Välkommen

Tet genetiska fältet genetik är anmärkningsvärt eftersom det innehåller nyckeln till vårt förflutna och vår framtid. Våra gener består av DNA-sekvenser och visar hur livet skapade vägar och utvecklades till de varelser och växter som vi känner och älskar på jorden idag.
Strängar av genetisk kod kan också ha makt över oss i form av virus, mutationer som leder till cancer med mera, men vi har börjat utnyttja genetiken för att slå tillbaka med hjälp av anmärkningsvärda framsteg inom genforskningen, som producerar vacciner och kraftfull genterapi.
I det här bookazinet tar vi dig genom genetikens värld för att hjälpa dig att förstå denna viktiga del av vetenskapen. Ha det så trevligt!

© Getty

förståelse av genetik

Innehåll

mänsklig genetik

08 	Genetik
Välkommen till genetikens värld och ta reda på varför den är så viktig
12 	Den genetiska revolutionen
Den genetiska vetenskapens historia
18 	DNA
Upptäck hur vår genetiska kod lagras och hur den avkodas
28 	Hur barn blir till
Hur en fusion av celler och gener skapar en helt ny människa
34 	Kan vi leva för evigt?
Avkodar hemligheterna bakom åldrandet och undersöker om vi kan hejda dess utveckling
44 	Hur fungerar släktforskningstester
Inblick i trenden att utforska sina anor med hjälp av en genetisk rapport

evolution

50 	Hur livet utvecklas
Gå in på de biologiska vägar som har gett oss dagens varelser
56 	Myter om evolutionen
Avslöja missuppfattningarna
62 	Är rädslor genetiskt betingade?
Hur rädsla ärvs från föräldrarna
64 	Generationens minne
Utforska ursprunget till våra instinkter
66 	Utvecklas vi fortfarande?
Den mänskliga evolutionen kan ha slutat..
72 	Möt mutanterna
Hur genetiska misstag formar arter
80 	Katter vs hundar
Avslöja skillnader och likheter mellan våra husdjur

44

08

hälsa

90 	Virus
Hur en liten samling av genetisk kod kan förstöra din kropps dag
96 	DNA- och mRNA-vacciner
Ta reda på mer om de senaste vapnen i kampen mot virus
102 Hur vi ska bota cancer
Sätten vi kan korrigera kursen när kroppens celler går överstyr

102

56

innehåll

96

18

118

112

90

126

genetik
vetenskap

112 Designer-mikrober
Att ändra generna hos mikrober har långtgående fördelar
118 Hur kloning av djur fungerar
Hur fåret Dolly kom till
122 Kloning av människor
Varför det inte är en så bra idé..
124 GMO
Hur och varför forskare genmodifierar organismer
126 GM-livsmedel
Hur livsmedelsproduktionen förändras
128 Genetiskt ingripande
Genom att ändra en växts gener kan den rustas för insektskrigföring

72

Människan
Genetik

genetik

Genetik

Från arv till genetiska sjukdomar - vilka hemligheter döljer sig i våra gener och hur avgör de vilka vi är?

Gärftliga gener definierar vilka vi är. De är den grundläggande enheten i arvsmassan och innehåller var och en en kodad uppsättning instruktioner för att tillverka ett protein. Människan har uppskattningsvis 20.500 gener, som varierar i längd från några hundra till mer än 2 miljoner baspar. De påverkar alla aspekter av vår fysiologi och utgör den kod som bestämmer vårt fysiska utseende, de biokemiska reaktioner som sker i våra celler och till och med, enligt många, vår personlighet.
Varje individ har två kopior av varje gen - en ärvd från vardera föräldern. Inom befolkningen finns det flera alleler av varje gen - det vill säga olika former av samma kod, med mindre förändringar i sekvensen. Dessa alleler utför samma underliggande funktion, men det är de subtila skillnaderna som gör var och en av oss unik.
Inuti våra celler (utom röda blodkroppar) finns en kärna som innehåller vår genetiska information: deoxiribonukleinsyra (DNA). DNA är en kod på fyra bokstäver som består av baserna adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T). Som molekylärbiologen Francis Crick en gång förklarade: "DNA gör RNA, RNA gör protein och proteiner gör oss." Våra gener är lagrade i grupper om flera tusen på 23 kromosompar i cellkärnan, så när en cell behöver använda en viss gen gör den en tillfällig kopia av sekvensen i form av ribonukleinsyra (RNA). Denna kopia innehåller all information som krävs för att tillverka ett protein - människokroppens byggstenar.

DNA:s kemiska struktur

Nukleotid
DNA är en polymer som består av byggstenar som kallas nukleotider.

Vi sätter deoxiribonukleinsyra under mikroskopet

Fosfat
Fosfatgrupper binder samman sockerarterna i angränsande nukleotider och bildar en fosfatryggrad.

T

Vätebindning
Två baser interagerar med varandra genom vätebindningar (svaga elektrostatiska interaktioner som håller ihop DNA-strängarna).

A

Socker
Varje bas är kopplad till ett femkolssocker som kallas deoxyribos.

Nukleobas
Varje nukleotid innehåller en bas, som kan vara en av fyra: adenin (A), tymin (T), guanin (G) eller cytosin (C).

Human Genome Project syftade till att kartlägga hela det mänskliga genomet; denna karta är i praktiken en ritning för hur man skapar en människa. Med hjälp av den information som döljer sig i vår genetiska kod har forskare identifierat gener som bidrar till olika sjukdomar. Genom att logga vanliga genetiska variationer i den mänskliga populationen har forskarna identifierat över 1.800 sjukdomsassocierade gener, som påverkar sjukdomar som sträcker sig från bröstcancer till Alzheimers. De underliggande genetiska faktorer som påverkar komplexa sjukdomar som hjärtsjukdomar är fortfarande inte helt klarlagda, men genom att genomet finns tillgängligt för studier blir det mycket lättare att identifiera de genetiska riskfaktorerna.
Intressant nog visade Human Genome Project att vi har mycket färre gener än vad som först förutspåddes; endast två procent av vårt genom kodar för proteiner. Resten av DNA:t är så kallat "icke-kodande" och har andra funktioner. Inom många av människans gener finns icke-kodande regioner som kallas introner, och mellan generna finns intergeniskt DNA. En föreslagen funktion är att dessa sekvenser fungerar som en buffert för att skydda den viktiga genetiska informationen från mutationer. Annat icke-kodande DNA fungerar som strömbrytare, som hjälper cellen att slå på och av gener vid rätt tidpunkt.
Genetiska mutationer är källan till variation i alla organismer. De flesta genetiska mutationer sker när DNA kopieras, när cellerna förbereder sig för att dela sig. Det molekylära maskineriet som ansvarar för att duplicera DNA är benäget att göra fel och gör ofta misstag, vilket resulterar i förändringar i DNA-sekvensen. Det kan vara så enkelt som att av misstag byta ut en bas mot en annan (t.ex. A mot G) eller så kan det vara mycket större fel, som att lägga till eller ta bort baser. Cellerna har ett reparationsmaskineri som korrigerar felen när de uppstår och till och med dödar cellen om den gör ett stort misstag, men trots detta slinker vissa fel igenom.
Under hela ditt liv kommer du att få många cellmutationer. Många av dessa är ofarliga, eftersom de uppstår i icke-kodande DNA-regioner eller förändrar genen så marginellt att proteinet i stort sett inte påverkas. Vissa mutationer leder dock till sjukdom. Om mutationer förs in i spermie- och äggcellerna kan de föras vidare till nästa generation. Alla mutationer är dock inte dåliga, och denna process med slumpmässigt införda förändringar i DNA-sekvensen utgör det biologiska underlaget för Darwins evolutionsteori. Det är lättast att observera detta hos djur. Ta till exempel den pepprade malen. Före den industriella revolutionen hade de flesta av dessa malar vita vingar, vilket gjorde att de kunde gömma sig mot ljusa träd och lavar. En minoritet hade en muterad gen som gav dem svarta vingar, vilket gjorde dem till ett lätt mål för rovdjur. När fabrikerna började täcka träden med sot hade de ljusa malarna svårt att gömma sig i den mörkare miljön, och de svarta malarna blomstrade. De överlevde mycket längre, vilket gjorde att de kunde föra sin mutation vidare till sina avkommor och förändra genpoolen.
Det är lätt att se hur en genetisk förändring som den som inträffade hos den pepprade malen kan ge en art en fördel, men hur är det med genetiska sjukdomar? Även dessa kan vara till vår fördel. Ett bra exempel är sicklecellanemi - en genetisk sjukdom som är ganska vanlig hos den afrikanska befolkningen. En mutation i en enda nukleotid gör att hemoglobinet, det protein som binder syre i de röda blodkropparna, veckas fel. I stället för att bilda sin rätta form klumpar hemoglobinet ihop sig, vilket gör att de röda blodkropparna deformeras. De får då svårt att passera genom trånga kapillärer och skadas eller förstörs ofta. Den här genetiska mutationen finns dock kvar i befolkningen eftersom den har en skyddande effekt mot malaria. Malariaparasiten tillbringar en del av sin livscykel inuti röda blodkroppar, och när sicklecellerna spricker hindras parasiten från att föröka sig. Personer med en kopia av sicklecellsgenen och en kopia av den friska hemoglobingenen har få symtom på sicklecellanemi men är också skyddade mot malaria, vilket gör att de kan föra genen vidare till sina barn.
Genetik är ett komplext område som utvecklas snabbt, och man upptäcker hela tiden mer information om DNA:s funktion. Det är nu känt att miljöpåverkan kan förändra det sätt på vilket DNA förpackas i cellen, vilket begränsar tillgången till vissa gener och förändrar proteinernas uttrycksmönster. Dessa modifieringar, som kallas epigenetik, förändrar inte den underliggande DNA-sekvensen utan reglerar hur cellen får tillgång till och använder den. Epigenetiska förändringar kan föras vidare från en cell till dess avkomma och utgör ytterligare en mekanism genom vilken genetisk information kan modifieras över generationer.

Kartläggning av det mänskliga genomet

Tdet mänskliga genomprojektet

Hur ser vår genetiska uppsättning ut jämfört med andra varelsers?

Human Genome Project, ett initiativ för att kartlägga sekvensen av hela den mänskliga genetiska koden, inleddes 1990 och avslutades 2003. Den 3,3 miljarder baspar långa sekvensen delades upp i avsnitt om cirka 150.000 baspar och sekvensen för varje avsnitt identifierades. Dessa sammanfogades sedan och användes för att kartlägga informationen på kromosomer för att avgöra vilka gener som fanns på varje kromosom - och i vilken ordning. Genomkartan (till höger) visar en mänsklig kromosom jämfört med andra djur; färgerna är en "värmekarta" som visar områden där genetisk information har bevarats genom evolutionen (ju mer fragmenterat mönstret är, desto fler skillnader finns det i den genetiska koden).

Zebrafisk
Skillnaden mellan fisk och däggdjur skulle ha inträffat mycket tidigt i evolutionen, så likheterna i våra gener är mycket fragmenterade.

Människa
Den här ringen representerar generna på en mänsklig kromosom, där siffrorna ger en uppfattning om skalan.

Schimpans
En av våra närmaste levande släktingar - de heldragna banden visar att vi delar en stor del genetisk information (dvs. 98 procent).

Kyckling
Trots att vi inte är nära besläktade med fåglar har kycklingen ändå DNA-områden som är ganska lika våra.

