Chips til husdyr - om brug af DNA chips indenfor embryoteknologien

Kloning og kunstig befrugtning er teknikker som indebærer, at et embryo opbevares i et kunstigt miljø i den allertidligste fase af livet. Men hvilken betydning har det for det lille embryo?

 

Det vil en gruppe forskere ved Det Biovidenskabelige Fakultet for Fødevarer, Veterinærmedicin og Naturressourcer undersøge ved hjælp af en af de nyeste bioteknologiske landvindinger: DNA chips.

 

Denne artikel beskriver arbejdet med udviklingen af DNA chips og nogle af perspektiverne i brugen af dem inden for reproduktionsbiologien.

 
Det er resultaterne fra de senere års store genom-projekter, som har muliggjort DNA chip-teknologien.

 

Menneskets og musens genom er blevet kortlagt og grisens er på vej.

 

 

Når man har et overblik over hvilke gener, de enkelte arter besidder, kan man begynde at lave genekspressionsstudier.

 

Det vil sige undersøgelser af hvilke gener, der bliver udtrykt i kroppens forskellige væv, og i hvor høj grad.

 

DNA chips bliver allerede brugt til genekspressionsstudier hos mennesker. Et eksempel er brystkræft.

 

Med en særlig DNA chip som indeholder alle de gener som udtrykkes i brystvævet, kan man skelne mellem forskellige typer af brystkræft og dermed sikre en bedre behandling.

 

Blikket vendt mod grisen
Lektor Preben Dybdahl Thomsen fra Institut for Anatomi og Fysiologi er en af de forskere, der er involveret i projektet med udviklingen af DNA chips til brug på husdyrembryoner.

 

Projektet bygger på en lang tradition af embryoteknologisk forskning på Det Biovidenskabelige Fakultet og Forskningscenter Foulum; et samarbejde som ved denne lejlighed er udvidet til at omfatte nanoteknikere fra DTU og svinegenomforskere ved Det Biovidenskabelige Fakultet og Forskningscenter Foulum.

 

Læger og humanbiologer følger interesserede med på sidelinien, for da forskningen i menneske-embryoner af etiske grunde er meget begrænset, må de lære af erfaringerne fra de forskere, der arbejder med husdyr.

De helt tidlige embryonale stadier af grise- og kvægembryoner, som forskerne er interesserede i, består af ganske få celler. Og det giver nogle problemer, fordi der skal mindst 1000 celler til, før man kan bruge DNA chips til genekspressionsstudier.

 

Projektet går altså i høj grad ud på at udvikle metoder, så man kan bruge DNA chips til at undersøge embryoner, som kun består af 4-10 celler.

 

Derfor bruges der i projektet også andre og mere følsomme metoder til at kontrollere de resultater, som de får med DNA chips.

 

DNA ej til salg
En anden stor udfordring er, at man ikke kan købe DNA chips til husdyr endnu, og det skyldes simpelthen, at man ikke kender husdyrenes gener.

 

De ligner godt nok menneskets gener meget, men genomerne er alligevel så forskellige, at for eksempel DNA chips fra mennesker ikke kan anvendes til genekspressionsstudier hos husdyr.

 

I første omgang har forskerne på Det Biovidenskabelige Fakultet vendt blikket mod grisen, og i USA og Canada er man i gang med projekter, der sigter mod at isolere og undersøge generne hos kvæg.

 

I disse genom-projekter dannes så den ressource, som forskerne, der skal bruge DNA chips, er interesserede i.

 

Man tager et stykke messenger RNA.....
Selve DNA chippen kan være ganske lille, ofte på størrelse med et frimærke, og produceres ved hjælp af nanoteknologi.

 

Den er inddelt i tusinder af små felter, som hver indeholder et antal kopier af et enkelt gen.

 

Hvis det for eksempel er en lever-chip, indeholder den alle de gener, som udtrykkes i leveren.

 
Når forskerne skal lave en lever-chip, skal de altså først finde ud af hvilke gener i den samlede arvemasse, der bruges i leveren.

 

Det gør de ved at tage vævsprøver fra en lever og isolere messenger RNA (mRNA), som kun dannes når generne udtrykkes.

