Hvernig virka erfðapróf?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvernig virka erfðapróf?
Upprunalega hljóðaði spurningin svona:

Hvað er DNA og hvernig virka DNA-próf?

Til þess að svara fyrri hluta upprunalegu spurningarinnar er vísað á svar Guðmundar Eggertssonar við spurningunni Hvað er DNA og RNA og hvert er hlutverk þeirra?

Engir tveir einstaklingar hafa sama erfðaefni, nema auðvitað eineggja tvíburar.^[1] Ástæðan er sú að í erfðaefni er breytileiki sem verður til vegna stökkbreytinga erfðaefnis og endurröðunar á litningunum. Breytileiki í DNA er margskonar, en hér útskýrum við tvær algengustu gerðirnar, kirnabreytileika og lengdarbreytileika. Þessar tvær gerðir eru kannaðar í langflestum erfðaprófum. Þess háttar próf ganga einnig undir heitinu DNA-próf.

Kirnabreytileiki er frávik á einum tilteknum stað í erfðamenginu, til dæmis basa 100 í geni X. Ímyndum okkar að röðin þar sé AGCCCTGGAGA. Einhvern tímann varð stökkbreyting, sem víxlaði T fyrir A. Þannig varð til önnur útgáfa af geninu (kallað samsæta eða allel) með röðina AGCCCAGGAGA. Ef við skoðum þennan bút í ólíkum einstaklingum, eru sumir með T á báðum litningum^[2], aðrir með A á báðum og einhverjir með A og T.

Lengdarbreytileiki er algengastur í stuttum endurtekningum í erfðaefninu, sem kallast því framandi nafni DNA-örtungl, en það er þýðing á enska orðinu microsatellites. Sumstaðar eru tveir eða fleiri basar endurteknir oft í röð, eins og til dæmis CACACACACA, þar sem CA er endurtekið 5 sinnum. Önnur samsæta getur verið með 3 eintök, það er að segja CACACA. Fleiri tilbrigði eru algeng, til dæmis með 4, 6 eða fleiri endurtekningar.

Eins og gefur að skilja er miklu meiri breytileiki í DNA-örtunglum en kirnabreytingum. Kirnabreytingar geta mest verið með 4 ólíkar gerðir (A, C, G eða T), en lengdarbreytileiki er oft með 10-20 ólíkar gerðir. Ástæðan er sú að endurteknar raðir eru óstöðugri en venjuleg gen og stökkbreytast því hraðar, en á móti bera þær í sér meiri upplýsingar en kirnabreytileiki. Því voru þær notaðar í fyrstu erfðaprófin.

Hversu mikill erfðabreytileiki er manna á meðal? Í erfðamengi okkar eru rúmlega 20.000 gen, hvert um sig með marga kirnabreytileika. Samkvæmt mati eru um 15.000.000 algengar kirnabreytingar í erfðamengi mannkyns.^[3] Við fáum erfðaefni frá foreldrum okkar, helming frá hvoru. Í gegnum ættartré fjölskyldunnar fáum við líka afrit af 1/4 af genum afa og ömmu, í báðar ættir, og 1/8 frá hverjum langafa eða langömmu. Erfðaefni skyldra einstaklinga er líkara en erfðaefni tveggja óskyldra einstaklinga í stofninum. Hvað er stofn veltur á skilgreiningu okkar. Það geta verið til dæmis Kjósverjar, Íslendingar eða allir jarðarbúar. Vegna hins gríðarlega fjölda stökkbreytinga, og þeirrar staðreyndar að litningar stokkast upp í hverri kynslóð, fá engir tveir einstaklingar sömu samsætur á öllum genum og litningum sínum (nema eineggja tvíburar). Þess vegna er hægt að greina sundur fólk með erfðaprófi.

Til að framkvæma erfðapróf þarf lífsýni, sem gefur nægilega gott erfðaefni. Aðferðum sameindalíffræðinnar er beitt til að greina erfðabreytileika (stundum kölluð erfðamörk). Fjöldi erfðabreytileika fer eftir markmiði rannsóknar og umfangi. Niðurstöðurnar þarf að bera við aðra einstaklinga eða hópa. Þrennskonar erfðapróf eru útskýrð hér.

Í einfaldasta tilfelli er bara einn breytileiki athugaður. Taka má dæmi um kyngreiningu. Athugað er hvort kynákvarðandi litningur eða gen sé til staðar, sem dugar til að segja til um hvort einstaklingur sé karl eða kona. Meðal mannfólks er kyn yfirleitt augljóst á ytri einkennum, þótt merkilegar undantekningar frá reglunni þekkist. En hjá öðrum tegundum er kyn oft á huldu uns kynþroski kemur fram. Aðferðinni má einnig beita til að greina hvort barn erfir gallað gen frá foreldri, til dæmis þekkta samætu í geni sem ýtir sterklega undir sjúkdóm.