Hund
Vissa delar av hundens arvsmassa skiljer sig mycket från vår, men de rosa banden visar ett område som har bevarats.

Råtta
Musens och råttans arvsmassa har liknande mönster, vilket visar på dessa gnagares nära evolutionära släktskap.

Musen
Det finns mindre gemensamt mellan människa och mus (90 procent), men vi är tillräckligt lika för att möss ska vara en bra vetenskaplig modell för att studera mänskliga sjukdomar.

Använda genetik för att döma brottslingar

Kriminaltekniker kan använda DNA-spår för att identifiera individer som är inblandade i brottslig verksamhet. Endast cirka 0,1 procent av arvsmassan skiljer sig åt mellan olika individer, så i stället för att sekvensera hela arvsmassan tar forskarna 13 DNA-regioner som man vet varierar mellan olika människor för att skapa ett "DNA-fingeravtryck". I var och en av dessa regioner finns det två till 13 nukleotider i ett upprepande mönster som är hundratals baser långt - längden varierar mellan olika individer. Små bitar av DNA - så kallade prober - används för att identifiera dessa upprepningar och längden på varje bit bestäms med en teknik som kallas polymeraskedjereaktion (PCR). Oddsen för att två personer ska ha samma 13-regioners profil anses vara en på en miljard eller ännu mindre, så om alla 13 regioner visar sig vara en matchning kan forskarna vara ganska säkra på att de kan knyta en person till en brottsplats.

Bärarbarn
Två av fyra barn kommer att vara anlagsbärare, precis som sina föräldrar, med en normal och en felaktig gen.

Friska barn
Ett av fyra barn kommer att få en frisk gen från fadern och en från modern.

Varför ser vi ut som våra föräldrar?

Det är en vanlig missuppfattning att vi ärver hela egenskaper från våra föräldrar - t.ex. "Du har din pappas ögon" I själva verket är arvet mycket mer komplicerat - flera gener samverkar för att skapa egenskaper i det fysiska utseendet; inte ens ögonfärgen beror bara på en gen som kodar för "blå", "brun" eller "grön" osv. Kombinationerna av gener från båda våra föräldrar skapar en blandning av deras egenskaper. Det finns dock några exempel på enskilda gener som helt på egen hand ger upphov till en uppenbar fysisk egenskap. Dessa kallas mendelska egenskaper, efter forskaren Gregor Mendel som studerade genetiskt arv hos ärtor på 1800-talet. En sådan egenskap är albinism - avsaknad av pigment i hud, hår och ögon på grund av en defekt i det protein som tillverkar melanin.

Bärarföräldrar
Båda föräldrarna bär på albinismgenen (mörkrosa), men de har en normal gen (ljusrosa), så de kan tillverka melanin.

Gameterna
Varje barn ärver en gen från modern och en från fadern.

Drabbat barn
Ett av fyra barn får två kopior av den felaktiga genen och kan därför inte producera melanin.

Visste du att?
Bakterier har cirka 4 000 gener, jäst har 6 000, bananflugor har 13 000 och nematodmaskar har 18 000

Tden genetiska revolution

Från upptäckten av DNA till början av genredigering på mindre än 200 år

den genetiska
revolution

Inder 1800-talet upptäckte den schweiziske biologen Friedrich Miescher något märkligt. När han bröt upp kärnorna i vita blodkroppar fann han ett fosforrikt ämne som han inte hade sett förut. Han döpte det till nuklein. Idag känner vi till det som DNA.
DNA står för deoxiribonukleinsyra. Tack vare den ryskfödde amerikanske forskaren Phoebus Levene vet vi att det består av tre delar. Fosforn som Miescher lade märke till kopplas till ett femhörnigt socker som kallas deoxyribos. Denna är i sin tur kopplad till en kväveinnehållande struktur som kallas "bas". Fyra olika baser utgör de kemiska bokstäverna i den genetiska koden, och sockerarterna och fosfaterna sammanfogar dem till långa strängar.
De fyra DNA-bokstäverna är adenin, cytosin, guanin och tymin. Vi känner oftast igen dem genom förkortningarna av deras första bokstav: A, C, G och T. I en bit DNA matchar mängden A T och mängden C matchar G, men det var inte förrän James Watson och Francis Crick som vi fick reda på varför. Detta Nobelprisvinnande par avslöjade molekylens struktur.
Rosalind Franklin och Maurice Wilkins hade tagit en bild av DNA med hjälp av röntgenstrålar. Med hjälp av bilderna och kartongbitar av var och en av DNA-baserna lekte Watson och Crick med möjliga konfigurationer. År 1953 kunde de slutligen avslöja att DNA är en dubbelhelix.
Två kodsträngar bildar ett par som är strukturerat som en vriden stege. Baserna på den ena strängen klamrar sig fast vid baserna på den andra via vätebindningar och bildar stegens stegpinnar. Sockerarterna och fosfaterna bildar stegens sidor, eller "ryggraden". Utrymmet mellan stegpinnarna gör det möjligt för andra molekyler att läsa eller kopiera koden.
DNA är högerkrökt och strängarna innehåller motsatta sekvenser som löper i motsatta riktningar. A:na på den ena strängen klamrar sig fast vid T:na på den andra, medan C:na samarbetar med G:na. Den ena strängen lagrar koden som löper uppifrån och ner och den andra lagrar den inverterade koden som löper nerifrån och upp. Varje sträng har en upp- och en nedsida, som forskarna kallar 5'-ändarna (uttalas fem primtal) och 3'-ändarna (tre primtal). Dessa fungerar ungefär som att ha en stor bokstav i början av en mening och en punkt i slutet, och talar om för cellen i vilken riktning den ska läsa koden.
DNA:s struktur har blivit ikonisk, men den distinkta vridningen är en vanlig kemisk finurlighet hos biologiska molekyler. Kollagensträngarna i din hud vrider sig som rep, och det gör även keratinet i ditt hår. DNA:s byggstenar är asymmetriska, och när de staplas på varandra är de ojämna. När Watson och Crick väl hade avslöjat strukturen var nästa steg att knäcka koden. Den vetenskapligt ansvarige kryptografen var Marshall Nirenberg.
Proteiner utgör merparten av kroppens molekylära maskineri, och cellerna bygger upp dem av block som kallas aminosyror. Det finns 20 olika block att välja mellan, så Nirenberg placerade dem i varsitt rör. För att förstå vad olika DNA-sekvenser betydde skapade han syntetiska kodsträngar. Efteråt tittade han på vilka aminosyror som skulle hänga ihop med olika sekvenser. Hans arbete avslöjade att DNA lagrar information som "ord" med tre bokstäver. Det finns ett ord för "start", som signalerar början på en gen, det finns tre ord för "stopp", som signalerar slutet, och däremellan finns det 60 andra "kodon" med tre bokstäver som motsvarar aminosyror.

N

H

O

CH3

Socker

Adenin (A)

Tymin (T)

Watson och Crick står bredvid sin berömda modell av DNA:s dubbelhelix

Guanin (G)

Cytosin (C)

Adenin parar sig alltid med tymin och cytosin parar sig alltid med guanin

Hur det mänskliga genomet sekvenserades

Det humana genomprojektet var ett av de största vetenskapliga projekt som någonsin genomförts. Ett internationellt team av forskare arbetade tillsammans för att läsa av alla 3,2 miljarder baspar i människans DNA. De kartlade varje mänsklig gen med hjälp av en teknik som kallas BAC-sekvensering (bacterial artificial chromosome).
Först delade de upp varje kromosom i bitar som var cirka 200.000 baspar långa. Sedan placerades de i 20 000 DNA-slingor. Bakterierna kopierade sedan slingorna och byggde upp ett stort DNA-bibliotek. Forskarna klippte sedan det klonade DNA:t i fragment om 2 000 baspar. En sekvenserare läste fragmenten och de pusslade ihop koden igen genom att leta efter områden som överlappade varandra.
Innan projektet startade trodde man att ett så komplicerat genom som vårt skulle kunna innehålla mer än 100 000 gener. Men när resultaten kom fram stod det klart att det rörde sig om färre än 25.000. Med den här kunskapen fortsätter forskarna att utforska vår genetiska kod för att ta reda på var vi kommer ifrån, hur vi fungerar och varför våra kroppar går fel.

Det humana genomprojektet var ett vetenskapligt samarbete av aldrig tidigare skådat slag

© SPL; Getty

DNA:s obesjungna hjältar

Med chiffret i handen var nästa steg att avkoda genomet. För att göra detta uppfann Frederick Sanger DNA-sekvensering 1977. Hans banbrytande teknik gick ut på att bryta koden i överlappande bitar. Han kopierade sedan varje del i närvaro av "kedjeavslutande" nukleotider. Dessa stoppar kopieringsprocessen i ett tidigt skede och visar vilken bas som just har anslutit till slutet av sekvensen. Bit för bit avslöjar processen varje bokstav i koden. När Sanger hade sekvensen för varje bit kunde han sedan sätta ihop dem igen som ett pussel.
Med detta nya verktyg läste forskarna av det första fullständiga genomet 1995. Det tillhörde bakterien Haemophilus influenzae. För första gången hade forskarna en fullständig bruksanvisning för hur man skapar en levande organism. År 2000 var forskarna klara med bananflugans genetiska kod. År 2002 färdigställde de musen. Och ett år senare kom sekvenseringens heliga graal: det kompletta mänskliga genomet.
Med tillgång till dessa manualer kunde forskarna börja förstå hur saker och ting fungerar och varför de går fel. I början av 2000-talet hade de samlat på sig en kraftfull uppsättning molekylära verktyg som hjälp i sina undersökningar. Ändå skulle det vara en uppfinning från två decennier tidigare som skulle visa sig vara en avgörande pusselbit i uppdraget att helt avkoda mänskligt DNA.
År 1983 uppfann den amerikanske biokemisten Kary Mullis en teknik som kallas polymeraskedjereaktion (PCR), en prestation för vilken han fick Nobelpriset i kemi 1993. PCR är en DNA-fotokopiator som kan skapa miljontals identiska sekvenser från en DNA-sträng. Först höjs temperaturen så att dubbelhelixen delas upp. Sedan följer ett enzym som kallas polymeras med och kopierar DNA:t. Slutligen sjunker temperaturen och strängarna

James Watson och Francis Crick är världsberömda för att ha upptäckt DNA:s struktur, men många fler forskare har bidragit med avgörande insatser inom området

1869

Upptäckten av nuklein
Friedrich Miescher hittade en molekyl i cellkärnan som innehöll ovanliga mängder fosfor. Han kallade substansen för "nuklein".

1910

Nukleinsyror
Albrecht Kossel ägnade hela sin karriär åt att studera nukleins sammansättning. Han upptäckte de fem nukleinsyrorna och fick Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1910.

1947

Två strängar
James Michael Creeth upptäckte hur DNA-strängarna håller ihop. Han förutspådde att fosfaten och sockerarterna bildade en ryggrad och att baserna klamrade sig fast däremellan.

1950

Par av baser
Erwin Chargaff mätte mängden av varje nukleinsyra i DNA. Han fann att det alltid fanns samma mängd av A och T och C och G - de kom i par.

1951

Pionjär inom röntgen
William Astbury var fysiker. Han var den förste som försökte använda röntgenstrålar för att lösa DNA:s struktur.

1952

Bild 51
Rosalind Franklin vid King's College i London tog fram det röntgenfoto som Watson och Crick använde för att ta reda på DNA:s struktur.

