Page 1

STEFAN A ESCHER

Genetik

Genetik

Genetiken ägnar sig åt fundamentala problem inom biologin, som biologisk variation, arvsanlagens uppkomst och förändring och arvsmassans sammansättning och funktion. Dess tillämpningar kan spåras inom vitt skilda områden inom teknik och samhällsliv och den växande genetiska kunskapen ger upphov till frågeställningar som sträcker sig långt utanför forskningens domäner. Genetikens grunder är därför inte bara av intresse för biologer utan en angelägenhet för alla.

STEFAN A ESCHER ANSSI SAURA

Författarna är verksamma vid Umeå universitet, där Anssi Saura är professor emeritus i genetik och Stefan A Escher lektor i genetik.

ANSSI SAURA

GENETIK är det första svenska standardverket i ämnet på trettio år. Boken ger en grundlig genomgång av alla genetikens basfakta och begrepp, från den genetiska koden via Mendels lagar till de principer som styr livets utveckling. Perspektivet är allmänbiologiskt och ger den molekylära bakgrunden till komplexa skeenden i individer, populationer och arter, men förklarar också omvänt hur evolutionära processer får konsekvenser på DNA-nivå. Boken avslutas med några kapitel som behandlar mekanismerna bakom genetiska sjukdomar, cancer och immungenetik samt en översikt över de vanligaste gentekniska metoderna. De många illustrationerna och exemplen konkretiserar resonemangen på ett pedagogiskt sätt. Boken vänder sig till studenter som läser grundkurser i genetik, men kan även med fördel läsas av dem som bara råkar vara intresserade av ämnet eftersom den är lättläst och inte kräver förkunskaper i andra ämnen.

Best.nr 47-09345-8 Tryck.nr 47-09345-8

4709345ot.indd 1

09-09-02 13.48.17


isbn ---- ©  Författarna och Liber AB redaktör Anna Rohde förläggare Peter Rajan illustrationer Roine Adam El-Habta grafisk formgivning Nette Lövgren omslagsfoton Rickard Kilström Första upplagan  Tryckt på miljövänligt papper. Repro: Repro  AB, Stockholm Tryck: Kina 

kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt bonus-avtal, är förbjuden. bonus-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner/universitet. Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare. Liber AB,   Stockholm tfn -   www.liber.se kundservice tfn -  , fax -   e-post: kundservice.liber@liber.se

92705_Genetik_ORIG.indd 2

09-09-03 08.30.32


Innehåll Förord 1

Telofas I Meios II

44 44

14

Spermatogenes och oogenes

45

Lysenko

14

Skillnader i livscykler

47

Eugenik

16

Rashygien i Sverige

17

Den centrala dogmen

48

Tobaksindustrin och genetisk forskning

18

Kopiering av DNA – replikation

49

Genetiken och samhället

Patent på gener

2

8

20

Cell- och livscykler

22

Cellens byggnad

22

Nukleotider DNA-struktur RNA-struktur Aminosyror Proteinstrukturer Kromosomers uppbyggnad

Människans kromosomer Virus- och bakteriekromosomer Mitokondrie- och kloroplastkromosomer Plasmider – extrakromosomalt DNA hos bakterier Viroider

40

40 40 40 40 42

Livscykler

42

Meios

43

92705_Genetik_ORIG.indd 3

43 44 44

64

Ribosomer rRNA tRNA Translationen kan delas upp i tre steg Translationen är mer komplex hos eukaryoter

35 36

Mitos

57 59 62

Översättning av den genetiska koden – translation

34

38

57

Prokaryot transkription Eukaryot transkription Omvänd transkription

32 34

Cellcykeln

55 57

Transkription

32

Posttranslationell modifiering

64 66 66 67 68 69

Prioner

4

50 50 50 52 52 55

Den genetiska koden Wobbling

24 26 27 28 29

36

Profas I Metafas I Anafas I

Vägen från DNA till protein

24

Kromosomers struktur och packning

Profas Metafas Anafas Telofas Hur länge befinner sig cellerna i de olika faserna?

5′→3′-riktning Replikationsgaffel Vad händer under DNA-replikationen? Korrekturläsning och felkorrigering Skillnader mellan pro- och eukaryoter

19

Genmodifierade växter

Cellens makromolekyler

3

70

Eukaryot genreglering

72

Reglering genom antalet gener

73

Flera kopior av gener Celler med ökat antal kopior av gener Reglering genom förändring av kromosomens struktur

73 73 76

Eukromatin och heterokromatin X-kromosominaktivering hos däggdjurshonor Vad händer när man flyttar en gen från eukromatin till heterokromatin?

76 76 78

09-09-03 08.30.32


Omstrukturering av kromatin Modifiering av histoner Metylering av DNA-sekvensen Epigenetik

Genomisk prägling Transkriptionsreglering

Promotor Enhancer Transkriptionsfaktorer Hormonstyrd transkriptionsreglering

92 93 94 95

Mendelsk genetik

97

Mendel finner de genetiska lagarna

98

Mendels experiment

98

99 100 101 102

Återupptäckten 1900

104

Utvidgning av mendelsk genetik

106

Ofullständig dominans (intermediär nedärvning) Kodominans Dominanshierarki Två gener kan inverka på varandras uttryck Pälsfärg hos husdjur Könsbundna gener Könspåverkat arv Penetrans och expressivitet

106 107 107 108 111 112 113 113

Mendel och verkligheten

115

Släktträd – pedigreer

115

Sannolikhet och statistik

117

Fler oberoende händelser kan lösas med binomial expansion Test av genetiska data – chitvå-test (χ2-test)

122

Rekombination

133

Trepunktstest

85 86 87 90 92

127

Kromosomkartor

85

Posttranskriptionell reglering

Genkartering Genkonvertering

83

91

Monohybrid korsning – när man tittar på en egenskap Korsningsschema Testkorsning Dihybrid korsning – när man tittar på två egenskaper

6

82

Isolering på gennivå

mRNA-stabilitet Alternativ splitsning RNA-redigering RNA-silencing

5

79 81 82

134

135

Problem

138

Haplotyper

139

Genkartering hos människor

141

Genkarteringsstrategier

7

133

141

Mutationer

143

Genommutationer (numeriska kromosomförändringar)

145

Euploidi Polyploidisering – en viktig evolutionär kraft Aneuploidi Kromosommutationer (strukturella kromosomförändringar)

146 148 149 153

Deletioner Duplikationer Inversioner Translokationer Kromosomförändringar orsakar missfall hos människa

153 154 156 157

Genmutationer (punktmutationer)

159

Konsekvenser för organismen Mutationer kan användas för att definiera en gen Spontana mutationer

Mutationsfrekvenser Mekanismer bakom spontana mutationer Inducerade mutationer

Mutagener Ames test DNA-reparationssystem

DNA-skador som uppkommer vid replikation Övriga DNA-skador Reparation av dubbelsträngsbrott hos eukaryoter Allmänna funderingar

159 161 162 162

162 163 164

164 166 168

168 168 171 173

123

4

92705_Genetik_ORIG.indd 4

09-09-03 08.30.32


8

Könsbestämningsmekanismer

174

Kromosomal könsbestämning

174

Människa ZW-kromosomer Bananflugans könsbestämning Andra insekter C. elegans Doskompensation – reglering av könskromosomernas uttryck Mus med två mödrar Växter Andra sätt att bestämma könet

180

182

Utveckling från embryo till vuxen individ

184

Embryots utveckling hos bananflugan

185

Moderns gener bestämmer embryots symmetri AP-axeln DV-axeln Embryot får segment Gap-gener Pair-rule-gener Segmentpolaritetsgener Segmenten får identitet

188 189 191 193 194 195 195 196

Primordiespecifika gener Primordiespecifika verktyg Cis-element i evolutionen Mer om ryggradsdjur

Hur kommer extremiteter till?