 

Selvom alle kroppens celler, og dermed også levercellerne, indeholder alle gener, vil levercellerne kun udtrykke de gener, som er nødvendige for leverens funktioner. Derfor vil al det isolerede mRNA være kopier af lever-gener.

 

Efter at have isoleret mRNA udfører man en revers transkription – det vil sige at man ved hjælp af et særligt enzym katalyserer dannelsen af en kopi af den DNA streng som mRNA molekylet var et resultat af. Derefter kan DNA molekylet sekventeres, og den genetiske kode (rækkefølgen af de enkelte aminosyrer i det resulterende protein) knækkes.

I forbindelse med svinegenomprojektet har forskerne taget prøver fra 100 forskellige typer væv; nyrer, hjerne, lever og så videre. Genernes funktion, og deres navne, har de fundet ved at sammenligne med menneskets genom.

Det lyder simpelt, men der er specielt én stor faldgrube i denne metode: alderslinien! Når man bruger metoden med at isolere mRNA finder man kun de gener, som er udtrykt lige præcis på det tidspunkt man tager sin vævsprøve:

"Der er gener, som kun kommer til udtryk i et bestemt tidspunkt af fosterudviklingen, og som derefter aldrig kommer til udtryk igen. Og der vil være gener, som er nødvendige i slutningen af alderslinien. Så hvis vi kun tager prøver fra grise, som er 6-8 uger gamle, er der en masse gener man går glip af" fortæller Preben Dybdahl Thomsen.

 

Forskerne tager altså stikprøver fra forskellige livsfaser, men de skyder ikke helt i blinde:

"Vi har forsøgt at lave et professionelt gæt på, hvornår vi skal tage vores prøver, ud fra den viden der er om embryologi og differentiering – hvor er det man kan forvente, at der kommer et skifte i profilen af genekspression. Vi har valgt nogle forskellige tidspunkter i fosterudviklingen, som vi synes er strategiske, men om vi gætter rigtigt, det kan vi ikke vide" fortæller Preben Dybdahl Thomsen.

 

Fluorescerende chips
Der er stadig et stort arbejde forude før DNA chips er klar til brug til husdyr. Men det kan forskerne ikke vente på, så de er gået i gang med at bruge DNA chips fra mus til indledende studier på museembryoner. Men hvordan bruger man dem så? Preben Dybdahl Thomsen fortæller:

"Når man skal bruge DNA chippen, isolerer man mRNA fra det væv, som man er interesseret i at undersøge. I vores tilfælde er det mRNA fra embryoner, vi isolerer."

 

"Vi vil gerne finde ud af, hvad det er for nogle gener, og i hvilket indbyrdes forhold de er repræsenteret i det mRNA, vi kan oprense."

 

"Derfor omskriver vi alt mRNA til DNA (cDNA), som er mere stabilt og dermed nemmere at arbejde med, og til sidst mærker vi så alle de forskellige gener i dette cDNA med fluorescerende farvestoffer eller et radioaktivt stof."

 

"Så er man klar til at hybridisere (danne et dobbeltstrenget RNA molekyle ud fra to enkeltstrengede molekyler, red.) det på chippen. I det øjeblik man hybridiserer det på chippen, vil cDNA molekylerne finde det sted på chippen, hvor den tilsvarende sekvens er."

 

"Da mange af molekylerne repræsenterer forskellige gener, vil de binde sig til forskellige pletter på chippen. Fluorescensen i den enkelte prik bliver dermed udtryk for mængden af det enkelte gen."

 

Hvad er der galt med de klonede embryoner?
"Når vi kommer så langt, at vi ved hvilke gener det normale embryo udtrykker, så vil vi gerne se hvilke afvigelser man finder hos for eksempel klonede embryoner. Hvilke gener er årsagen til, at de ser anderledes ud, gror langsommere og overlever dårligere end de naturligt dannede?" spørger Preben Dybdahl Thomsen retorisk og fortsætter:

"Mange af de klonede embryoner går tabt undervejs – det er kun nogle få procent af dem, som bliver født overhovedet."

 

"Man kan godt sætte fingre på nogle bestemte tidspunkter i fosterudviklingen, hvor det går galt, og man kan også godt, udfra de afvigelser man kan se på fostret, få nogle ideer om hvad der sker. Men det er stadigvæk meget "tåget"."