Berkeley-forskaren Jennifer Doudna uppfann CRISPR-tekniken för genmodifiering

1953

Från King's till Cambridge
Maurice Wilkins arbetade tillsammans med Rosalind Franklin med röntgenbilderna av DNA. Han gav det opublicerade "foto 51" till Francis Watson i Cambridge.

1977

DNA-sekvensering
Den tvåfaldige Nobelpristagaren Frederick Sanger är DNA-sekvenseringens fader. Han uppfann "dideoxymetoden", som räknar ut sekvensen en DNA-bokstav i taget.

En revolution inom genredigering

Precisionsgenredigering med CRISPR-Cas9 kan förändra vårt sätt att interagera med vår arvsmassa

CRISPR står för "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat". Akronymen beskriver delar av DNA som läses likadant framåt och bakåt (palindromer). De förekommer i grupper hos vissa bakterier och arkéer och utgör en del av deras försvar mot virus.
När ett virus invaderar bakterien klipper den ut en bit av sin genetiska kod och placerar den mellan två CRISPR-sekvenser. Därefter gör den kopior av CRISPR-DNA:t och det virus-DNA som ligger emellan. Kopiorna, som är gjorda av RNA, är som DNA men existerar som enkelsträngar istället för dubbelhelixer. Det innebär att de oparade baserna är fria att fästa sig vid vilken matchande kod som helst som de hittar inne i cellen. Om samma virus angriper igen håller sig RNA:t till sin genetiska kod. Det är här den andra delen av systemet kommer in i bilden.
CRISPR arbetar tillsammans med molekyler som kallas Cas (som står för CRISPR-associated). De är molekylära saxar som klipper av gener, och RNA:t bär Cas till den matchande virala genetiska koden, vilket gör det möjligt för Cas att klippa upp den. Forskare kan kapa systemet för genteknik genom att ersätta RNA med en egen sekvens. Genom att utforma sekvensen så att den matchar en del av en gen kan de styra den molekylära saxen så att den gör specifika klipp i arvsmassan.
När cellen försöker reparera snittet gör den ofta misstag. Detta stör genen och stänger av den - en process som kallas silencing. Om forskarna tillhandahåller en DNA-mall kan cellen använda den som en guide för att reparera avbrottet och göra ändringar i genen.

Guide-RNA
Forskarna designar en kort bit av den genetiska koden som matchar målgenen.

Cas9
En molekylär sax fästs på guide-RNA:t.

Klipp
Cas9 klipper genom båda strängarna i DNA-helixen, vilket ger ett "dubbelsträngsbrott".

Redigering
En kort DNA-"mall" visar cellen hur den ska reparera brottet, ändra sekvensen och redigera genen.

CRISPR kan användas för att hjälpa immunförsvaret att bekämpa cancer

Hur CRISPR fungerar

Denna genmodifieringsteknik gör exakta snitt i DNA-helixen

Erkännande
Guide-RNA:t fäster vid den matchande delen av gensekvensen och styr Cas9 till rätt position.

Tystnad
Cellen försöker reparera brottet, förvirrar sekvensen och stänger av genen.

Tillämpningar
CRISPR kan redigera generna hos en mängd olika organismer, från livsmedelsgrödor till försöksdjur och embryon.

© Getty; University of Nottingham; Wiki/ Wellcome Images/ Kamil Kroplewski; SPL

Upptäckt av DNA-reparation

År 2015 fick Tomas Lindahl, Paul Modrich och Aziz Sancar Nobelpriset i kemi för sitt arbete med DNA-reparation.
Vårt DNA utsätts för angrepp från omgivningen. Ultraviolett ljus klibbar ihop DNA-baser och cigarettrök orsakar mutationer. När en cell delar sig uppstår kopieringsfel. Dessa forskares separata arbete fördjupade sig i det maskineri som hittar dessa skador och åtgärdar dem. Lindahl upptäckte "base excision repair", en process som klipper bort fel från genomet och gör om dem. Sancar hittade ett system som kallas "nucleotide excision repair", som tar bort och fixar fel som gör att DNA:t buktar ut. Modrich identifierade DNA:s "mismatch repair", som åtgärdar områden där baser på motsatta strängar inte matchar varandra.

Skador på DNA
DNA samlar på sig fel över tid. Vissa uppstår när cellerna gör kopieringsfel. Andra är resultatet av en miljöattack från cancerframkallande ämnen som UV-ljus, strålning eller cigarettrök.

De fluorescerande banden på denna gel är fragment av DNA

Baser

Parar sig med

C

G

Reparation av basexcision
Kemiska förändringar kan förändra basernas struktur över tid. Lindahl upptäckte base excision repair, som skär bort de skadade områdena och ersätter dem.

a

g

u

c

t

1
C förlorar en aminogrupp och bildar U. U kan inte paras ihop med G.

FEL

2
Enzymerna avlägsnar U och dess del av DNA-strängen.

3
Rätt bas sätts in och strängen förseglas.

korrekt

Reparation av nukleotidexcision
Miljögifter som UV-ljus kan klistra ihop närliggande baser så att de bildar utbuktningar. Sancar upptäckte nukleotidexcisionsreparation, som känner igen och reparerar dessa fel.

1
UV-strålning kan få två Ts att binda till varandra.

2
Ett enzym klipper av en 12-nukleotidsträng och avlägsnar skador.

3
Den uppkomna luckan i DNA:t fylls och förseglas sedan.

Reparation av missanpassning
Celler gör fel när de kopierar sin genetiska kod. Modrich hittade det system som rättar till dessa fel genom att klippa bort dem och ersätta dem med rätt baser.

1
Ibland stämmer inte nukleotiderna i kopierat DNA överens.

2
Enzymer avlägsnar en del som innehåller den felaktiga nukleotiden.

Utvidgning av den genetiska koden

2017 ökade ett forskarteam från Kalifornien storleken på DNA-alfabetet. År 2014 lyckades de få E coli-bakterier att lägga in olika kemiska baser i sitt DNA. Men då var de extra bokstäverna tysta - de stannade kvar i den genetiska koden, men de stavade inte till något användbart.
Nu har man uppgraderat cellerna så att de kan använda koden för att skapa "designerproteiner". I naturen arbetar cellerna med en verktygslåda bestående av 20 aminosyror, men det finns fler på konstgjord väg. Extra bokstäver öppnar upp för möjligheten att skriva nya genetiska ord som kodar för dessa aminosyror. I den senaste studien lade bakterier in onaturliga baser i sitt DNA. De använde sedan den nya koden för att lägga till ovanliga aminosyror i sina proteiner.

DNA
4 nukleotider, 2 baspar

RNA
4 nukleotider

Proteiner
Kan byggas med

20

Före

U

Aminosyror

Expanderat DNA
6 nukleotider, 3 baspar

Expanderat RNA
6 nukleotider

Efter

172

Y

X

Forskare försöker skapa designade proteiner med hjälp av nya genetiska baser och syntetiska aminosyror

hitta ett matchande par för att bilda en dubbelhelix igen. Forskarna kan välja var de vill starta och stoppa kopieringsprocessen genom att använda korta DNA-sträckor som kallas primers. Med detta verktyg till sitt förfogande blev det ännu enklare att studera enskilda gener.
Forskarna fick också tillgång till molekylära saxar som kallas restriktionsenzymer. Dessa klipper av DNA på specifika ställen och lämnar ofta ett litet överhäng. De "klibbiga ändarna" gör det möjligt för forskarna att limma ihop olika bitar av DNA, vilket öppnar dörren för genteknik.
Med hjälp av PCR kan forskarna göra kopior av en gen som de är intresserade av. Sedan klipper de upp en cirkel av bakteriellt DNA, en så kallad plasmid. De syr genen på plats och sätter tillbaka plasmiden i bakterien så att mikroberna kan läsa koden. Bakterierna använder genen som om den vore deras egen, avkodar orden på tre bokstäver och sätter ihop aminosyror till protein. Läkemedelsindustrin använder denna teknik för att tillverka mänskligt insulin för behandling av diabetes, och den används ofta i laboratorier för att tillverka protein för forskning. Men bakterier är inte de enda organismerna som kan ta emot främmande DNA. Biologer kan också föra in gener i djur- eller människoceller i en process som kallas transformation.
Mänskliga celler använder inte plasmider på samma sätt som bakterier, men det finns en liten chans att den genetiska kod som förs in i cellen smälter samman med genomet. I genteknikens barndom ökade forskarna chansen genom att göra avbrott i den genetiska koden. När cellen reparerade strängen blev det nya DNA:t en mall. Det fungerade, men det var svårt att styra de genetiska ändringarna till rätt plats.
På 1990-talet upptäckte forskarna "programmerbara nukleaser". Dessa molekyler har två delar: den ena fäster vid specifika DNA-sekvenser och den andra skär igenom strängarna. Forskarna kan designa DNA-sträckor så att de matchar specifika delar av genomet, vilket gör att de kan rikta DNA-saxen mot exakta delar av en gen.
De första programmerbara nukleaserna var "zinkfingernukleaser". Zinkfingrar är proteintrådar som känner igen tre baspar i DNA, och DNA-saxar kan användas för att förkorta sekvenserna av baser, men de är inte alltid exakta. De har så kallade "off-target-effekter", vilket innebär att saxen ofta av misstag hamnar på mer än en del av DNA:t.
Nästa steg upp var de transkriptionsaktivatorliknande effektornukleaserna, eller TALEN. Dessa innehåller TAL-effektorer: proteiner som tillverkas av bakterier och som känner igen DNA. Upprepningarna känner igen en bas i taget, vilket gör dem mer precisa än zinkfingrar. Det senaste och mest spännande programmerbara nukleaset är CRISPR, som utlovar en precision som aldrig tidigare skådats.
Med dessa verktyg till vårt förfogande är genteknik nu vanligt förekommande inom biomedicinsk forskning. Forskare använder den för att slå på och av gener för att studera deras effekter. De gör ändringar i cellers och djurs arvsmassa och manipulerar den genetiska informationen för att hitta förändringar som kan orsaka sjukdomar. De sätter in mänskliga gener i djur för att se vad de gör, de kapar bakterier för att tillverka stora mängder protein och de överför gener från ett djur till ett annat. Gener från fluorescerande manetproteiner används t.ex. för att få andra djur att lysa. Gentekniken är också på väg in i vardagslivet. Den har gett oss insulin för att behandla diabetes, A-rikt gyllene ris och sojabönor som är resistenta mot ogräsmedel. Nu börjar den också ta sig in i medicinen.
I början av 2000-talet genomgick 13 barn genterapi för att reparera en felaktig gen som hindrade deras immunsystem från att fungera. Tekniken botade nio av barnen, men det var inte perfekt. Två fortsatte att utveckla leukemi. Den reparerade genen hade satts in i fel del av arvsmassan och stört en gen som är involverad i att förebygga cancer.
För att gentekniken ska kunna bli ett kraftfullt kliniskt verktyg behöver vi mer kontroll. CRISPR utlovar bättre precision, men forskningen pågår fortfarande. Att kunna läsa av arvsmassan skulle kunna peka ut de fel som orsakar sjukdomar hos människor. Att kunna redigera den kan hjälpa oss att åtgärda dem.
I framtiden skulle gentekniken kunna ge oss nya bränslen, kemikalier och läkemedel. Den kan hjälpa oss att öka storleken på växter och djur och öka deras motståndskraft mot sjukdomar. Den skulle kunna hjälpa utrotningshotade arter att klara av förändrade miljöer eller återuppliva utdöda djur. Det kan till och med utmana uppfattningen om vad det innebär att vara människa.