198

201 201 202 202

203

Växter

203

10 Genomet

205

Genomstorlekar och antal gener

Prokaryota genom Eukaryota genom Gentäthet Vad finns i ett genom?

Unika DNA-sekvenser Måttligt upprepade DNA-sekvenser Mycket upprepade DNA-sekvenser

92705_Genetik_ORIG.indd 5

230

Modellorganismerna

232

Bagerijäst Caenorhabditis elegans Bananfluga Backtrav Sebrafisk Blåsfisk Mus Hund

232 232 233 233 233 233 234 234

181

Utvecklingsgenetik

Verktygslådan

230

Organellgenomens uppbyggnad

11 9

228

Organellernas genom

178 179 179 180

228

Schimpans kontra människa

174 177 177 177 178

Autosomal könsbestämning

Behövs män?

Människans genom

206

207 208 209 210

210 210 223

Populationsgenetik

235

Population

236

Vad har en population som en individ inte har?

236

Genpool

236

Genetisk variation och evolution

237

Genotyp- och allelfrekvenser

237

Hur mycket genetisk variation?

239

Oberoende partnerval

240

Hardy-Weinbergs lag

240

Hur man tillämpar HardyWeinbergs lag Tre eller fler alleler Hur testar man om populationen är i jämvikt enligt Hardy-Weinbergs lag? Processer som förändrar allel- och genotypfrekvenser

Mutationer Drift Inavel Wahlunds effekt Migration Naturligt urval eller selektion

Selektion mot dominanta alleler Genetisk börda (genetic load) Mutationsbörda Överdominans eller heterozygoter gynnas Heterosis Selektion mot heterozygoter eller underdominans Andra kategorier av selektion

242 243 245 246

246 246 250 252 252 252

254 257 257 257 259 260 261

09-09-03 08.30.32


Livet under naturligt urval

Miljönedsmutsning Sjukdomar Farmakogenetik Antibiotikaresistens Laktosintolerans

262

262 264 265 266 267

Övningsuppgifter

268

12 Kvantitativ genetik

270

Grundläggande begrepp

Heritabilitet Artificiell selektion Alla polygena egenskaper visar inte kontinuerlig variation Heritabilitet för mänskliga egenskaper Konkordans QTLs (quantitative trait loci) Kvantitativt arv hos människan

Multifaktoriella egenskaper

13 Molekylär evolution

273

274 277 279 280 280 281 282

282

288

Jämförelser av aminosyrasekvenser

288

Jämförelser av DNA-sekvenser

292

Den molekylära klockan Evolution av haplotyper Naturligt urval på gennivå Genetisk mångfald

Hur uppkommer nya funktioner hos gener? Livets historia

RNA-världen Neandertalmänniskan och vi

14 Genetiska sjukdomar Autosomalt recessiva sjukdomar

Loss-of-function-mutationer i metaboliska syntesvägar Dominans–recessivitet inte alltid självklart Hemoglobinsjukdomar – stor variation i typer av mutationer Autosomalt dominanta sjukdomar

Amyloidoser

292 293 295 296

Könsbundna sjukdomar

307 308

Trinukleotidupprepningsexpansion

309

Expansion av trinukleotider i genens kodande region Expansion av mikrosatelliter utanför genens kodande region

310 310

Mitokondriella sjukdomar

312

Mitokondrierna har en nyckelroll i åldrandet

312

Epigenetiska sjukdomar

313

Genetisk rådgivning, screening och fosterdiagnostik

314

Framtidsvisioner

314

15 Genetiken bakom cancer

316

Reglering av cellcykeln

317

Odödlighet och programmerad celldöd

318

Cancer – en genetisk sjukdom på cellnivå

319

Tumörsuppressorgener Onkogener

320 324

Cancer är en flerstegsprocess

326

Genomisk instabilitet Cancerärftlighet Virus kan orsaka cancer Carcinogener

327 328 328 329

298 298

299 300

302 303

16 Immungenetik

330

Medfödd immunitet

Cellytereceptorer Celltyper Antimikrobiella peptider Sjukdomar Förvärvad immunitet

303 304 305 307

307

Primärt och sekundärt immunsvar Immunglobuliner, T-cellreceptorer och HLA-antigen – gemensamma drag Somatisk rekombination skapar variation Allelexklusion i lymfocyter MHC Sjukdomar Evolution av det förvärvade immunförsvaret

92705_Genetik_ORIG.indd 6

307

Loss-of-function – inte alltid fullständig avsaknad X-bundna dystrofier

331

331 331 331 332 332

334 334 335 338 338 339 339

09-09-03 08.30.32


17 Genteknik Metodikens utveckling

341 341

Asilomarkongressen

342

Klippa och klistra DNA-sekvenser

342

Att föra in gener i bakterier Att föra in gener i eukaryota genom

343 345

Metoder för att studera uttryck av gener 346

Southern blotting Northern och western blotting DNA-mikromatris

346 347 348

PCR (polymerase chain reaction)

349

Genbibliotek

351

DNA-sekvensering

351

Shotgun-sekvenseringsmetoden Annotering Läget just nu

352 353 355

Bioinformatiska databaser

356

Dagens problem

356

Kloning Embryonala stamceller Genterapi

357 357 358

Lästips

359

Författarnas tack

361

Register

362

92705_Genetik_ORIG.indd 7

09-09-03 08.30.32


Förord

Vi bad David Roberts, pensionerad lektor i genetik vid Magdalen college i Oxford, att skriva ned sina tankar kring genetik och hur genetiken har utvecklats genom åren; det blev en mycket personlig berättelse:

