Da menneskets genom ble kartlagt for tjue ?r siden, brukte flere tusen ansatte tretten ?r p? ? f? det til. N? er genteknologien blitt s? overveld-ende bra at jobben kan gj?res av et par personer i l?pet av noen uker. Det gir uante muligheter. Forskere fra hele verden har n?, gjennom Earth Biogenome Project, startet det formidable arbeidet med ? genomsekvensere alle de halvannen million eukaryote artene p? jordkloden. Dette er encellete og flercellete organismer som inneholder celle-kjerner. Her snakker vi om alt fra plankton og alger til fugler og mennesker.
Norske forskere tar seg av landets arter. 45 000 til sammen. De som skal gjennomf?re kartleggingen, er en broket forsamling av taksonomer, ?kologer, evolusjonsbiologer, genomforskere, molekyl?r-biologer, informatikere, statistikere og matematikere fra b?de norske universiteter og private organisasjoner.
– Den nye kunnskapen er blant annet viktig for ? kunne bevare arter, poengterer professor Kjetill S. Jakobsen, lederen av forskningssenteret Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis.
I 2009 grunnla han, sammen med professor Dag Undlien, Norsk Sekvenseringssenter ved Universitetet i Oslo og Oslo universitetssykehus.
Ved ? genomsekvensere alle artene p? Jorda f?r forskerne muligheten til ? unders?ke alt fra hvordan det st?r til p? det molekyl?rbiologiske niv?et og til ? forst? den evolusjon?re historien. Arbeidet deres vil dessuten kunne f?re til en helt ny forst?else innenfor s? ulike omr?der som syntetisk biologi, akvakultur, fiskeri, landbruk og naturforvaltning.
I gang med fuglegenomer
Forskerne ved UiO har allerede startet arbeidet med ? sekvensere norske fugler. Blant dem er lundefuglen med det karakteristiske papeg?yenebbet, den ikoniske ?rfuglen, kjent fra duntradisjonen p? ?ya Vega i Nordland, den i?ynefallende bl?strupen, popul?rt kalt for fjellets nattergal, og fossekallen, som ble k?ret til Norges nasjonalfugl i 1963.
– Vi bruker genomene til ? studere ulike populasjoner genetisk og hvordan ?kologi og milj? p?virker tilpasning og evolusjonen til artene.
Ta den norske fossekallen som eksempel. Den er forskjellig fra den skotske. Ved ? studere genomet til begge undergruppene f?r forskerne et innblikk i genflyten og hvordan fuglene har forflyttet seg geografisk.
– Vi kan da se hvilke gener som er viktige for tilpasningen til et gitt ?kosystem, forteller Jakobsen.
– Hvis noe endrer seg innad i en art, kan vi bruke referansegenomet for ? se om det er visse mutasjoner som fungerer bedre n?r klimaet og milj?et rundt oss endrer seg, supplerer stipendiat Benedicte Garmann-Aarhus ved Naturhistorisk museum.
Fire ulike byggeklosser
For ? skj?nne hva forskerne gj?r, er vi n?dt til ? ta et lite dypdykk.
– For folk flest er genomet en stor, svart boks. Et referansegenom er en modell for hvordan genomet til en bestemt art ser ut. Her snakker vi ogs? om den delen av genomet som ikke best?r av gener. Vi bruker referansegenomet til ? sammenligne genomer fra samme art eller mellom arter, forklar-er Kjetill S. Jakobsen.
La oss ta menneskets genom som et eksempel.
Arvematerialet v?rt best?r av en lang rekke p? mer enn tre milliarder av de fire byggeklossene Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) og Cytosin (C). Bare noen f? prosent av arvematerialet best?r av gener. Vi mennesker har om lag 20 000 gener. Genene er oppskriften p? hva som skal skje i cellene v?re. Genene v?re er dessuten gruppert i kromosomer. Vi mennesker har 23 par kromosomer. Halvparten er arvet fra mor og halvparten fra far.
Genomet hos fugler, akkurat som hos oss og andre dyr, er bygd opp med de samme fire byggeklossene, men i en annen rekkef?lge. Den st?rste forskjellen er antall kromosomer. Antallet varierer mye mellom ulike fugler. To kromosomer hos en fugleart kan v?re sl?tt sammen til et monster-kromosom hos en n?rliggende art.