 

"Det vil DNA chip-undersøgelser kunne give et meget udførligt billede af, så man kan komme videre med at studere de gener, hvor man kan se, at der er en forskel, og derefter opklare mekanismen."

Omprogrammering af cellen

Det handler egentlig ikke så meget om at optimere selve kloningsprocessen som at forstå den basale biologi i det at tage en cellekerne og omprogrammere den til at danne et nyt individ.

 
Ved kloning isolerer man en vævscellekerne og putter den ind i plasmaet fra en ægcelle.

 

Stoffer i ægcelleplasmaet vil automatisk få den ny kerne til at begynde at opføre sig som en kerne i et embryo, men hvordan sker denne omprogrammering egentlig?

 

Det er forskerne selvfølgelig meget interesserede i at forstå.

"Det hele skal simpelthen gå baglæns. Hvad er det i ægcellens cytoplasma, som er i stand til at fjerne de prægninger, som sker senere i fosterudviklingen?" spørger Preben Dybdahl Thomsen. 

 

"Ved de klonede individer som går tabt er det disse kritiske processer, som ikke bliver omprogrammeret rigtigt, og det mangler man en viden om," fortæller han. 

 

"Man kunne sagtens forestille sig, at en detaljeret viden om hvilke gener, der var afvigende i klonede fostre, kunne bibringe en bedre forståelse for, hvad der er galt i omprogrammeringen. Det ser ud som om, at der er nogle gener som er ganske nemme at omprogrammere, mens der så er andre der ikke reagerer så godt" forklarer Thomsen.

Som allerede nævnt er både læger og humanbiologer meget interesserede i forskningen i husdyrembryoner.

 

Usikkerhed om senvirkninger

For ganske nylig har der været fokus på kunstig befrugtning.

 

Den ældste person som er undfanget ved kunstig befrugtning er i dag i midten af tyverne, og man ved derfor ikke noget om senvirkningerne ved kunstig befrugtning.

 

En netop publiceret doktorafhandling (af Dorte Viuff, en samarbejdspartner til Preben Dybdahl Thomsen) har imidlertid vist, at kunstigt befrugtede køer har en øget kromosomvariation.

 

Den embryoteknologiske forskning ved Det Biovidenskabelige Fakultet har derfor bred relevans:

 
"Vi håber, at de gener som vi finder frem til, og som ser ud til at være kritiske indenfor husdyr, kunne være relevante at kigge på indenfor mennesker. På den måde kan vi give læger og humanbiologer nogle ideer til, hvad det er for nogle gener, de skal holde øje med, for at sikre sig at de ligger så tæt på den naturlige kvalitet som muligt" slutter Preben Dybdahl Thomsen.

 

 

BioInfo Nyt november 2002, skrevet af Lene Düwel

 

Litteraturforslag

 

Artikler om DNA chips:

• Boysen, C.: Generne og deres funktion – grundlaget for fremtidens medicin. Aktuel Naturvidenskab, 1999, nr. 2, side 18-21.  
• Bro, C. m.fl.: DNA-chips i bioteknologi og medicin. Dansk Kemi, 2000, bind 81, nr. 12, side 26-28. 
• Dahlgaard, J. m.fl.: DNA-chips revolutionerer lægevidenskaben. Aktuel Naturvidenskab, 2002, nr. 1, side 19-21. 
• Matthiessen, M.W. & F.C. Nielsen: DNA på en chip. Mødet mellem computerteknologi og biologi. Ugeskrift for Læger, 1998, årg. 160, nr. 12, side 1773-1776.  
• Palmgren, G.: DNA-chip bliver lægernes krystalkugle. Illustreret Videnskab, 2002, nr. 8, side 60-65.  
• Telleman, P.: DNA chips. Dansk Kemi, 2000, bind 81, nr. 12, side 22-25.  

 

Andre relevante artikler:

• BioInfo Nyt om kortlægningen af grisens genom: AGATCATGris, december 2000.  
• Maddox-Hyttel, P.: Kloning af dyr fra kropsceller – molekylære forhindringer og perspektiver. Biofag, 2002, årg. 24, nr. 5, side 33-43.

Tilbage til toppen