åren 1954, kort efter det att jag fyllt 16 år, berättade jag för mina föräldrar att jag skulle bli genetiker! När min far (bankdirektör i en liten stad) tänkte på min framtid undrade han om en genetiker hade goda pensionsförmåner. Denna uppenbara okunskap måste man ursäkta, för det var inte som idag när man läser om genetik nästan varje dag i tidningen, på den tiden hade bara biologer, och inte ens alla av dem, hört talas om genetik. Det här var bara 10 år efter att det hade bevisats att vår arvsmassa bestod av DNA och nästan exakt ett år efter att Watson och Crick hade publicerat DNA-spiralens struktur. På den tiden var det fortfarande möjligt för en student att läsa allt som dittills publicerats om genetik. Idag är det nästan omöjligt att läsa allt som publiceras under ett helt år. Ämnet lockade mig eftersom jag hade slutat med matematik till förmån för biologi under mitt sista år i skolan. Jag hade avbrutit mina matematikstudier även om jag tyckte om ämnet, för att min matematiklärare var en lysande matematiker, men en förskräcklig lärare. Min biologilärare å andra sidan, en inte särskilt framstående biolog, var en enastående lärare. När jag kom till genetiken så fann jag den ordning och logik från matematiken som jag saknat. Genetik blev ett forskningsfält inom naturvetenskapen år 1900 i och med återupptäckten av Gregor Mendels arbete, ett arbete som då varit mer eller mindre nonchalerat under trettiofem år. Under de kommande fyrtio åren begränsades förståelsen av genetik av att man inte visste något om arvsmassans egenskaper eller hur den fungerar. Trots

V

Gregor Mendel, 1822–1884, tjeckisk-österrikisk munk, genetikens grundläggare.

8

92705_Genetik_ORIG.indd 8

FÖRORD

09-09-03 08.30.32


detta gjordes betydelsefulla framsteg, bland annat av Thomas Hunt Morgan och hans kollegor inom transmissionsgenetiken (det vill säga hur gener överförs från en generation till en annan), de beskrev också förhållandet mellan gener och kromosomer. Framsteg gjordes också inom populationsgenetiken, alltså hur gener uppför sig i grupper av organismer i stället för inom enstaka familjer. Ett tidigt framsteg inom molekylärgenetiken var när Archibald Garrod redan 1909 föreslog ett samband mellan gener och enzymer. Mycket mer hände inte förrän 1941 när George Beadle och Edward Tatum la fram ”en gen – ett enzym”-hypotesen, som byggde på deras arbete med mögelsvampen Neurospora crassa. Denna hypotes och upptäckten av arvsmassans egenskaper 1944 (Oswald Avery och hans medarbetare) samt DNA-spiralens struktur 1953 (James Watson och Francis Crick) gav viktiga, insiktsfulla och snabba framsteg. Under 1960- och 1970-talen avslöjade molekylärgenetiska studier genens uppbyggnad – en linjär samling av baser i DNA:t; hur den fungerar – genom att skrivas av till ett budbärar-RNA som sedan översätts till ett protein; den genetiska kodens hemlighet – kombinationer av tre av de fyra baserna i DNA:t kodar för en bestämd aminosyra. Följaktligen bildar en linjär samling av baser i DNA:t en linjär samling av aminosyror i proteinet. Idéer om hur gener regleras, bland annat att de bara är aktiva under vissa tider eller i speciella vävnader, presenterades och fastslogs också under denna period. I stora drag var genens struktur och funktion fastställd i slutet av 1970-talet. Många forskare hade bidragit till dessa framsteg, men mycket av arbetet gjordes i två laboratorier: the Medical Research Council Unit for Molecular Biology i Cambridge och Pasteur-institutet i Paris, med en stor insats av Francis Crick och Sydney Brenner i Cambridge samt François Jacob och Jacques Monod i Paris. Jag hade förmånen att undervisas av Sydney Brenner under det kritiska året 1961 när nya idéer om molekylärgenetik verkade dyka upp dagligen och många av dessa kom från Brenner. Han kunde sitta på katedern i föreläsningssalen och utan några anteckningar förklara för oss hur man tänkte sig att gener fungerade. Det mesta som han berättade hade ännu inte publicerats, så vi visste just då mer om det genetiska materialet än några andra på jorden. Oförglömligt är också det första seminarium som Francis Crick gav om den genetiska kodens uppbyggnad. Han visade under seminariet hur man genom att lägga till eller ta bort en bas i en felaktig DNAsekvens inte kan rätta till felet. Sedan visade han att man inte heller

FÖRORD

92705_Genetik_ORIG.indd 9

Thomas Hunt Morgan, 1866–1945, amerikansk nobelpristagare 1933.

Archibald Garrod, 1857– 1936, brittisk pionjär inom medicinsk genetik. George Beadle, 1903–1989, amerikansk nobelpristagare 1958. Edward Tatum, 1909–1975, amerikansk nobelpristagare 1958. Oswald Avery, 1877–1955, kanadensisk-amerikansk bakteriolog, bevisade att DNA är genetiskt material. James Watson, f. 1928, amerikansk nobelpristagare 1962. Francis Crick, 1916–2004, brittisk nobelpristagare 1962.

Sydney Brenner, f. 1927, sydafrikansk nobelpristagare 2002. François Jacob, f. 1920, fransk nobelpristagare 1965. Jacques Monod, 1910–1976, fransk nobelpristagare 1965.

9

09-09-03 08.30.32


Paul Berg, f. 1926, amerikansk nobelpristagare 1980.

Christiane NüssleinVolhard, f. 1942, tysk nobelpristagare 1995. Eric Wieschaus, f. 1947, amerikansk nobelpristagare 1995.

10

92705_Genetik_ORIG.indd 10

genom att lägga till eller ta bort två baser kan rätta felaktigheten. Jag kände att jag inte var ensam i publiken som otåligt men tyst ropade: ”Prova med tre!” Crick berättade mot slutet av seminariet att en felaktig DNA-sekvens endast kan rättas om man tar bort eller lägger till tre baser, alltså måste koden bestå av tripletter. Detta var utan tvivel ett av de mest spännande seminarier som jag varit på under mina femtio år i den akademiska världen. Under 1970-talet såg man början av rekombinant-DNA-tekniken som förenade de olika experimentella observationer som gjorts under de senaste tio-femton åren och ledde till att man kunde klona gener. Det fanns dock en viss oro över de möjliga konsekvenserna av dessa experiment. Skulle genetikerna råka öppna Pandoras ask på samma sätt som den öppnades när den första atomen klövs? Medveten om dessa problem bestämde de som arbetade i detta forskningsfält, ledda av Paul Berg, att de skulle sätta ett frivilligt stopp för försök med rekombinant-DNA-forskning tills de möjliga bekymren med denna forskning kunde utvärderas och säkerhetsföreskrifter kunde komma till stånd. Detta gjordes 1975 på the Asilomar Conference on Recombinant DNA Technology, och riktlinjerna följs än idag av laboratorier världen över. Under 1970-talet gjordes ytterligare ett stort framsteg. Det var väl känt att DNA var nödvändigt för lägre organismer som bakterier, men hur fungerade det hos mer komplexa organismer, speciellt människor? En metod hade utarbetats, först i svamp, sedan i bakterier. Den gick ut på att mutationer i gener som var inblandade i speciella biologiska funktioner valdes ut, till exempel gener som är ansvariga för syntesen av en aminosyra. Om du tar bort en del av en tv-apparat och förlorar färgen men allting annat är som det ska, är det rimligt att anta att komponenten som du tog bort är ansvarig för färgproduktion. På samma sätt är det med svamp som vanligtvis växer utan tryptofan: om den är muterad och kräver tryptofan för att växa kan man anta att mutationen sitter i en gen som har med tryptofansyntesen att göra. Detta tillvägagångssätt fungerade bra för haploida organismer, som bara har en kopia av varje gen, men mer avancerade organismer är diploida (har två kopior av varje gen) och en mutation i en av de två generna kan döljas av den normala kopian. Genom att använda smart genetisk teknik kunde bananflugegenetiker (Drosophila-genetiker) övervinna detta problem och hitta mutationer i gener som styr utvecklingen och tillväxten hos bananflugan. Forskningen som utfördes av Christiane Nüsslein-Volhard och Eric Wieschaus fastställde hierarkin av gener som är inblandade i flugans tidiga utveckling.