Men noe som er vel s? viktig: Fuglegenomer inneholder ogs? en del mikrokromosomer. Dette er spesielt for fugler. Vi mennesker har ikke slikt.
– N?r vi kartlegger genomet og finner sm? DNA-sekvenser som vi ikke klarer ? plassere i puslespillet, kan det tenkes at det enten er noe vi ikke har forst?tt eller at sekvensene kan v?re sm? mikrokromosomer. Det er ikke sikkert at disse mikrokromosomene er nedarvet p? den samme m?ten som hoved-kromosomene, der det ene er kommet fra far og det andre fra mor. Vi vet ikke nok. Vi undrer oss over dette og h?per forskningen v?r kan gi et svar.
Omstendelig puslespill
Selv om det i dag er mulig ? kartlegge et genom i l?pet av et par uker, er oppgaven krevende. Det er ikke mulig ? lese hele den 3,3 milliarder lange DNA-strengen i en jafs. L?sningen er ? kopiere opp DNA-strengen og kutte den opp i sm? biter.
Her er det snakk om millioner p? millioner med sm?biter. De overlapper hverandre. Jo mer overlapp, desto lettere er det ? finne ut av hvilke biter som passer sammen.
For noen ?r siden bestod sm?bitene bare av noen hundre byggeklosser (A, T, G og C). Med dagens moderne teknologi klarer de ? lage biter som er 15 til 20 tusen byggeklosser lange. Det er likevel mindre enn en hundretusendedel av hele genomet,
Det er sv?rt vanskelig ? plassere alle bitene i rett rekkef?lge.
– Akkurat som i et puslespill m? vi finne ut av hvilke biter som h?rer sammen.
Uheldigvis er det ikke mulig ? gj?re dette hundre prosent riktig.
– Vitenskapen er aldri eksakt. Resultatet v?rt er en modell som beskriver virkeligheten, men en modell kan alltid inneholde feil. Dette er et m?ysommelig, manuelt arbeid. Det er alltid noen biter som vi ikke klarer ? plassere, poengterer Benedicte Garmann-Aarhus.
Hun bruker bioinformatiske metoder for ? gj?re mesteparten av jobben. Beregningene er mildt sagt omfattende. Her m? hun ty til de nasjonale tungregnemaskinene, som er flere tusen ganger raskere enn en vanlig PC. Likevel er det ikke nok. For ? komme i m?l m? Garmann-Aarhus finpusse resultatet og plassere de siste bitene manuelt.
– Foruten kartleggingen av hele genomet beregner de ogs? hvordan genomet er kveilet sammen. Da f?r forskerne kartlagt de omr?dene av genomet som fysisk er i n?rheten av hverandre, selv om omr?dene er langt unna hverandre i sekvensen.
Store anvendelser
Resultatene deres blir liggende ?pent tilgjengelig for alle. Anvendelsene er mange.
– Tar vi den dagsaktuelle virussykdommen fugle-influensa, vil vi kunne vite mer om den n?r vi har klart ? sekvensere infiserte og resistente fugler. Men det er fortsatt mange ting om fugler som vi ikke har oppdaget. Vi er interessert i at forskere og ornitologer kommer til oss med problemstillinger om fuglearter som de ?nsker ? l?se, forteller Kjetill S. Jakobsen.
Prisen for ? sekvensere alle jordas eukaryote arter er ansl?tt til 4,7 milliarder dollar. Jakobsen mener dette er vel anvendte penger.
– Avkastningen kan v?re 100 til 1000 ganger den ?konomiske innsatsen. Vi har ikke r?d til ? la v?re. Dette handler b?de om samfunnsnytte og velferd, vern av biologisk mangfold og forst?elsen av ?kosystemer og samspillet mellom dem.
P? sikt ?nsker han ikke bare ? registrere referansegenomet til ett individ innen hver art, men ogs? flere individer, slik at det kan bli mulig ? studere populasjoner.
– Da kan vi finne den genetiske bredden. Dette er viktig for ? vite hvilke prosesser som foreg?r og hvor livskraftig en populasjon er. Med den nye kunnskapen vil det bli mulig ? sette i gang tiltak for ? redde truete arter og populasjoner.