Denna apparat är en prototyp av en av de första PCR-maskinerna för fotokopiering av DNA på 1980-talet

"Genteknik är numera vanligt förekommande inom biomedicinsk forskning"

Är det rätt att leka med våra gener?

Bör vi använda genmodifieringsteknik för att göra permanenta förändringar i människans DNA?

Gentekniken är häpnadsväckande, men många oroar sig för konsekvenserna. För närvarande sker den mesta genredigeringen i forskningslaboratorier, men den kan få allt fler användningsområden i den verkliga världen. Ett mål är att använda tekniker som CRISPR för att reparera felaktiga gener i cellerna hos sjuka barn och vuxna. Detta skulle kunna behandla deras sjukdom, men de genetiska förändringarna skulle inte överföras till deras avkomma.
Ett annat alternativ är att göra förändringar i spermie- och äggceller. De genetiska reparationerna skulle då föras vidare till nästa generation och varje generation därefter. Det är dock riskabelt att göra permanenta förändringar i människans genpool.
Vissa oroar sig för att vi ännu inte förstår det mänskliga genomet eller verktygen tillräckligt väl för att kunna garantera att ändringarna är säkra. Andra befarar att det är början på ett sluttande plan mot "designerbebisar". För närvarande förbjuder många länder denna typ av genredigering av könsceller.

Visste du att?
Forskare har hittat över 1 miljon hypotetiska alternativ till DNA, men ingen levande varelse använder dem

DNA

Att avslöja hemligheterna i vår genetiska kod kommer att göra oss till herrar över vår egen biologi

"DNA är en skattkista med information som vi bara har börjat utforska"

DNA är en av naturens största uppfinningar. Det är ett kemiskt bibliotek som kan lagra stora mängder data under miljarder år. Denna mikroskopiska struktur förs vidare från en generation av flora och fauna till nästa och är evolutionens motor. Varje levande varelse använder DNA som sin instruktionsmanual. De gener som finns i DNA:t instruerar cellerna hur de ska tillverka de proteiner de behöver för att överleva, växa och fortplanta sig.
DNA är också ett historiskt dokument som spårar den väg evolutionen har tagit för att skapa de växter och djur som vi ser idag. Genom att avslöja DNA:s hemligheter kan vi inte bara läsa våra egna livshistorier utan också förutse - och till och med förändra - framtiden.
DNA är en skattkista av information som vi bara har börjat utforska. Forskarna visste inte ens att det existerade förrän i slutet av 1800-talet, och det var inte förrän på 1950-talet som de verkligen började förstå hur det fungerade. På 1970-talet utvecklade forskarna äntligen en teknik som gjorde det möjligt att läsa bokstäverna i den genetiska koden. Plötsligt var det möjligt att titta in i vår egen bruksanvisning och se hur människan är uppbyggd.
Det tog över tio år att färdigställa den första kartan över det mänskliga genomet, och de resultat som kom fram var en stor överraskning. Forskarna hade förutspått att det skulle krävas så många som 100.000 gener för att bygga upp och underhålla en människokropp. Men Human Genome Project avslöjade att vi har mindre än en fjärdedel av det antalet. Till och med risväxter har fler gener än vad vi har.
Dagens teknik för gensekvensering är så avancerad att maskiner kan läsa av ett helt mänskligt genom på några timmar. Det finns miljontals individuella sekvenser som nu är offentliga, vilket gör det möjligt för forskare att undersöka de små genetiska skillnader som gör oss till dem vi är. Dessa skillnader är nyckeln till att förstå allt från vår familjehistoria och våra fysiska egenskaper till vår risk att utveckla sjukdomar.
För närvarande är vår förståelse av DNA fortfarande i sin linda, men vi står på tröskeln till en genetisk revolution. Att spåra vår biologi tillbaka till DNA-nivån kommer en dag att göra det möjligt att anpassa vår genetiska kod och till och med bota genetiska sjukdomar. Men innan vi når dit måste vi ta reda på vad varje bokstav i koden är till för.
Kopplingen mellan vissa gener och de egenskaper de styr är tydlig, men för de flesta är förhållandet komplext. Med så få gener i det mänskliga genomet är det oundvikligt att många har mer än en roll att spela. Generna arbetar tillsammans i komplexa och sammanlänkade nätverk för att forma de människor vi blir.
För att komplicera saken ytterligare utgör generna bara cirka en eller två procent av det mänskliga genomet. Resten av vår genetiska kod styr hur, när och varför vi använder våra gener. Hur det fungerar är för det mesta ett mysterium. Att förstå gennätverk - och lära sig att redigera dem - är nästa steg på vägen mot att bli mästare på vår egen biologi.

Vad är DNA?

Varje levande varelse är en följd av DNA - upptäck hur det fungerar här

Deoxyribonukleinsyra (DNA) är ett kemiskt bibliotek som lagrar stora mängder data under miljarder år. Denna mikroskopiska struktur förs vidare från en generation till nästa och är evolutionens motor. Varje levande varelse använder DNA som sin instruktionsmanual. Generna i DNA talar om för cellerna hur de ska tillverka de proteiner de behöver för att överleva, växa och fortplanta sig. Det må vara världens mest kända molekyl, men vad är det som händer inuti den där dubbelhelixen? I hjärtat finns fyra kemikalier som kallas nukleotider. Var och en innehåller en femhörningsformad sockermolekyl, en struktur som kallas fosfatgrupp och ett proteinfragment som kallas bas.
Sockret och fosfatgruppen är desamma för alla nukleotider. De fogas samman sida vid sida för att bilda ryggraden i varje DNA-sträng. Precis som LEGO-klossar kan de bara kopplas ihop åt ett håll; fosfatet i en nukleotid passar in i sockret i nästa. Det innebär att DNA-strängarna har en bestämd "upp" och "ned". Den övre änden kallas för 5-primäränden (5') och den nedre för 3-primäränden (3').
De två strängarna i en DNA-helix är vända i motsatta riktningar, den ena löper från fem primtal till tre primtal och den andra från tre primtal till fem primtal. De vrids ihop till en högerhänt helix. Om du tittar noga ser du att de omväxlande vridningarna är ojämna: ett stort (det stora spåret) och ett litet (det lilla spåret).
Baserna förbinder de två DNA-strängarna, ungefär som stegpinnarna i en stege. De bildar par, så kallade baspar, som är sammanlänkade genom starka interaktioner som kallas vätebindningar. Det finns fyra baser - adenin (A), cytosin (C), guanin (G) och tymin (T) - och de är extremt kräsna när det gäller vilka bindningar de vill bilda. Adenin parar sig bara med tymin och guanin parar sig bara med cytosin. Det innebär att om den ena strängen har sekvensen ATGC måste den andra ha sekvensen TACG.
Det är denna strikta parning som gör att en cell enkelt kan göra kopior av sin genetiska kod. Den packar helt enkelt upp de två strängarna och använder sedan båda som mallar för att sätta ihop två nya strängar genom att kopiera matchande nukleotider till de tomma platserna.
DNA:s viktigaste roll är att bära information från en generation till nästa. Denna information är skriven i kod, där de fyra baserna används som kemiska bokstäver. Forskarna har ännu inte lyckats avkoda betydelsen av hela det mänskliga mänskliga genomet, men de har knäckt koden som utgör våra gener.
Generna är de delar av DNA som innehåller instruktionerna för att tillverka proteiner: de molekyler som bygger upp våra kroppar och utför det hårda biokemiska arbete som håller oss vid liv.
Proteinernas byggstenar är aminosyror, och det finns 20 olika typer av aminosyror att välja mellan. Ordningen på aminosyrorna i ett protein avgör hur proteinet viks upp för att bilda en 3D-struktur och hur det beter sig inuti kroppen.
Instruktionerna för att bygga proteiner skrivs in i våra gener som strängar av ord med tre bokstäver som kallas kodoner. Det är möjligt att skapa 64 ord med tre bokstäver med hjälp av de fyra DNA-baserna. Det innebär att vissa genetiska ord, precis som på engelska, har samma betydelse.
Kodonet ATG betyder "börja" och signalerar att instruktionerna för att bygga ett protein börjar här. Kodonerna TAA, TAG och TGA betyder "stopp" och signalerar att proteinet slutar här. Resten motsvarar olika aminosyror. Cellerna kopierar de gener de vill använda och läser igenom kodonen ett efter ett, väljer ut den matchande aminosyran och kopplar den till en växande sträng. När de når ett stoppkodon vet de att strängen är komplett och att proteinet är redo att vikas till sin 3D-form.

Hur den replikerar

Det tar en timme att förvandla en DNA-dubbelhelix till två identiska kopior

2 Stabilisera strängarna
Hjälpproteinerna klistrar sig fast på båda trådarna för att förhindra att de klibbar ihop igen.

1 Dra upp dragkedjan på helixen
De två strängarna i DNA-helixen packas upp så att baserna på insidan blottas.

Fyra vitala molekyler

DNA:s organiska baser utgör den viktigaste koden i universum

Adenin
Adenin, förkortat A, är en purinbas. Denna kommer alltid att paras med tymin.

Cytosin
Cytosin, förkortat C, är en pyrimidinbas. Den parar sig alltid med guanin.

Guanin
Guanin, förkortat G, är en purinbas. Den parar sig alltid med cytosin.

Thymin
Thymin, förkortat T, är en pyrimidinbas. Den parar sig alltid med adenin.

3 Kopiera den främre strängen
Ett protein som kallas DNA-polymeras läser av den första strängen och börjar bygga en kopia på den.

5 Sammanfoga fragmenten
Proteiner som kallas DNA-ligaser läker luckorna mellan de kopierade bitarna på den andra strängen.

4 Kopiera den bakre strängen
DNA-polymeraserna kan bara röra sig i en riktning, så de måste kopiera den andra strängen i små bitar.

© Illustration av Ed Crooks

Vad är RNA?

DNA är inte den enda genetiska molekylen i naturen; organismer tillverkar också strängar av genetiskt material som kallas RNA. Kemiskt sett är de två molekylerna ganska lika, men de har mycket olika roller att spela. DNA bildar stabila dubbelsträngar som bär hela arvsmassan säkert från en generation till nästa. RNA bildar instabila enkelsträngar som bär mindre mängder genetiska data under kortare tid. Celler använder RNA för att göra tillfälliga kopior av sina gener. Dessa kopior fungerar som mallar för de molekylära maskiner som tillverkar proteiner. Maskinerna läser igenom koden tre baser i taget och lägger till motsvarande aminosyra i en växande proteinsträng.

Cellerna kopierar sina gener till RNA och använder det som mall för att tillverka proteiner

8 Kromosomer
Människan har 46 kromosomer: 23 ärvda från modern och 23 från fadern.

7 Cellkärnan
Kromosomerna finns i cellens mitt (kärnan), skyddade av membranlager.

6 Kromosom
Varje sträng av kromatin bildar en struktur som kallas kromosom.

Tvinnade strukturer

Hur får två meter DNA plats i en cell som är mindre än ett sandkorn?