FÖRORD

09-09-03 08.30.33


Ungefär samtidigt började Edward B. Lewis använda redan kända bananflugemutationer för att klargöra den genetiska kontrollen av senare delar i bananflugans utveckling. Båda sätten att ta itu med dessa frågeställningar påskyndades genom framsteg inom tekniken att sätta in klonade bananflugegener i mutanter och på så sätt rädda mutantfenotypen. Liknande metoder används för att analysera utvecklingen hos andra organismer och för att studera genetisk kontroll av komplexa biologiska funktioner, till exempel minne och beteende hos bananflugan. Tidigt i den genetiska historien lades den grundläggande tanken bakom populationsgenetiken fram, det vill säga att frekvensen av allelerna (olika former av gener) kommer att vara konstant från generation till generation i stora populationer om den inte störs av sådant som migration, mutation, selektion, slumpmässig parning m.m. G.H. Hardy i Cambridge och Wilhelm Weinberg i Stuttgart publicerade 1908 varsin artikel som visade att detta påstående är sant. Det kallas idag Hardy-Weinbergs lag. Populationsgenetiken gjorde oavbrutna framsteg under 1900-talet. Från början hämmades forskningen av bristen på observerbar genetisk variation i populationer, vilket gjorde att man måste arbeta med ovanliga anatomiska skillnader – färg- och formskillnader hos gullviva, ljusa och mörka former av björkmätarfjäril och kemiska skillnader som ABO-blodgrupperna. Detta ändrades drastiskt i och med att gelelektrofores utvecklades – om DNA-molekyler förflyttas med hjälp av elektrisk laddning syns små skillnader i storlek hos DNA-sekvenser. Om man studerar proteiner kan man även upptäcka skillnader i laddning hos enstaka aminosyror. Dessa analyser visade att det i de flesta populationer finns en betydande variation. Variationen är nödvändig för att det naturliga urvalet ska kunna verka och organismerna utvecklas. Ingen variation – ingen evolution. Två kontroversiella spörsmål hade sitt ursprung från dessa studier. Det första var att den genetiska variationen är större inom en population än mellan populationer av samma organism – att det till exempel är större genetiska skillnader inom den svenska populationen än mellan den svenska och den etiopiska populationen. Det andra är tekniken att skapa genetiska ”fingeravtryck” (DNA-profiler), alltså att avslöja den genetiska unikheten hos individer, förutom hos enäggstvillingar. Det första har använts av båda sidorna i den kontroversiella debatten om ras och IQ. När man förstår det till fullo visar det att det är större skillnader i IQ (liksom i genetisk variation) inom en ras än mellan raser. Det är många som inte har förstått detta!

FÖRORD

92705_Genetik_ORIG.indd 11

Edward B. Lewis, 1918– 2004, amerikansk nobelpristagare 1995.

Godfrey Harold Hardy, 1877– 1947, brittisk matematiker. Wilhelm Weinberg, 1862– 1937, tysk läkare (gynekolog och obstetriker).

11

09-09-03 08.30.33


Alec Jeffreys, f. 1950, brittisk genetiker, utvecklade metoden att göra DNA-profiler.

Joe Hin Tjio, 1916–2001, indonesisk cytolog, fastställde tillsammans med Albert Levan människans kromosomtal. Albert Levan, 1905–1998, svensk cytolog, professor vid Lunds universitet, fastställde tillsammans med Joe Hin Tjio människans kromosomtal.

12

92705_Genetik_ORIG.indd 12

Alec Jeffreys utvecklade tekniken att ta fram DNA-profiler. Det råder ingen tvekan om att detta är ett värdefullt verktyg, inte bara i kriminalfall, utan även när genetisk identifiering är nödvändig. Ett exempel är patentering av växtsorter som utvecklats efter år av växtförädling. Emellertid finns det farhågor att en persons genetiska profil ska missbrukas; ännu har jag dock inte sett ett enda exempel på missbruk som inte kunde ha gjorts enklare och lättare med redan tillgänglig information om en person. Debatten om missbruk kommer att fortsätta. Humangenetik och medicinsk genetik fick en god start i och med Garrods upptäckt 1909 av medfödda fel i metabolismen och hans insikt att den ärftliga sjukdomen alkaptonuri berodde på en ärftlig enzymdefekt. Det gjordes däremot inte många framsteg under de följande femtio åren. Det verkliga antalet kromosomer hos människan bestämdes först 1956 av Joe Hin Tjio och Albert Levan som båda arbetade vid Institutionen för genetik vid Lunds universitet. Orsakerna till varför humangenetik, av stort intresse för oss alla, kom på efterkälken efter bananflugegenetik, som ju bara är intressant för några få, var först och främst avsaknaden av genetiska markörer och längden av människans kromosomer. Genetik är studier av skillnader och utan skillnader kan inget studeras, med bananflugor var det möjligt att föröka upp och behålla naturligt förekommande skillnader. Efter 1930 var det också möjligt att introducera nya genetiska skillnader med joniserande strålning och senare också med kemiska mutagener. Allt detta var naturligtvis omöjligt att göra på människor. Gener knyts till kromosomer genom att man studerar frekvensen nya genkombinationer, som beror på hur långt från varandra generna sitter på kromosomen. Hos bananflugan med sina relativt korta kromosomer sitter de flesta generna så nära varandra att det inte alltid blir en rekombination mellan dem, då kan man räkna ut rekombinationsfrekvensen. Hos människan är kromosomerna större och många gener sitter så långt från varandra att det alltid sker en rekombination, och då ser det ut som om de inte hänger ihop. I studier av människan övervanns det första problemet, avsaknad av variation, genom att man använde elektroforesvarianter av gener och senare variation i DNA-sekvensen som genetiska markörer. Det andra problemet övervanns genom att man studerade gener som hängde ihop snarare än dem som separerade. Ursprungligen användes en metod från somatisk cellgenetik som byggde på uppdelning av humana kromosomer från en cellhybrid mellan mus och människa, en teknik som knappast används idag. Idag används i stället en teknik för att kartlägga

