowe” – mówi. Kontynuuje: „Nikt nigdy nie przeprowadził badań na taką skalę i tak kompleksowych, mamy nadzieję, że nowa wiedza może coś zmienić w rolnictwie i przemyśle farmaceutycznym”.

Bardziej przydatna wiedza z RNA

Nieco ponad 20 lat temu grupie ponad 1000 badaczy udało się zmapować cały ludzki genom. Po zakończeniu projektu naukowcy mieli nadzieję, że uda im się teraz opracować metody leczenia niemal wszystkich chorób, ponieważ znali teraz kod i byli w stanie zidentyfikować błędy.

Ale nie tak potoczyła się ta historia.

Naukowcy wkrótce odkryli, że istnieje duża różnica między genami zawartymi w indywidualnej książce kucharskiej a przepisami faktycznie używanymi i tłumaczonymi przez różne typy komórek.

Nazywa się to również genotypem i fenotypem, przy czym fenotyp odnosi się do cech lub objawów, które można zaobserwować u danej osoby. Ze względu na większą rolę, jaką odgrywa transkryptom, dana osoba może mieć genetyczną predyspozycję do choroby, nie cierpiąc na nią.

Innymi słowy, dwie osoby, które na papierze mają tę samą mutację chorobową, niekoniecznie zachorują w tym samym stopniu. Dzięki większej wiedzy na temat roli transkryptomu w różnych chorobach możliwe jest opracowywanie lepszych i bardziej ukierunkowanych leków.

Jest to jeden z obszarów, w którym wyniki badania Lingzhao Fanga mogą być przydatne w odniesieniu do świń jako zwierząt laboratoryjnych.

„Świnie coraz lepiej nadają się na zwierzęta do testowania nowych leków. Ponieważ różne typy tkanek świń i ludzi są bardzo podobne, a nawet bardziej podobne, niż nam się wydawało, przemysł farmaceutyczny może testować bezpieczeństwo nowych leków u świń ze znacznie większą dokładnością ,” on mówi.

DNA, RNA i transkryptomy

W centrum każdej komórki ludzkiej i świńskiej, wewnątrz małego jądra, znajdują się długie, dwuniciowe cząsteczki DNA tworzące chromosomy. Nici składają się z niemal nieskończonych rzędów czterech małych cząsteczek, które nazywamy skrótami A, C, G i T.

Sekwencja czterech cząsteczek tworzy nasze geny. Gen to sekwencja czterech cząsteczek, która służy jako przepis na białko.

Jednakże sekwencja musi ulec translacji, zanim komórka będzie mogła wyprodukować jedno z wielu różnych białek, na które ma receptę w swoim DNA. Dzieje się tak, gdy dwie nici DNA rozwijają się w miejscu, w którym znajduje się przepis, a tak zwana nić RNA wiąże się z tym miejscem i kopiuje część kodu tworzącą gen. Mówiąc najprościej, RNA to jednoniciowy DNA.

RNA opuszcza jądro komórkowe i transportuje kod do fabryk białek komórki, rybosomów, gdzie kod jest następnie tłumaczony na białko.

Wszystkie komórki w naszym ciele mają to samo DNA, ale części kodu DNA podlegające translacji i aktywacji różnią się w zależności od komórki. Na przykład komórki wątroby mają inne aktywne geny niż komórki skóry. Nie wszystkie sekwencje RNA transportują kod do fabryk białek. Zamiast tego niektóre fragmenty przyłączają się do innych sekwencji RNA, aby zapobiec ich translacji na białka lub zapewnić organizmowi produkcję jeszcze większej ilości danego białka.

Sekwencje RNA aktywne w określonym typie komórki nazywane są transkryptomem. Właśnie to badali naukowcy w ramach tego projektu badawczego.

Może również pomóc rolnictwu stać się bardziej ekologicznym

Przemysł farmaceutyczny nie jest jedyną branżą, która potencjalnie może skorzystać z nowych wyników. Według Lingzhao Fanga wyniki mogą również wykorzystać wyniki badań w rolnictwie w hodowli świń o zmniejszonym wpływie na klimat.

„Nigdy wcześniej nie przeprowadzono tak wszechstronnego mapowania genów aktywnych w różnych typach tkanek. Nasze wyniki umożliwiają dokładniejsze określenie mechanizmów genetycznych, które prowadzą do różnych pożądanych cech u świń” – mówi i kontynuuje: „Na przykład , czyli cechy, które czynią je bardziej przyjaznymi dla klimatu”.

„Nasze mapowanie umożliwia także naukowcom znacznie dokładniejszą edycję genów świń i w ten sposób opracowanie w przyszłości zupełnie nowych właściwości. Ponieważ wiemy teraz więcej o szerokim zakresie cech świń, inni badacze mogą łatwiej je wykorzystać techniki edycji genów, takie jak CRISPR, w celu zmiany genów lub wstawienia nowych sekwencji o bardziej ekologicznych właściwościach”.

Mapowanie innych zwierząt

Świnie nie są w rzeczywistości pierwszym zwierzęciem, którego transkryptom Lingzhao Fang i jego współpracownicy zmapowali. Zaczęli od krów kilka lat temu, a w nadchodzących latach planują sporządzić mapę wielu innych zwierząt.

„Przygotowaliśmy już badanie na temat kurczaków. Obecnie jest ono recenzowane, ale mamy nadzieję, że opublikuje je na początku przyszłego roku” – mówi.

Oprócz kurczaków, świń i krów zespół badawczy bada kozy, owce, konie i kaczki, stosując tę ​​samą metodę. Wyjaśnia, że ​​ostatecznym celem jest nie tylko uczynienie rolnictwa bardziej ekologicznym, ale także lepsze zrozumienie podstawowej biologii zwierząt i człowieka.

„Po ukończeniu projektu zyskamy większą podstawową wiedzę na temat biologii i ewolucji wielu zwierząt. Wiedza ta może być przydatna w innych obszarach” – mówi i kontynuuje:

„Na przykład mamy problemy z przenoszeniem chorób między ludźmi a zwierzętami hodowlanymi. Nasze mapowanie może dostarczyć nam wiedzy niezbędnej do ograniczenia epidemii i zapobiegania im w przyszłości”.

Jednym z powodów, dla których Lingzhao Fang bada zwierzęta hodowlane, a nie dzikie, jest łatwy dostęp do próbek tkanek i dużych ilości danych. Zdobytą wiedzę można jednak wykorzystać także w odniesieniu do zwierząt dzikich, a nawet wymarłych.

„Zdobędziemy podstawową wiedzę na temat biologii kilku różnych zwierząt, a wszystkie one mają dzikich kuzynów, którzy zasadniczo funkcjonują w ten sam sposób” – podsumowuje.