Í öðrum tilfellum er hægt að meta skyldleika einstaklinga, eins og þegar ákvarða þarf faðerni. Fyrir faðernispróf þarf sýni úr barni, móður og þeim sem mögulega gætu verið feður þess. Þá eru margir erfðabreytileikar skoðaðir. Í töflunni hér fyrir neðan skoðum við hvernig túlka má breytileika í einu geni (gen 1) sem skoðað var í barni, móður og þremur mögulegum feðrum.

	Gen 1
Móðir	AA
Barn	AT
Mögulegur faðir 1	TT
Mögulegur faðir 2	AA
Mögulegur faðir 3	TA

Við sjáum að barnið er arfblendið um ákveðinn erfðabreytileika í geni 1 (AT). Þar sem móðirin er arfhrein AA, vitum við að T samsætan kom frá pabbanum. Miðað við arfgerðir þriggja mögulegra feðra, koma bara pabbi 1 og pabbi 3 til greina. Til að skera úr um hver faðirinn er þarf meiri upplýsingar. Með fleiri genum eykst greiningarhæfnin.

í næstu töflu sjást gögn fyrir gen 1 og fjögur önnur gen. Við sjáum að breytileiki í genum 2 og 4 bætir engu við. En gen 3 bætir við upplýsingum, og nú koma bara pabbi 2 og 3 til greina. Miðað við gen 1-4 er líklegast að númer 3 sé faðirinn. Breytileikinn í geni 5 staðfestir það. Barnið fékk G samsætuna á geni 5 frá númer 3.

	Gen 1	Gen 2	Gen 3	Gen 4	Gen 5
Móðir	AA	GC	GG	TT	CC
Barn	AT	GC	GT	TC	GC
Mögulegur faðir 1	TT	GC	GG	TC	CC
Mögulegur faðir 2	AA	CC	TT	TT	CC
Mögulegur faðir 3	TA	GG	GT	TC	GC

Aðferðina má einnig nota til að meta tengsl fjarskyldari einstaklinga. Til dæmis skyldleika frændsystkina eða til að finna skyldleika barns við afa og ömmu, ef lífsýni frá öðru foreldri vantar. Á sambærilegan hátt nýtir lögreglan erfðapróf til að meta hvort einstaklingur sé viðriðinn glæp, til dæmis ef hár finnst á vettvangi. Bandaríska alríkislögreglan FBI notaði 13 DNA-örtungl til að rannsaka lífsýni og bar við gagnagrunn eða sýni frá grunuðum.

Þriðja hagnýting erfðaprófa er til að greina uppruna einstaklinga til þjóða og ættbálka. Hér erum við komin á svið stofnerfðafræði, sem fjallar um tíðni samsæta og gena í stofnum og krafta sem virka á erfðabreytileikann. Með því að skoða tugþúsundir eða milljónir breytilegra staða í erfðamenginu er hægt að greina skyldleika þjóða og þjóðarbrota. Þá er hægt að meta hvort að einstaklingur sé ættaður úr Kjósinni eða Helsingjabotni, frá Timbuktú eða Khartoum. Einnig er hægt að rekja ættmeiða hvatbera og Y-litninga, sem erfast í kven- og karllegg. Þannig er hægt að greina uppruna þjóða og einstaklinga, upp að vissu marki.

Samantekt:

• Nýta má erfðabreytileiki til að greina einstaklinga.
• Með því að bera saman arfgerðir lífsýna, er hægt að greina faðerni barns.
• Erfðapróf má nota í rannsóknir á uppruna einstaklinga og skyldleika.

Neðanmálsgreinar:

1. ^ Reyndar hefur komið í ljós að erfðaefni þeirra er ekki nákvæmlega eins.
2. ^ Við fáum tvö eintök af flestum genum frá foreldrum okkar.
3. ^ Fjöldinn fer eftir því hvað við álítum algenga breytingu. Hér er miðað við um það bil 1/1000 eða algengara (en matið er sannarlega ónákvæmt). Ekki er allur breytileiki í genum, því þau telja bara 1-2% af erfðaefninu okkur. Bróðurpartur breytileikans er utan gena, en við látum það atriði liggja milli hluta hér.

Myndir:

• Dna-SNP.svg - Wikimedia Commons. (Sótt 23. 5. 2016).
• DNA Testing | United Paralegals of America. (Sótt 24. 5. 2016).

...