FÖRORD

09-09-03 08.30.33


gener där man studerar hur genen i fråga är kopplad till en uppsättning DNA-sekvensskillnader som finns i mänskliga populationer och som är spridda över kromosomerna. I slutet av 1990-talet kunde det ta år att kartlägga en gen, nu kan det göras på några timmar. Efter en långsam start när vi bara kände till en handfull ärftliga sjukdomar är vi nu i ett skede där varje avvikelse vid födelsen som beror på en genetisk defekt kan kartläggas och undersökas. Tusentals är redan kända och det stora flertalet av dem är extremt ovanliga, många fall finns bara i enda släkt. I databasen Online Mendelian Inheritance in Man finns all nödvändig information om ärftliga sjukdomar och syndrom. Man kan göra fosterdiagnostik för vanligare genetiska sjukdomar och erbjuda föräldrarna möjlighet till att avbryta havandeskapet om fostret är drabbat. Detta är inte utan risker eftersom själva undersökningen kan orsaka missfall, så screening av graviditeter är bara försvarbart om den förväntade frekvensen positiva resultat är hög. Förekomsten av specifika genetiska avvikelser kan variera med ålder och folkgrupp. Downs syndrom, till exempel, varierar med moderns ålder med en risk på 1 av 1 500 födslar för kvinnor som är 20 år och 1 av 19 födslar för kvinnor som är 45. Nästa steg kommer att bli genterapi: om ett drabbat foster identifieras kommer man att kunna föra in den normala genen i något stadium före eller efter förlossningen och på så vis korrigera det genetiska felet. Många försök har gjorts med genterapi för att bota olika genetiska sjukdomar, men det har bara lyckats i några enstaka fall. Därför är detta för närvarande ingen rutinåtgärd. Det finns dessutom allvarliga etiska problem förknippade med genterapi som alltid måste diskuteras. Bortsett från den naturliga oviljan att ”lägga sig i naturen” finns det verkliga vetenskapliga problem. Till exempel drabbar många genetiska sjukdomar endast ett fåtal individer och teknik för varje sjukdom har ännu inte utvecklats. Även om en normal gen kan sättas in i genomet så kan man ännu inte styra var i genomet genen hamnar. Detta kan göra att insertionen i sig själv kan orsaka mer skada än sjukdomen. Jag tvivlar dock inte på att det kommer att göras stora framsteg inom detta område. Genetiken har förändrats avsevärt sedan jag berättade för mina oroliga föräldrar att jag skulle bli genetiker. Det är nu ett av de områden där viktiga vetenskapliga framsteg görs varje dag och det är minst lika spännande idag som det var för mig för femtio år sedan.

Online Mendelian Inheritance in Man, OMIM, <http://www. ncbi.nlm.nih.gov/omim/>.

Dr David Roberts, Magdalen college, Oxford

FÖRORD

92705_Genetik_ORIG.indd 13

13

09-09-03 08.30.33


KAPITEL 1

Genetiken och samhället

genetik ägnar sig åt de centrala problemen inom all biologi. Naturvetenskaplig genetik har tillämpningar inom medicin, jordbruk och i viss mån även humaniora och socialvetenskap. Med sina drygt hundra år är genetiken en ung vetenskap som inte har hunnit utveckla den sortens referensramar som de äldre vetenskaperna har, i synnerhet eftersom utvecklingen på många fronter gör framsteg i hisnande takt. Det nya ger löften om en ljusare framtid, men framtiden ter sig ändå oviss. Som central biologisk vetenskap har genetiken varit den mest politiska av alla biologiska vetenskaper. I det här kapitlet försöker vi inte ge någon historik eller ge riktlinjer för någon genetisk etik. Det är närmast blad ur genetikens historia och vissa moderna problem.

Lysenko Forskarsamhället är näst intill ense om att forskningen ska styras av forskarsamhället och alla resultat göras öppet tillgängliga, att de ska gå att upprepa och att de måste kunna underkastas öppen kritik. Dessa ideal anses i vänsterkretsar vara borgerliga och falska, eftersom forskarnas tankar och målsättning alltid styrs av deras samhälleliga värderingar. Kritikerna har dock en kvarnsten runt halsen: Lysenko. Trofim Denisovitj Lysenko (–) har gett namn åt lysenkoismen, som numera används som ett skällsord för politiskt styrd falsk vetenskap. Lysenko utvecklade förmendelska hypoteser om ärftlighet och försåg dem med fast förankring i dialektisk materialism. Som diktator av biologisk vetenskap i Sovjetunionen använde han statens straffapparat mot “borgerliga morganist-mendelister”. Somliga arkebuserades, andra fick långa fängelsedomar och andra började arbeta med helt andra saker. Ytterst få blev lysenkoiter. Lysenko lyckades

KAPITEL 1

92705_Genetik_ORIG.indd 14

14

GENETIKEN OCH SAMHÄLLET

09-09-03 08.30.33


utplåna genetiken i Sovjetunionen, öststaterna (med undantag av Östtyskland) och Kina. Det sovjetiska jordbrukets katastrofala misslyckanden och molekylärgenetikens segertåg i västvärlden gjorde dock till sist och slut Lysenkos ställning ohållbar och han förlorade sitt grepp  i och med Chrusjtjovs fall. Genetiken rehabiliterades offentligt. Gråhåriga män och kvinnor och unga studenter började återuppta genetisk forskning, växtförädling, medicinsk genetik och biologisk undervisning i den socialistiska världen. Vad gjorde då Lysenko? Han började sin karriär under -talet som jordbrukskonsulent i Azerbajdzjan. Han lovade snabba resultat som skulle revolutionera matproduktionen och jämförde dessa påstådda prestationer med de försiktiga löften om bättre skördar som genetikerna ansåg sig kunna ge. Genetikerna var till och med sysselsatta med saker så fjärran från praktiskt jordbruk som bananflugor! Lysenko hävdade att förvärvade egenskaper nedärvs, en doktrin känd som lamarckism (efter Jean Baptiste Lamarck). Lysenko anlitade filosofer som bevisade att lamarckismen var förenlig med socialismen medan mendelsk genetik inte var det. Eugenikens övertramp (se nedan) i västvärlden i allmänhet och i Tyskland i synnerhet spelade dessutom honom i händerna. Under - och det tidiga -talet var den genetiska forskningen i Sovjetunionen rätt avancerad. Kontakterna med västvärlden fungerade bra, i synnerhet eftersom ledande biologer i USA, Storbritannien och Frankrike ofta var marxister. I början understödde den internationellt berömda ryska växtförädlaren Nikolaj Vavilov den nya kometen Lysenko på grund av dennes påstådda resultat. Efter  lyckades Lysenko manövrera bort alla genetiker från Lenins jordbruksakademi och blev själv dess chef. Flera forskare avrättades och fängslades, däribland flera ledande humangenetiker, till exempel dog Vavilov i fängelse .  belades allt motstånd mot lamarckismen med straffpåföljd. De få genetiska institutioner som var kvar togs över av Lysenkos anhängare. Bananflugestammar förstördes. Sovjetisk biologi isolerade sig från internationell vetenskap. Lysenkoiternas praktiska resultat var anspråkslösa eller förfalskade. Tillämpningen av en sådan rekommendation som att blanda utsäde så att det bestod av fler varieteter kunde ge en förskräcklig missväxt. Under -talet ledde tron att vetet ska lära sig att växa på torra stäpper till en miljökatastrof i Centralasien. Efter Chrusjtjovs fall behöll Lysenko sitt eget institut men hans inflytande var borta.