1 Baser
De fyra baserna bär den genetiska koden och binder samman de två DNA-strängarna.

"Gener är de delar
av DNA som bär på
instruktionerna för att
tillverkning av proteiner"

5 Kromatin
DNA bildar tillsammans med histoner ett sammanpressat ämne som kallas kromatin.

2 Dubbelhelix
DNA har två strängar som är tvinnade och bildar en distinkt spiral.

3 Ryggraden
Omväxlande socker- och fosfatmolekyler utgör det yttre bandet i DNA-helixen.

4 Histoner
Dessa pärlformade proteiner lindar DNA:t till prydliga fibrer.

© Getty, Alamy

Historav DNA

Hur vi har kommit att förstå mer om den sedan den upptäcktes

Mitos förklarat

Hur kan en cell dela sig i två identiska kopior av sig själv?

1859

Källa: Wiki Wiki/Leonard Darwin

Charles Darwin publicerar Om arternas uppkomst, där han beskriver hur livet utvecklas genom naturligt urval.

"De baserar sitt
genombrott på arbetet
av dussintals andra forskare"

1879

5 Interfas
Kromosomerna vecklar ut sig, vilket gör att cellen kan använda och kopiera sina gener.

Walther Flemming
Flemming blir den första personen som observerar celldelning, eller "mitos". Han färgar salamandrarnas DNA med en kemikalie som kallas anilin. Han ser sedan hur kromosomerna i cellkärnorna förvandlas till tjocka trådar som ligger i rad tvärs över cellens mitt. Trådarna delar sig sedan i två grupper och cellen delar sig på mitten.

4 Telofas
En ny cellkärna bildas runt varje kromosomuppsättning och cellen delar sig i två delar.

1800

1810

1820

1830

1840

1850

1860

1870

1880

1890

1900

1865

Gregor Mendel
Munken Mendel presenterar sitt arbete om dominanta och recessiva gener efter att ha utfört experiment på nästan 30 000 ärtväxter. Han korspollinerar ärtväxter för att ta reda på hur egenskaper som färg och struktur överförs från en generation till nästa. Han upptäcker att vissa egenskaper alltid överförs från föräldrarna till avkomman, medan andra ibland verkar hoppa över en generation.

Källa: Wiki Wiki/okänd författare

Mendels ärtor

Källa: Wiki Wiki/TBD

Föräldrageneration
Mendel börjar sitt experiment med två renrasiga ärtor: en slät sort och en skrynklig sort. Genen som bestämmer texturen har två varianter, så kallade "alleler".

F2-generation
När Mendel korsar dessa växter ärver 25 procent två släta alleler, 25 procent två skrynkliga alleler och resten ärver en av varje.

F1-generationen
När Mendel korsar ärtplantorna ärver de en allel från varje förälder: en slät allel och en skrynklig allel. Den släta allelen är "dominant", vilket innebär att alla ärtor är släta.

Recessiva gener
Den rynkiga allelen är "recessiv", vilket innebär att ärtorna måste ha två kopior av den för att få rynkig hud. Ärtor med en slät allel blir alltid släta.

Mendel upptäckte dominanta och recessiva gener genom att korsa ärtväxter

Friedrich Miescher
Miescher hittar ett märkligt ämne när han undersöker var i använda bandage. vätskan innehåller vita blodkroppar och i deras kärnor upptäcker Miescher en kemikalie som innehåller fosfor och kväve. Han ger den namnet "nuklein". Ämnet är delvis protein och delvis syra, så forskarna döper senare om det till "nukleinsyra".

Albrecht Kossel
Kossel får Nobelpriset för upptäckten av nukleinsyror. Tillsammans med sina studenter analyserar han de kemiska komponenterna i nuklein, som upptäckts av Miescher. De finner att denna märkliga kemikalie innehåller fem typer av nukleinsyror: adenin, cytosin, guanin, tymin och uracil. De fyra första är de baser som DNA består av.

2 Metafas
En byggnadsställning som kallas den mitotiska spindeln griper tag i kromosomerna och bildar en linje tvärs över cellens mitt.

1 Profas
Kromosomerna blir täta och kompakta och bildar distinkta X-former.

Källa: Wiki/US Wiki/US National Academy of Sciences

Francis Crick och James Watson
Crick och Watson löser DNA:s struktur och avslöjar en stege av baser som omges av två band av fosfater och sockerarter. De baserar sitt genombrott på andra forskares arbete, framför allt Rosalind Franklins. Med foto 51 som referens konstruerar de 3D-modeller av DNA. De vet från Chargaffs arbete att baser kommer i par, och från Linus Paulings arbete att bindningar mellan specifika kemikalier sticker ut i specifika vinklar. Till en början får de fel form på tymin och guanin, vilket gör det omöjligt att passa in bitarna. När Jerry Donohue föreslår en annan layout passar delarna till slut på plats.

1959

1961

1996

3 Anafas
Den mitotiska spindeln vrider isär kromosomerna och för över en komplett kopia av den genetiska koden till vardera sidan av cellen.

Erwin Chargaff publicerar sitt arbete om baser. Han konstaterar att DNA innehåller lika stora mängder adenin och tymin och lika stora mängder guanin och cytosin.

Severo Ochoa och Arthur Kornberg får Nobelpriset för att ha kommit fram till hur celler tillverkar DNA.

Marshall Nirenberg knäcker den genetiska koden och räknar ut hur bokstäverna motsvarar proteinernas byggstenar.

Frederick Sanger uppfinner Sanger-sekvensering, ett sätt att läsa bokstäverna i den genetiska koden.

Forskare i Storbritannien blir först med att klona ett däggdjur från en vuxen cell: Fåret Dolly.

2003

Ett internationellt team publicerar den första fullständiga kartan över det mänskliga genomet.

1920

1930

1940

1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

1919

Källa: Wiki Wiki/UnknownAuthor

Phoebus Levene publicerar sin "polynukleotidmodell", som antyder att DNA är en sträng av fyra typer av nukleinsyra.

Maurice Wilkins
Efter att ha arbetat med radar under andra världskriget flyttar Wilkins till King's College i London för att ta bilder av DNA. Tillsammans med doktoranden Ray Gosling och biofysikern Rosalind Franklin använder han röntgenstrålar för att fotografera den genetiska koden. Han delar med sig av ett av Franklins fotografier till Watson och Crick i Cambridge.

Hur röntgenkristallografi fungerar

Rosalind Franklin
Franklin tar bild 51, som avslöjar DNA-molekylens helixform. Hennes tydliga och slående fotografi är avgörande för dechiffreringen av DNA:s struktur, även om James Watson inte erkänner det förrän efter hennes död i äggstockscancer 1958. Crick, Watson och Wilkins får Nobelpriset för upptäckten av DNA:s struktur fyra år senare.

Källa: Wiki Wiki/Laboratorium
för molekylärbiologi

Röntgenstråle
En spalt fokuserar röntgenstrålarna till en smal stråle som träffar kristallen.

DNA-kristall
Kristallen innehåller tusentals DNA-molekyler, packade tillsammans med alla sina helixformer i linje.

Fotografisk platta
Kristallen diffrakterar röntgenstrålen och sprider den på en fotografisk platta i ett mönster som avslöjar dess struktur.

Röntgenrör
Elektroner med hög hastighet kolliderar med en metallplatta och genererar röntgenstrålar.

© Illustration av Nicholas Forder Bilder: Getty, Alamy, Wiki

DNA today

Vetenskapen om DNA har redan förändrat världen vi lever i

Visste du att?
Växten Paris japonica har det längsta genomet som någonsin sekvenserats: hela 149 miljarder baspar

Uttag av prover

Celler och vätskor som tas på olika sätt innehåller nyckeln till din unika genetiska identitet

Svabb från kinden
Genom att försiktigt gnugga insidan av kinden avlägsnas det översta lagret av hudceller, vilket ger tillräckligt med DNA för testning.

Blodprov
Röda blodkroppar innehåller inte DNA, så blodprov undersöker generna i vita blodkroppar.

Salivprov
Saliv innehåller celler från kinderna, vilket gör spottprover till ett enkelt sätt att samla in DNA hemma.

Stick i hälen
Små blodprover som tas när barnen bara är några dagar gamla kan avslöja problem i blodet som orsakas av genetiska sjukdomar.

Arkeologi

Återuppbyggnad av historien
Skelettrester kan innehålla spår av gammalt DNA från tusentals år tillbaka i tiden. Genom att extrahera och sekvensbestämma detta genetiska material kan man inte bara avslöja individens kön utan även etnicitet. Detta kan bidra till att spåra de steg som våra förfäder tog när de spred sig över världen.

Kriminalteknik

Att lösa brott
Kriminaltekniker identifierar DNA genom att undersöka sekvenser som kallas "korta tandemrepetitioner". Dessa sekvenser förekommer i mellanrummen mellan generna och innehåller tre eller fyra DNA-bokstäver som upprepas olika många gånger hos olika personer. Forskarna räknar antalet upprepningar och jämför dem med upprepningar i en misstänkts DNA.

Genetiskt arv (härstamning)

Uppskattning av etnicitet
Härkomst är inskrivet i DNA som ett fingeravtryck. Olika populationer av människor, åtskilda av geografi, utvecklar sina egna unika mutationer. Dessa förs vidare från en generation till nästa och lämnar spår i den genetiska koden. Genom att jämföra ett genom med tusentals andra kan man avslöja varifrån en persons förfäder kommer.

Genterapi

Reparation av gener
En handfull genterapier är nu godkända för användning på människor. Dessa banbrytande behandlingar använder ofarliga virus för att föra in friska mänskliga gener i celler med genetiska fel. Virusen klistrar in dessa friska gener i människans DNA, vilket åtgärdar sällsynta genetiska sjukdomar eller dödar cancerceller.

Faderskap

Identifiera fäder
Barn ärver hälften av sina gener från sin mamma och hälften från sin pappa. I ett faderskapstest jämför forskare cirka 15 gener från mamman, barnet och den potentiella pappan för att se hur lika de är. En statistisk analys ger en poäng som kallas "kombinerat faderskapsindex" - sannolikheten för att den testade personen är fadern.

Personanpassad medicin

Medicin för dig
Små skillnader i våra gener påverkar hur sjukdomar drabbar oss. En tumör kan krympa som svar på cellgiftsbehandling hos en patient, men inte svara alls hos en annan. Genetiska tester kan avslöja vilka läkemedel som fungerar bäst för vilken person, vilket gör det möjligt för läkare att matcha behandlingar till patienter baserat på deras unika genetiska uppsättning.

"Vi kommer att få förmågan att reparera,
redigera och skriva om våra gener"

Genteknik kan göra växter motståndskraftiga mot skadedjur och klimatförändringar

Genom att försiktigt svabba kinden avlägsnas tillräckligt med celler för ett DNA-prov

Fostervattensprov
Fostervatten innehåller hudceller från ett barn som är under utveckling. Genom att ta ut ett litet prov kan läkarna testa för genetiska sjukdomar.

Provtagning av korionvilli
Moderkakan är genetiskt identisk med det växande fostret. Celler från moderkakan kan avslöja genetiska tillstånd tidigt under graviditeten.

Aspiration med fin nål
Genom att extrahera ett litet antal celler från kroppens inre kan man upptäcka genetiska förändringar vid sjukdomar som cancer.