LYSENKO

92705_Genetik_ORIG.indd 15

Jean Baptiste Lamarck lanserade år 1809 en tidig och felaktig hypotes om evolution.

15

09-09-03 08.30.33


Som sagt var många ledande biologer i väst marxister. Under -talet blev de tvungna att välja parti mellan Mendel och Marx. Det blev en lång självrannsakan som splittrade kommunistpartierna, men till slut hade Lysenko bara en försvarare kvar i forskarsamhället, den brittiska kristallografen John D. Bernal, och han var inte biolog. I de nordiska länderna var ingen biolog av någon betydelse marxist, så här uppfattades Lysenkos läror mest som en tragisk kuriositet.  skrev professor Åke Gustafsson ett öppet brev till generalsekreterare Nikita Chrusjtjov i ett försök att övertyga den sovjetiska ledningen att den var på fel väg. Lysenko kastar fortfarande en skugga över den mer extrema vänstern. Ett sätt att förklara bort honom är att argumentera att lysenkoismen inte var förenlig med det rätta tillämpandet av Marx läror. Det kan kritiseras som en alltför lätt lösning: vilken som helst ideologis övertramp, låt oss säga fascismens, kan rentvås på samma sätt. Ett annat sätt att bli kvitt Lysenko är att skylla allt på Stalin. Även detta förefaller vara en allför lätt lösning. Visserligen åtnjöt Lysenko Stalins stöd åtminstone under en viss period, men Stalins gunst brukade inte vara långvarig och ingen kunde vara säker på den. Dessutom hade Lysenko kvar sitt inflytande långt efter Stalins död. Om Lysenko är ett exempel på vetenskap i ett ofritt samhälle, så finns det andra varslande exempel av statlig inblandning i ett demokratiskt samhälle och från mycket närmare håll. Vi tar nästa exempel.

Eugenik Eugenik eller rashygien var ett aktuellt ämne under -talets fem första decennier. Den bakomliggande idén förefaller ytligt sett sund; redan Platon har klart formulerat den i Staten. Antikens militaristiska samhällen, sådana som Sparta eller den romerska republiken, såg till att bara starka nyfödda barn fick leva; de som inte höll måttet kasserades. Då var man inte precis ute efter intelligens utan rå styrka och listighet. Pojkarna skulle ju bli krigare och flickorna duktiga mödrar för tappra krigare. Tanken utvecklades och termen eugenik lanserades av biometrikens fader Francis Galton under -talet. Han förde fram argument att samhället bör åta sig ansvaret för de blivande generationernas själsliga och kroppsliga hälsa. Dessa argument överlevde

KAPITEL 1

92705_Genetik_ORIG.indd 16

16

GENETIKEN OCH SAMHÄLLET

09-09-03 08.30.33


återupptäckten av Mendels arbete år  och omständigheten att biometriken fick en sekundär betydelse inom biologin (se kapitlet Kvantitativ genetik). Hardy-Weinbergs jämvikt blev allmänt känd under -talet. Man förstod då att det inte går att rensa bort skadliga recessiva alleler om man steriliserar homozygoterna. Allelerna finns hos heterozygoterna och dessa når man inte eller så är de alltför många för att kunna steriliseras. De tidiga populationsgenetikerna, den vänsterradikale J.B.S. Haldane och den konservative R.A. Fisher, utvecklade ett nytt argument för eugenik. De påpekade att de högre (och antagligen intelligentare) klasserna fick få barn medan de lägre (och antagligen mindre intelligenta) klasserna förökade sig ohämmat. Katolska präster kan tänkas vara intelligenta men deras kanske värdefulla gener går till spillo eftersom de lever i celibat. En berömd undersökning – The Scottish survey – skulle visa att de skotska barnens intelligens hade sjunkit under en tjugoårsperiod före och efter andra världskriget. Resultatet blev en besvikelse för eugeniker; barnens genomsnittliga IQ hade stigit och inte sjunkit – även om förhållandena under kriget knappast kunde förväntas ha haft någon positiv effekt alls. Nazitysklands överdrifter gav eugeniken ett dråpslag och den dog ut med ett undantag. Undantaget var de nordiska länderna.

Rashygien i Sverige Svenska Sällskapet för Rashygien grundades  i Stockholm. Tanken hade ett brett politiskt stöd från extremvänsterns Arthur Engberg till tyskvännen Herman Nilsson-Ehle. Högerns Arvid Lindman och socialdemokraten Hjalmar Branting motionerade i riksdagen för beslutet att grundlägga Statens Institut för Rasbiologi. Institutet grundades  i Uppsala. Dess forskare kartlade svenska folkets rastyper och publicerade tjocka band fyllda av mätningar och foton. Steriliseringslagen trädde i kraft ; den tillät sterilisering på eugeniska, sociala och medicinska indikationer. Under – steriliserades   kvinnor i riket; sistnämnda år upphävdes lagen. Statens institut hade redan år  omvandlats till Institutionen för medicinsk genetik vid Uppsala universitet. Antalet män som steriliserades var några tusen. Det som är häpnadsväckande med denna sorgliga historia är att lagen upphävdes så sent. Vi ska komma ihåg att politiker agerade utifrån de bästa av motiv;

RASHYGIEN I SVERIGE

92705_Genetik_ORIG.indd 17

17

09-09-03 08.30.33


mönstergilla medborgare som Alva och Gunnar Myrdal var även hängivna eugenikanhängare. I de övriga nordiska länderna var historien ungefär likadan, bara antalet steriliseringar var avgjort färre och det fanns inga statliga organ som i Sverige. Innan vi lämnar ämnet kan vi tillägga att det är svårt att göra internationella jämförelser utanför Norden. I de katolska länderna är ju sterilisering inte en fråga som behöver diskuteras. Vad var då fel med eugenik? För det första var steriliseringen ett oacceptabelt ingrepp på människovärdet. Ett annat fel var att man steriliserade individer som knappast skulle ha förökat sig alls eller hade gjort det i så ringa omfattning att deras insats i de kommande generationernas genetiska sammansättning skulle ha varit försumbar. Man hade inte insett att den ”suboptimala” delen av normalfördelningen inte förökar sig lika mycket som de andra delarna. Med andra ord, det finns en naturlig mekanism som rättar till det som eugenikerna ville rätta genom sina illa övertänkta ingrepp på människornas integritet. Erfarenheten av eugenik visar att ett till synes väl genomtänkt samspel mellan statsmakterna och forskarsamhället kan slå fel. Traditionellt finansieras forskningen både av statliga medel och andra källor som privata stiftelser och industrin. De industriella källorna behöver inte vara så rena. Vi belyser det med ett exempel.

Tobaksindustrin och genetisk forskning Nazityskland associeras med gaskammare och Josef Mengeles dödliga tvillingförsök. Samtidigt ville Hitlers regim värna undersåtarnas hälsa. Det bruna riket var grönt. Rökningens cancerframkallande effekt togs på allvar och regimen stiftade förbud mot rökning som låter väl övertänkta. Det gick illa med det riket och rökningen förblev en demokratisk rättighet med filmstjärnor som förebilder. Under -talet började de internationella tobaksjättarna uppleva svårigheter vid rekryteringen av nya kunder. Sambandet mellan rökning, cancer och diverse andra sjukdomar hade blivit kristallklart. Industrin vann visserligen de första rättegångarna: en kärande med dödlig lungcancer kunde inte föra fram juridiskt bindande bevis att just hans cancer hade orsakats av rökning. En betald konsulent räddade då industrin från svårigheterna. Konsulenten var ingen mindre än R.A. Fisher, populationsgenetikens grundläggare och en ledande statistiker.

KAPITEL 1

92705_Genetik_ORIG.indd 18

18

GENETIKEN OCH SAMHÄLLET

09-09-03 08.30.34


Fisher anlitade tvillingstudier och andra källor för att bevisa att rökning inte orsakar cancer. Det är cancer som orsakar rökning, och inte tvärtom, hävdade han. Det finns alltså en genetisk predisposition för lungcancer och denna egenskap ger även upphov till rökning, som är en sekundär företeelse utan något som helst samband med cancer.  publicerade Fisher sitt bevismaterial i den ledande brittiska vetenskapliga tidskriften Nature. Cancerforskare upplevde Fisher med sina vässade statistiska instrument som en formidabel motståndare och det tog tid innan man förstod att hans bevismaterial var utan värde. Under den tiden hade miljontals människor antingen avlidit av cancer eller drabbats av andra tobaksassocierade sjukdomar. Tobaksindustrin kunde alltså fortsätta att neka till att rökningen är cancer- eller beroendeframkallande. Vid mitten av -talet började industrin dock förlora rättegångar i cancerfall och då bytte den strategi. Forskarsamhället var i princip ense om att sambandet mellan rökning och cancer var fastställt. Genom att anlita forskare kunde industrin fortsätta att argumentera för att det fanns brister i bevisföringen. Tvivlet är alltså industrins starkaste vapen.  nekade industrin blankt till att rökningen är beroendeframkallande, men sex år senare när man hade förlorat flera rättegångar medgav man att ”beroende på hur man definierar vanebildande” kan rökningen faktiskt vara vanebildande. Tobaksindustrin fortsätter att värva vapendragare i forskarsamhället. Det mest uppmärksammade fallet är nobelpristagaren Sydney Brenner (se David Roberts förord) som har mottagit anslag från tobaksjättarna. Både han och Fisher har hävdat att industrins pengar inte har påverkat deras forskning. Pengarna luktar ju inte.

Patent på gener DNA sekvenseras rutinmässigt och intressanta upptäckter med potentiell medicinsk eller industriell tillämpning görs hela tiden. Under -talets början blev det vanligt att man patenterade sekvenser så att utomstående inte fritt kunde dra nytta av ens resultat. Patentering upplevdes som ett nytt sätt att begränsa forskningens frihet. Även etiskt sett förefaller förfarandet absurt: hur kan en utomstående lägga beslag på en levande människas gener? I de mest extrema fallen ville man patentera hela folkgrupper i tredje världen.

PATENT PÅ GENER

92705_Genetik_ORIG.indd 19

19

09-09-03 08.30.34


Patenteringen av gener är ett hinder vid utveckling av diagnostisering och behandling av sjukdomar. Dessutom är det svårt att leta sig fram genom en djungel av patenterade sekvenser, i synnerhet när man använder en ny teknik som DNA-mikromatris där tusentals gener kan identifieras samtidigt. Hittills har genpatent lett till ca   rättegångar och patentägare har inte vunnit ett enda av dessa mål. Det sista rättsfallet togs upp . Patentering av gener kommer antagligen att lagstiftas bort inom den närmaste framtiden.

Genmodifierade växter Vid varje måltid äter vi tusentals miljarder gener. Matsmältningen tar hand om DNA:t. De gener som finns i genmodifierade växter är helt vanliga gener och det är näst intill omöjligt att motivera varför vi skulle vara rädda för dem. Gener är ju något som man inte kan undvika när man äter. Genmodifierad mat kommer endast från växtriket, eftersom genmodifierade animaliska produkter ännu inte finns till salu.  började genmodifierad majs och genmodifierade sojabönor odlas i USA och nu har odlingen spritt sig till över  länder. Teknikens motståndare har hävdat att stora företag använder sina patent på modifierade gener för att suga ut fattiga bönder. Först såg det ut som om precis detta var fallet, men nu verkar vi ha uppnått en rimlig balans mellan industrins vinster och nyttan för jordbruket. Skördarna har blivit större och användningen av kemiska bekämpningsmedel har samtidigt minskat. Även lantbrukens behov av energi har gått ned eftersom besprutningar bara görs när de behövs och inte rutinmässigt. Odlingskostnaderna per hektar är överlag mindre. Konsumenten, den sista länken i kedjan, vinner. Traditionell växtförädling och genmodifiering har samma målsättning: att förbättra avkastningen genom att göra nyttoväxterna tåligare mot sjukdomar, skadeinsekter, bekämpningsmedel, salthaltiga jordar och torka. Bekämpningsmedelsresistenta varianter är den största gruppen genmodifierade nyttoväxter. Genmodifierade växter kan även innehålla naturligt förekommande och biologiskt nedbrytbara insektsgifter som är ekologiskt skonsammare än långlivade kemiska bekämpningsmedel som anrikas i näringskedjorna. Vanlig besprutning med insektsgifter dödar alla insekter, inklusive skadeinsektens naturliga fiender, som fåglar och andra djur. Gift-

KAPITEL 1

92705_Genetik_ORIG.indd 20

20

GENETIKEN OCH SAMHÄLLET

09-09-03 08.30.34


ämnen sprider sig även utanför åkrarna till skogar och vattendrag. En nyttoväxt som har fått genen för ett gift från bakterien Bacillus thuringiensis dödar bara de insekter som äter växten och ämnet är giftigt endast för insekter, så övrig natur påverkas inte. Gentekniken gör växtförädlingen inte bara ekologiskt skonsam utan även snabbare och effektivare i den meningen att bara en enda gen behöver påverkas: vid traditionell växtförädling berörs kanske tusentals gener och några av dem brukar ha icke-önskvärda effekter. Över en miljard människor har åtminstone smakat mat som innehållit genmodifierade växter och invånarna i USA och Kanada har regelbundet ätit det i över tio år. Hittills har man inte konstaterat några negativa effekter, vilket inte behöver betyda att sådana inte finns. De få motsatta resultaten (på råttor och påstådda observationer på fjärilar) som teknikens motståndare har lyft fram har inte kunnat upprepas. Organ som EU och World Health Organization (WHO), som är oberoende från de stora kemiska företagen, har konstaterat att genmodifierad mat bevisligen inte har några negativa effekter på människor. Konsumenterna måste dock ha frihet att själv välja vad de äter och märkningen av genmodifierad mat ska vara tydlig. * * * Vi vill med detta inledande kapitel väcka läsarens intresse för genetik genom att peka på genetikens centrala roll inte bara i biologin utan i många grenar av samhällets verksamhet. Genetiken är sysselsatt med de mest grundläggande problemen i all biologi, samtidigt som den är det mest teoretiska av de biologiska ämnena. Genetiken bär tanken om livets utveckling på jorden och knyter därmed ihop geologi, fysik och kemi med biologi, och inte bara med biologi utan även delar av humaniora, till exempel historia, arkeologi och lingvistik. Därför är det viktigt med kunskap om genetiska frågeställningar inom alla vetenskaper, för man kan bara med kunskap motverka okunskap och fördomar och genomskåda ovetenskapliga slutsatser.