DNA-test kan hjälpa till att avslöja identiteten på okända mänskliga kvarlevor

Framtiden för DNA-forskningen

Under det kommande århundradet kommer framstegen inom DNA-forskningen att förändra världen för alltid. Med hjälp av hundratusentals unika sekvenser av det mänskliga genomet arbetar forskarna nu med den mödosamma uppgiften att dechiffrera vår genetiska kod. Att förstå hur varje del av sekvensen styr de egenskaper vi ärver kan leda till genombrott inom dussintals olika områden. Det kommer att ge oss svar på hur vi har utvecklats, varför vi blir sjuka och vad som händer när vi åldras. I takt med att gentekniken förbättras kommer vi att få möjlighet att reparera, redigera och till och med skriva om våra gener. Forskare kan redan nu ändra generna hos försöksdjur och redigera bokstäverna för att radera farliga mutationer och förstärka de egenskaper som naturen själv har utvecklat. I takt med att dessa tekniker blir säkrare och vår förståelse för vår egen genetik ökar, kommer vi gradvis att få möjlighet att ändra vår arts genetiska öde.

© Illustrationer av Ed Crooks Bilder: Getty

Dessa möss har en manetgen som får deras hud och hår att lysa grönt

Vad är mikroRNA?

Sambanden mellan miRNA och sjukdomar

Det "skräp-DNA" som styr minst 30 procent av våra gener

Wär forskarna sekvenserade det mänskliga genomet förväntade de sig att hitta hundratusentals gener. Det visade sig att vi bara har cirka 25.000 och att det mesta av resten av vår genetiska kod är "skräp". Eller det var i alla fall vad vi trodde.
Gener är delar av den genetiska koden som innehåller instruktionerna för att bygga proteiner; de är i själva verket bruksanvisningen för människokroppen. När celler vill tillverka ett protein gör de många tillfälliga kopior av dess gen. Dessa kopior passerar ut ur cellkärnan och in i molekylära maskiner, som läser av sekvensen och sätter ihop proteinet. För att cellen ska fungera korrekt är det avgörande att tajmingen är rätt.
När cellen vill stänga av produktionen kan den helt enkelt sluta göra kopior av genen, men de gamla kopiorna stannar kvar i cellen och kan fortsätta att tillverka proteiner. Det är här mikroRNA (miRNA) kommer in i bilden. Dessa korta sträckor av genetisk kod kommer från "skräpdelen" av vår arvsmassa. Det finns cirka 2 200 av dem, och de finjusterar proteinproduktionen.
Som wdeth normala gener, the cell makes tillfälliga kopior av sin kod, men dessa kopior säger inte åt maskinerna att tillverka protein. Istället fäster de sig vid kopiorna av de proteinkodande generna och hindrar dem från att passera genom maskineriet. De "märker" också kopior för destruktion och talar om för cellen att den ska ta bort den oönskade koden. miRNA håller produktionen i schack och ser till att cellerna har rätt mängd protein vid rätt tidpunkt.

Våra celler är som finstämda maskiner; genom att ändra nivåerna av olika proteiner kan deras beteende förändras helt och hållet. Genom att störa proteinproduktionen bidrar mikroRNA till att kontrollera viktiga cellaktiviteter, som metabolism, utveckling och celldöd. Men om balansen inte är den rätta kan detta leda till sjukdom.
Forskare har upptäckt att mönstren för miRNA förändras vid vissa typer av cancer, vilket kan påverka hur tumörer utvecklas. miRNA verkar också vara viktiga vid hjärtsjukdomar, neurologiska sjukdomar och immunsystemet.
I framtiden skulle testning av miRNA-nivåer kunna hjälpa läkare att ställa snabbare och mer exakta diagnoser. De kan även ge ledtrådar om vilka behandlingar som kan fungera bäst för vilka patienter.

miRNA i aktion

Hur kan små strängar av den genetiska koden stoppa proteinproduktionen i dess spår?

mRNA
Cellen kopierar den gen den vill använda och lagrar koden som enstaka strängar av budbärarribonukleinsyra (mRNA).

Typisk gen

DNA
Varje cell innehåller en komplett genetisk bruksanvisning, lagrad på två strängar av deoxiribonukleinsyra (DNA).

Mer kunskap om människans genetik kan leda till nya sätt att behandla sjukdomar

Utan miRNA

MikroRNA-gen

Med miRNA

miRNA
Cellen kopierar också gener för mikroribonukleinsyra (miRNA), vilket ger mycket korta RNA-strängar.

Proteinproduktionen
blockeras
miRNA binder till mRNA och hindrar cellens maskineri från att läsa koden.

Produktion av protein
produktion
Molekylära maskiner läser av mRNA-koden och bygger det matchande proteinet.

© Getty; Illustration av Ed Crooks

Återbruk

kan vi leva
för evigt?

Kan vi live
för evigt?

Vad är åldrande och varför blir vi äldre? Vi tittar på vetenskapen om åldrande och de tekniker som tacklar det oundvikliga

Visste du att?
Mellan 2015 och 2050 kommer världens befolkning över 60 år nästan att fördubblas, från 12 till 22 procent

Aåldrandet är ett faktum som vi inte kan undkomma hur mycket vi än försöker, men som art blir vi allt bättre på att förlänga processen. För första gången i mänsklighetens historia är den globala medellivslängden över 70 år. Som jämförelse kan nämnas att 1950 var den globala medellivslängden 45 år. Vi kan till stor del tacka den medicinska utvecklingen för att vi lever längre, men när slutar vi växa och börjar åldras?
Det är allmänt känt att när vi passerar könsmognaden i slutet av 20-årsåldern övergår vi från att utvecklas till att åldras, även kallat senescens, vilket betyder "processen att bli gammal". Efter könsmognaden blir våra kroppar mindre effektiva när det gäller att hantera fysisk stress och upprätthålla biologiska system. Det verkar bero på hur vår art har utvecklats.
Det kanske är mer logiskt att man, som vilken maskin som helst, kan leva på obestämd tid om man håller sin kropp i gott skick och underhåller den. Generellt sett har många evolutionsbiologer dragit slutsatsen att vi åldras helt enkelt för att evolutionens drivkraft, det naturliga urvalet, inte har tagit hänsyn till kondition och funktion vid högre ålder.
Naturligtvis är människan inte ensam om detta. De flesta andra arter har utvecklat en liknande reproduktiv livscykel - men inte alla. Många kallblodiga arter, t.ex. ödlor, behåller sin kondition och reproduktionsförmåga och anses ha försumbar senescens. Dessa djur åldras mycket långsamt och dör vanligtvis av icke-åldersrelaterade händelser som rovdjur, sjukdomar eller naturkatastrofer.
Cellulärt åldrande
Även om vi människor känner igen åldrandet som rynkig hud, ledvärk och grått hår, sker åldrandet i mycket mindre skala. Människokroppen består av mer än 37 biljoner celler, och var och en av dem har sin egen livscykel som bidrar till kroppens totala åldrande.
Var och en av dina celler har en Hayflick-gräns, uppkallad efter forskaren Leonard Hayflick som upptäckte den. Denna gräns är hur många gånger en cell kan dela sig innan den inte kan dela sig längre och dör. En normal mänsklig cell har en Hayflick-gräns på mellan 40 och 60 delningar. Detta beror på att cellerna förlorar viss genetisk information vid varje delning. Långa DNA-kedjor som kallas kromosomer i cellkärnan förlorar icke-kodande DNA-sekvenser som kallas telomerer från sina spetsar. För varje replikation blir dessa telomerer kortare och kortare tills cellen inte längre kan dela sig på ett framgångsrikt sätt.
När cellerna når sin gräns kommer de att genomgå en form av självdestruktion som kallas apoptos, från grekiskans ord för "falla av", vilket syftar på löv på ett träd. Denna ordnade process innebär att enzymer, så kallade DNaser, bryter ner cellens

Krympning
När en intern signal utlöser början på apoptos och självdestruktion börjar cellmembranet krympa.

Blebbning
Membranet veckar sig och bildar utbuktande strukturer som kallas blödningar.

Nedstängning av celler

Hur apoptos systematiskt förstör celler

Fullständig kollaps
Organeller, som cellkärnan och mitokondrierna, bryts ner av inre enzymer.

Bryts isär
Cellmembranet bryts upp efter blebbing och bildar små fickor med apoptotiska kroppar.

Matsmältning
Stora immunceller som kallas makrofager slukar de apoptotiska kropparna och förstör dem.

När apoptosen väl har börjat går den inte att vända. En genomsnittlig vuxen person sägs förlora 50 till 70 miljarder celler per dag på grund av denna "bortfallsprocess".

Förväntad livslängd i världen

© OurWorldInData/Life-expectancy

genetisk information. Immunsystemets celler, makrofager, äter upp cellens rester och avlägsnar den. Detta skiljer sig dock från nekros, som innebär att en cell dör efter att den har skadats fysiskt.
Denna cellulära livscykel är det som håller våra kroppar i schack; utan en Hayflick-gräns skulle cellerna fortsätta att dela sig och växa till massor. Cancerceller har ingen Hayflick-gräns, vilket är anledningen till att de växer snabbt och bildar tumörer som kan spridas runt i kroppen.
Man tror dock att när en cells DNA skadas avbryts apoptosprocessen och cellerna blir "senescenta". Dessa celler, som befinner sig i en fas mellan att vara levande och döda, kallas ofta för "zombieceller". De kan inte längre utföra sin tilldelade funktion och de slutar också att reproducera sig. Följden blir att cellerna byggs upp och blir en viktig bidragande orsak till åldrandet.
När dessa zombieceller blir kvar över tid orsakar de inflammation och andra åldersrelaterade sjukdomar som cancer och hjärt- och kärlsjukdomar. De spelar en särskild roll i nedbrytningen av närliggande vävnader och celler, vilket leder till utvecklingen av åldersrelaterade degenerativa sjukdomar som demens.
Uppkomsten  av åldrande
Gråsprängt hår är en universell symbol för åldrande. Det är ett vanligt missförstånd att håret "blir" grått när det bara är hårsäckarna som får slut på pigment med tiden. Detta

Jeanne Calment var 122 år gammal när hon gick bort, en bedrift som ännu inte har överträffats.

För gammal för att åldras

Är det möjligt för en människokropp att nå en viss ålder och sedan sluta åldras? En studie som genomfördes 2018 visade att ja, det kan hända, men du måste först bli 105 år gammal. Forskning som utfördes vid Sapienza-universitetet i Rom 2018 visade att när man tittade på 3 836 italienare som var över 105 år mellan 2009 och 2015, var dödsrisken på en platå.
När vi åldras ökar naturligtvis risken för att dö - till exempel är risken att dö tre gånger högre i 50-årsåldern än i 30-årsåldern. Studien tyder dock på att sannolikheten att leva mellan 106 och 107 år är densamma som mellan 111 och 112 år. Det är fortfarande oklart vad detta kan bero på, och det behövs fler studier av potentiella bidragande faktorer, till exempel en persons gener.

Om du fyller 100 år har du 60 procents chans att få fira din nästa födelsedag

En svepelektronmikrograf (SEM) av en apoptotisk njurcell

© Alamy, Getty

Skärande kromosomer

Så här förkortas telomererna med tiden

Telomerer
Sekvenser av upprepat DNA som kallas telomerer finns i slutet av kromosomerna. De fungerar som oväsentliga skyddslock för resten av DNA:t, ungefär som plasten i slutet av dina skosnören.

Trimning av
ändarna
För varje celldelning blir telomererna kortare. Varje gång en cell delar sig går 25 till 200 DNA-baser förlorade.

Kromosom
Varje cell i våra kroppar innehåller 23 par långa DNA-kedjor som kallas kromosomer.