GENMODIFIERADE VÄXTER

92705_Genetik_ORIG.indd 21

21

09-09-03 08.30.34


KAPITEL 2

Cell- och livscykler

alla levande organismer består av en eller flera enheter som kallas celler och alla dessa celler har uppkommit genom delning av andra celler. Det är därför viktigt att det genetiska materialet överförs med stor noggrannhet till nya celler vid en celldelning. Vi ska i detta kapitel omsorgsfullt gå igenom dessa processer. Prokaryoter (bakterier och arkéer) delar sig genom en enkel tudelning. Celldelning hos eukaryota organismer (djur, svampar och växter) delas upp i mitos och meios. Kroppsceller (somatiska celler) delar sig genom en process som kallas mitos medan den delning som skapar könsceller eller gameter (spermier, pollen, ägg) kallas meios. Även om mitosens och meiosens mekanismer är likartade är resultaten helt olika. Mitos leder till två dotterceller som är identiska med modercellen, medan meios leder till celler som endast innehåller hälften så mycket genetiskt material som modercellen.

Cellens byggnad En kort genomgång av cellens uppbyggnad behövs innan vi går in på celldelningsprocesserna. Figur . visar några av de komponenter som är viktiga i genetiska processer och celldelningen. Cellen omges av ett cellmembran som består av ett dubbelt lipidskikt med proteiner som sitter inbäddade i membranet. Proteinerna är bland annat olika enzymer, transportproteiner och hormonreceptorer. Cellytan som täcker cellmembranet i en djurcell består av glykoproteiner (proteiner förenade med sockerkedjor) och polysackarider (långa kedjor av sockermolekyler); detta ytskikt finns inte hos bakterier eller växtceller. Cellytan ger cellen en biokemisk identitet som är under genetisk kontroll i och med att man där finner många viktiga receptorer, som förmedlar kemiska signaler in till cellen.

KAPITEL 2

92705_Genetik_ORIG.indd 22

22

CELL- OCH LIVSCYKLER

09-09-03 08.30.34


LYSOSOM ENDOPLASMANÄT RIBOSOM NUKLEOL CELLKÄRNA MED ARVSMASSA MITOKONDRIE

CYTOSOL

VESIKLAR

**

EXTRACELLULÄRT MATRIX GOLGIAPPARAT Figur 2.1 Schematisk bild av en djurcell.

CENTRIOLER

I cellkärnan finns det genetiska materialet lagrat som kromosomer. Kromosomer är dubbelsträngade DNA-molekyler som spe-

cifika proteiner binder till. Kromosomerna är inte synliga i vanligt mikroskop annat än under celldelningen. I cellkärnan finns också nukleolen, en formlös struktur där ribosomalt RNA (rRNA) bildas och de första stegen i ribosomens uppbyggnad sker. Prokaryota celler saknar cellkärna och organeller. Hos de flesta bakterier är det genetiska materialet organiserat som en cirkulär kromosom bestående av DNA. Bakteriekromosomen finns i nukleoiden, ett område som upptar en stor del av cellen. En del av kromosomen kan vara förankrad i cellmembranet. Cytoplasman är den del av den eukaryota cellen som inte innehåller organeller eller cellkärnan. Förutom dessa komponenter finns ett cellskelett (cytoskelett) som bildar ett tredimensionellt nätverk i cellen. Cellskelettet ger cellen dess form, ger den möjlighet att röra sig och förankrar de olika organellerna. En sådan organell är det endoplasmanät (endoplasmatiskt retikel, ER) som delar upp cellen i olika områden och därmed ökar de inre ytstrukturer där biologiska processer kan ske. Endoplasmanätet kan vara fyllt med ribosomer (RNA–proteinkomplex där mRNA används som mall vid proteinsyntesen) och kallas då granulärt (strävt) endoplasmanät. Det omger även kärnan och kallas då kärnmembran. Om endoplasmanätet saknar ribosomer kallas det agranulärt (slätt). Där slätt endoplasmanät förekommer syntetiseras fettsyror och fosfolipider.

CELLENS BYGGNAD

92705_Genetik_ORIG.indd 23

23

09-09-03 08.30.34


STEFAN A ESCHER

Genetik

Genetik

Genetiken ägnar sig åt fundamentala problem inom biologin, som biologisk variation, arvsanlagens uppkomst och förändring och arvsmassans sammansättning och funktion. Dess tillämpningar kan spåras inom vitt skilda områden inom teknik och samhällsliv och den växande genetiska kunskapen ger upphov till frågeställningar som sträcker sig långt utanför forskningens domäner. Genetikens grunder är därför inte bara av intresse för biologer utan en angelägenhet för alla.

STEFAN A ESCHER ANSSI SAURA

Författarna är verksamma vid Umeå universitet, där Anssi Saura är professor emeritus i genetik och Stefan A Escher lektor i genetik.

ANSSI SAURA

GENETIK är det första svenska standardverket i ämnet på trettio år. Boken ger en grundlig genomgång av alla genetikens basfakta och begrepp, från den genetiska koden via Mendels lagar till de principer som styr livets utveckling. Perspektivet är allmänbiologiskt och ger den molekylära bakgrunden till komplexa skeenden i individer, populationer och arter, men förklarar också omvänt hur evolutionära processer får konsekvenser på DNA-nivå. Boken avslutas med några kapitel som behandlar mekanismerna bakom genetiska sjukdomar, cancer och immungenetik samt en översikt över de vanligaste gentekniska metoderna. De många illustrationerna och exemplen konkretiserar resonemangen på ett pedagogiskt sätt. Boken vänder sig till studenter som läser grundkurser i genetik, men kan även med fördel läsas av dem som bara råkar vara intresserade av ämnet eftersom den är lättläst och inte kräver förkunskaper i andra ämnen.

Best.nr 47-09345-8 Tryck.nr 47-09345-8

4709345ot.indd 1

09-09-02 13.48.17

9789147093458  

Genetik STEFAN A ESCHER ANSSI SAURA Liber AB,   Stockholm tfn -   www.liber.se kundservice tfn -  , fax -  ...

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you