Celldelning
Människans celler kan dela sig 40 till 60 gånger innan de når Hayflick-gränsen. Stamceller har dock några fler, cirka 72 gånger.

Bildar rynkor

Epidermis
Yngre hud är fylld med massor av fukt som håller den slät och fyllig.

Hur huden veckas för att skapa skrattrynkor

Fukt
Rynkor börjar bildas när brist på fukt gör att huden viker sig in i läderhuden.

Kollagen
Nivåerna av kollagen och elastin minskar med tiden, vilket fungerar som stödbalkar för överhuden.

Dermis
Detta är det stödjande lagret av huden. Det är fyllt med proteiner som kallas kollagen och elastin som förhindrar att det hänger sig.

Hypodermis
Här sitter det fjädrande fettet som utgör en strukturell grund för lagren ovanför.

Yngre hud

Äldre hud

Fett
Med tiden minskar mängden fett under huden ytterligare, vilket gör att de övre lagren sjunker in i varandra.

Sju sätt som hjärnan förändras när du åldras

Bearbetningshastighet
Hjärnans bearbetningshastighet, som är kroppens hårddisk, börjar minska efter cirka 30 års ålder, om än i olika takt.

Att bli tunnare
Hjärnbarken börjar tunnas ut under medelåldern. Denna förtunning av hjärnbarken leder till försämrat minne och försämrad kognitiv funktion.

Krympning
Runt 30-årsåldern börjar hjärnan krympa, om än i olika takt och i olika regioner. Minskningen i storlek tilltar lite när du når 60 års ålder.

Kemisk kommunikation
Neurotransmittorer som dopamin, acetylkolin och serotonin minskar när vi åldras. Dessa möjliggör kommunikationen mellan nervcellerna, vilket ger oss vår kognitiva funktion.

Minnet
Vi förknippar ofta åldrandet med att vi tappar minnet, och det beror delvis på att de delar av hjärnan som är förknippade med minnesbildning, t.ex. hippocampus, krymper med tiden från mitten av 30-årsåldern.

Mer moral
Under 40- och 50-årsåldern har det visat sig att det moraliska beslutsfattandet ökar, liksom känsloregleringen och tolkningen av sociala situationer.

det biologiska hårfärgämnet kallas melanin och det är också det pigment som ger huden dess färg. När vi åldras minskar produktionen av melanin i hårsäckarna och grått hår börjar dyka upp, vanligtvis från 30-årsåldern. Omkring 50 procent av befolkningen kommer att vara åtminstone delvis gråhåriga när de är 50 år. Men det är inte bara i hårsäckarna som melaninet minskar när vi åldras. Antalet melanininnehållande hudceller, så kallade melanocyter, minskar med 8-20 procent per årtionde efter 30 års ålder.
Förutom förlusten av melanin förlorar huden också komponenter som håller den fast och smidig, t.ex. kollagen och elastin. Efter 20 års ålder bildas cirka en procent mindre kollagen i huden varje år. Detta leder till att rynkor bildas och att huden i allmänhet blir mindre fyllig. Det som däremot verkar fortsätta att växa är våra öron och näsor. Forskare vid universitetet i Milano har räknat ut att den totala ytan på näsan hos personer i åldern 65-80 år vanligtvis är 15 procent större än näsan hos en 18-30-åring. Detta beror på att brosket som har byggt upp dessa ansiktsdrag genomgår en process som gör det tjockare men mindre elastiskt när vi åldras.
Åldrandet drabbar inte alla lika hårt. Många av oss blir gråhåriga eller tappar håret tidigare än andra, och rynkor uppträder vid olika tidpunkter i livet. Våra kroppar är unika och påverkas av våra genetiska förutsättningar och den inverkan som vår miljö har på oss, vilket innebär att alla åldras i olika takt. I en studie från Duke University undersöktes detta på cellulär nivå. Forskare övervakade olika markörer för risker för åldersrelaterade sjukdomar, ämnesomsättning och längden på telomerer hos 1.000 deltagare. Forskarna kontrollerade dem vid 26, 32 och 38 års ålder och fann att deltagarnas biologiska ålder i allmänhet korrelerade med hur många födelsedagar de hade firat. Det fanns dock några extrema undantag. En deltagare hade en biologisk ålder på 28 år - och hade i princip inte åldrats sedan försöket inleddes - medan en annan hade åldrats biologiskt till cirka 61 år. Det tyder på att de i genomsnitt åldrades tre år för varje födelsedag.

MR-undersökning av Alzheimers sjukdom med sen debut

Uppmärksamhetsspann
Redan i 20-årsåldern kan det bli svårare att hantera flera olika uppgifter, t.ex. att läsa ett recept samtidigt som man lyssnar på musik, eller att filtrera bort distraktioner, t.ex. att följa vad dina vänner säger på en välbesökt restaurang.

5 sätt att hålla sinnet skarpt

1 Motion
Djurförsök har visat att regelbunden motion ökar antalet blodkärl som förser hjärnan med syre. Det har också visat sig att nya nervceller och förbindelserna mellan dem ökar, vilket förbättrar dina kognitiva förmågor.
2 Sömn
Att få sju till åtta timmars sömn per natt har visat sig konsolidera minnen mer effektivt. Vissa studier har visat att dålig sömn ökar mängden proteiner i hjärnan som bidrar till försämrad hjärnfunktion.
3 Ät bra
En hälsosam kost förbättrar många aspekter av ditt liv, men studier har visat att de som äter en medelhavskost med grönsaker, nötter, fisk och frukt löper mindre risk att drabbas av sjukdomar som Alzheimers.
4 Håll dig social
Sociala interaktioner har aldrig varit viktigare för vår mentala hälsa, men när det gäller åldrandet bidrar säkra sociala interaktioner till att förebygga effekterna av depression och stress, som bidrar till minnesförlust.
5 Träna din hjärna
Att lägga pussel som pussel, sudoku eller korsord stimulerar nya kopplingar mellan hjärncellerna och utvecklar hjärnans förmåga att lösa problem och anpassa sig till nya situationer.

Vem vill leva för evigt?

Vetenskapen som försöker bromsa åldrandet

Ladda upp dig själv

Det kan komma en tidpunkt då försöken att förhindra åldrande övergår från det biologiska till det digitala. Om du verkligen vill leva för evigt kan det vara ett alternativ att ladda upp din hjärna i framtiden. När är dock fortfarande oklart. Vetenskapen kallas Whole Brain Emulation (WBE) och i teorin skulle det innebära att man laddar upp sitt medvetande till en dator, inklusive alla sina tankar och känslor. Det första och största hindret som forskarna står inför är dock att kartlägga den mänskliga hjärnan. Det finns ungefär 86 miljarder nervceller i ditt huvud och varje nervcell kan ansluta till 10 000 andra nervceller. Hittills har forskarna bara lyckats kartlägga en nematods hjärna med 302 nervceller, så det är långt kvar innan vi kan navigera i den mänskliga hjärnan. Trots det arbetar många teknikföretag och forskningsinstitut med att kartlägga hela hjärnan i hopp om att en dag kunna återskapa den online.

Att ladda upp våra hjärnor kan vara möjligt med framtida teknik

Anti-åldrande piller

Kan det vara så enkelt som att ta ett piller för att stoppa åldrandet? Forskare vid Mayo Clinic i Minnesota har utvecklat så kallade senolytiska läkemedel. Dessa piller verkar genom att inducera apoptos i senescenta celler, vilket hindrar dem från att samlas. På så sätt förhindras de från att skada närliggande celler och orsaka åldersrelaterade sjukdomar. Hittills har den här typen av medicin bara testats framgångsrikt på djur, men försök på människor pågår.

Senolytiska läkemedel finns ännu inte tillgängliga, men kan en dag revolutionera vårt sätt att åldras

Framkallande av självdestruktivitet

Hur senolytiska läkemedel kan hålla oss unga

Normal
vävnad
Senolytiska läkemedel är utformade för att endast framkalla celldöd i senescenta celler, vilket förhindrar att de orsakar vävnadsskada.

Celldöd
När apoptosen har kommit igång igen bryter den sönder cellerna, som senare kommer att sugas upp av kroppens immunsystem.

Senescenta celler
Dessa frisätter inflammationsframkallande molekyler som bidrar till utvecklingen av åldersrelaterade sjukdomar som cancer och benskörhet.

Aktiv
ingrediens
Senolytika tränger in i de senescenta cellernas membran och interfererar med proteiner för att starta apoptosprocessen.

Inkubation
Alla stamceller separeras och inkuberas med hämmare för att förhindra att de genomgår apoptos. Detta ökar också deras chans att överleva när de tinas upp.

Frysning av framtiden

Hur stamceller förvaras och tinas upp

Frysning
Flaskorna med stamceller placeras i förvaringstankar med flytande kväve tills de ska användas.

Insamling
Stamceller kan skördas från ett antal olika källor, men vanligen från navelsträng, benmärg och blod.

Urval
De stamceller som framgångsrikt har hämmats samlas in för förvaring.

Återvinning av celler
När stamcellerna behövs tinas de upp och späds ut. Dessa kan nu återinfunderas i patientens kropp.

Säkerhet för stamceller

Friska celler
När stamcellerna har preparerats och odlats kan de injiceras i patienten, där de färdas till benmärgen och börjar producera friska celler.

Ett sätt för människor att hålla fast vid hoppet om evig ungdom är att kryogeniskt frysa sina stamceller. Stamceller är speciella celler som kan omvandlas till vilken annan typ av cell som helst i kroppen. Genom att förvara dessa celler hoppas man att de en dag ska kunna användas för behandlingar mot framtida sjukdomar. För närvarande är de enda stamceller som används för att behandla sjukdomar de som omvandlas till blodceller för transplantation hos blodcancerpatienter. Dessa celler kan skördas från källor som navelsträngen vid födseln, benmärg hos vuxna eller fettvävnad. Cellerna fryses sedan ned och lagras för framtida bruk.

Myten om ungt blod

Människor har gjort extrema ansträngningar för att bevara sin ungdom, både kosmetiskt och biologiskt. I februari 2019 varnade dock US Food and Drug Administration allmänheten för att ta emot blodtransfusioner från unga människor i försök att vrida tillbaka den biologiska klockan och sa att detta inte hade "någon bevisad klinisk nytta". Transfusioner erbjöds av företag som Ambrosia, ett nystartat företag i Kalifornien, med en prislapp på 8 000 USD (cirka 5 780 GBP) per liter blodplasma - den flytande delen av blodet - från personer i åldern 16-25 år. Påståendena om att den proteinfyllda plasman skulle kunna hjälpa mot åldersrelaterade åkommor och sjukdomar, som inflammation och Alzheimers, har inte underbyggts av särskilt mycket vetenskaplig forskning, och det finns endast ett fåtal studier som undersöker om vampyrterapin ger några hälsofördelar.

Kan blodtransfusioner från unga människor hålla dig ungdomlig? Förmodligen inte

Rent syre och en tryckkammare kan vara nyckeln till ett långt liv

Andning ung

En nyligen genomförd studie vid Tel Aviv University har visat att hyperbar syrebehandlingar kan hejda åldrandeprocessen. Under en forskningsperiod på 90 dagar fick 35 deltagare över 64 år hyperbariska behandlingar, vilket innebar att de andades in rent syre i trycksatta miljöer under 90 minuter om dagen, fem gånger i veckan.
Blodprover visade att deltagarnas kroppar förändrades på cellulär nivå till hur de skulle ha sett ut 25 år tidigare. Forskarna fann att telomererna förlängdes med 38 procent och att förekomsten av senescenta celler minskade med 37 procent. Det krävs mer forskning för att fullt ut förstå hur hyperbarbehandlingar kan påverka åldrandeprocessen, men det är en lovande början.

Immortalitet

Är framtiden för evigt liv kryonik?

Ott sätt att ge sig själv möjlighet att leva även efter döden är genom kryonisk suspension. Det må ha varit möjligt att återuppliva Austin Powers efter 30 års upphängning, men utanför science fiction-världen är de praktiska aspekterna av kryonik fortfarande ett mysterium. Just nu har vi tekniken för att kryogeniskt bevara en människokropp, men vi vet fortfarande inte hur vi ska återuppliva dem när tiden är inne. Man tror att mänskligheten en dag kommer att hitta ett sätt att framgångsrikt tina upp patienter och behandla de sjukdomar som ledde till deras död. Alcor, som är världsledande inom kryonik, har för närvarande 181 patienter och har förvarat människor i 49 år, inklusive företagets grundare Fred Chamberlain.
Processen att bevara en människokropp genom kryonik innebär att vatteninnehållet i en kropp ersätts med ett kemiskt kryoprotektivt medel, som fungerar som frostskyddsmedel. Detta för att förhindra att iskristaller bildas under nedfrysningen och oåterkalleligt skadar kroppen. När kroppen har fyllts med kryoskyddsmedel placeras den så småningom i en tank med flytande kväve vid cirka -196 grader Celsius, där den sedan förvaras.
Den största utmaningen för kryotekniken är att ta reda på hur den kan ge människor livet tillbaka. Forskarna har lyckats frysa ner enkla celler som ägg och spermier i suspension och tina upp dem med intakta funktioner. Det är fortfarande oklart hur forskarna ska få tillbaka en hel människokropp. Hittills har den enda framgång forskarna haft varit att återföra funktionaliteten till den kryogeniskt nedfrysta hjärnan hos en liten kanin.

Vi har vetenskapen för att på ett säkert sätt kryobevara de döda, men vi vet fortfarande inte hur vi ska återuppliva dem

© Alamy

Första kryogeniska människan

Den första person som någonsin frystes ned kryogeniskt var Dr James Bedford, en 73-årig psykolog som dog i cancer. År 1967 gick Bedford in i en kryogenisk dewar, en speciell vakuumkolv för att lagra superkalla kryogener som flytande kväve. Vid sin död upprätthölls Bedfords blodcirkulation på konstgjord väg medan han kyldes ned. Hans kropp injicerades med dimetylsulfoxid, som kan bevara vävnader, innan den flyttades till en miljö med flytande kväve. Det har sedan dess visat sig att denna konserveringsmetod med största sannolikhet har skadat cellerna i Bedfords hjärna bortom all möjlig reparation. Trots detta ligger hans kropp fortfarande kvar på is på Alcor Life Extension Foundation.

James Bedford var inlindad i flera lager aluminiumfolie för att hålla temperaturen uppe

Förberedelse
Kroppen packas med is och injiceras med ett blodförtunnande läkemedel som kallas heparin för att förhindra att blodet koagulerar innan den transporteras till en kryogenisk anläggning.

Döden

Kryonisk kammare
Upp till sex kroppar förvaras i en tank med flytande kväve, som når upp till och hålls på cirka -196 grader Celsius.

Kylning

Artificiell andning
Inom några minuter efter döden måste kroppen kopplas till en mekanisk hjärt-lungmaskin för att hjärnan ska få tillräckligt med syre.

Inuti kryokistan

Från död till djupfryst - så här bevaras människokroppen

Människan
frostskyddsmedel
En cocktail av kemikalier injiceras i kroppen för att fungera som "mänskligt frostskyddsmedel" och ersätta allt vatteninnehåll i kroppen för att förhindra bildandet av iskristaller.

Behållare

Heparin

Frostskyddsmedel

Frysning

Kylas ned
Kroppen placeras sedan på torris och kyls ned till cirka -130 grader Celsius.

© Illustration av: Adrian Mann

Hur fungerar släktforskningstester

Välkommen till genius DNA-detektivernas värld som löser världens förfäders mysterier

Iom du, precis som många andra, är nyfiken på var du kommer ifrån, har du säkert någon gång blivit frestad att göra ett släktforskningstest. Dessa smarta tekniska hjälpmedel kan hjälpa dig att upptäcka dina rötter och kanske till och med sätta dig i kontakt med en eller två släktingar som du förlorat sedan länge. Genom att analysera ditt DNA ger dessa tester fascinerande insikter i din etniska bakgrund och kan avslöja de länder, områden och regioner som dina förfäder levde i under hundratals - eller till och med tusentals - år.
Utöver att avslöja ditt arv med ett släktforskningstest kan du till och med lära dig mer om vissa ärftliga hälsoegenskaper som du kan ha. Det är verkligen ett fascinerande sätt att utforska din och din närmaste familjs personliga historia och förstå den resa som dina förfäder gick på. Och allt från ett enkelt prov som du lämnar på bara några sekunder.
Hur de fungerar
Har du någonsin lutat dig tillbaka och funderat över var dina förfäder kom ifrån eller om du har en avlägsen syssling som du inte känner till? Många människor har det. Svaren på sådana frågor kan ofta ges till dem genom släktforskning. Allt börjar med en liten bit spott. Så här fungerar det.
Du skickar ett salivprov till ett släktforskningsföretag som du väljer och de extraherar ditt DNA från det. Den långa och otroligt komplexa kod som utgör ditt DNA är naturligtvis unik för dig, men delar många likheter med din familj och dina förfäder. Dessa likheter och länkar är hur dina kopplingar och ditt arv kan kartläggas.
Företagets forskare tittar på specifika platser i ditt DNA som kallas "single nucleotide polymorphisms", eller SNPs för kort. De är som pyttesmå markörer som visar varifrån dina förfäder kom - i stort sett exakt. Genom att jämföra dina SNP:er med en enorm databas med andra människors DNA kan man hitta matchningar och uppskatta din etniska bakgrund. Jämförelsen görs med hjälp av komplexa algoritmer som kan analysera tusentals genetiska markörer på ett ögonblick.
Tekniken stannar dock inte där. Sekvenseringsmaskiner, som är själva hjärtat i denna process, läser sedan av ditt DNA och genererar enorma mängder data utifrån det. Dessa data bearbetas sedan för att identifiera genetiska variationer som delas mellan människor från olika regioner i världen. Genom att identifiera dessa variationer kan testerna fastställa dina förfäders ursprung med

"Företagets forskare tittar på specifika ställen i ditt DNA, så kallade "single nucleotide polymorphisms"

Hur släktforskningswebbplatser fångade en seriemördare

Det såg ut som om Golden State-mördaren för alltid skulle undgå FBI

Joseph James DeAngelo, även känd som The Golden State Killer, var ansvarig för minst 13 mord, 51 sexuella övergrepp och över 120 inbrott i delstaten Kalifornien mellan 1974 och 1986. Myndigheterna började förlora hoppet om att identifiera och fånga honom när han till slut fångades genom innovativa kriminaltekniska tekniker. Nämligen korsreferenser av hans och hans offers DNA-profiler med uppgifter från släktforskningswebbplatser.
Amerikanska företag som GEDmatch visade sig vara särskilt användbara. Tekniken identifierade avlägsna släktingar och gjorde det möjligt för utredarna att konstruera ett detaljerat släktträd över den misstänkte och hans oidentifierade offer. Snart kunde de peka ut DeAngelo som sin gärningsman. DNA-prov samlades in från kasserade föremål som tillhörde den före detta polismannen, och dessa matchade DNA från brottsplatsen.
DeAngelo greps i april 2018 och hans fall markerade en milstolpe när det gäller att använda släktforskning för att lösa olösta fall, vilket visar på kraften i att kombinera modern DNA-analys med släktforskning och databaser för att lösa sedan länge olösta brott. Vi får hoppas att det leder till att många fler brottslingar ställs inför rätta i framtiden.

Utan genombrott inom släktforskningen skulle DeAngelo sannolikt aldrig ha identifierats.

otrolig noggrannhet och till och med spåra dem tillbaka bokstavligen tusentals år.
Släktforskningstester kan också koppla dig till släktingar som du inte ens visste att du hade. Det gör det genom att identifiera segment av DNA som du delar med andra. Det är som att lägga ett stort släktträdspussel.
Så med lite saliv och en hel del vetenskap kan du låsa upp den fascinerande historien om ditt ursprung på nolltid..
Vilken information testerna ger
Dessa tester erbjuder ett potentiellt fascinerande fönster in i dina förfäders förflutna och avslöjar en mängd information om din bakgrund och dina rötter. En av de viktigaste insikterna de ger är din etniska uppdelning, som visar de olika regioner i världen där dina förfäder kom ifrån. Du kan upptäcka att ditt arv innehåller en komplex blandning av europeiska, asiatiska, afrikanska eller andra förfäder, vilket ger en oväntat mångsidig bild av din familjs resa genom historien.
Förutom ditt etniska ursprung kan dessa tester ibland matcha ditt DNA med levande släktingar som du inte alls kände till, och sätta dig i kontakt med dem - förutsatt att de också har registrerat sig för samma tjänst. Det här kan vara ett spännande sätt att utöka ditt släktträd, lära dig mer om dina släktingars berättelser och historia och få kontakt med din storfamilj.
Släktforskningstester kan också ge ledtrådar om dina förfäders migrationsmönster och avslöja hur de flyttade från en region till en annan under århundradena. Vissa tester kan koppla ditt DNA till forntida grupper som vikingar, kelter eller andra ursprungsbefolkningar från hela världen.
Det finns också en mer praktisk sida av det hela. Dessa tester kan belysa genetiska drag som du har ärvt, saker som fysiska egenskaper eller till och med vissa hälsopredispositioner. Detta kan hjälpa dig att förstå mer om dig själv, din hälsa och din familjs genetiska arv.
De potentiella nackdelarna
Genom att förklara hur de här sakerna fungerar och vad de kan göra har vi redan diskuterat varför någon kanske vill göra ett släktforskningstest. Men finns det några potentiella nackdelar? Tja, kanske..
Även om släktforskningstester kan avslöja fascinerande insikter om dig och ditt ursprung, kan det finnas nackdelar. För det första kanske resultaten inte alltid är helt 100% korrekta. Dessutom kan de ibland vara ganska överraskande eller till och med lite nedslående, beroende på vad du och din familj förväntade er att höra. Sekretess kan vara ett annat problem. Att dela dina DNA-data med företag innebär alltid en risk för missbruk, något som kan påverka din och din familjs integritet.
Sedan finns det potentiella följder av att upptäcka oväntade släktingar eller dolda familjehemligheter. Detta kan vara känslomässigt förödande och orsaka allvarliga påfrestningar inom en familj. På en något mindre skala finns också kostnadsfrågan. Medan många tester har en rimlig kostnad (runt £80/$80 för baspaketen), kan andra vara ganska dyra, med extra avgifter för mer detaljerad information.
Slutligen, även om släktforskningstester kan ge dig och din familj en del intressant information och detaljer, kanske de inte erbjuder enormt betydande praktiska fördelar utöver att bara tillfredsställa allas milda nyfikenhet. Informationen är ofta intressant, men det är i stort sett bara det. Det är mycket troligt att den inte kommer att avslöja någon stor uppenbarelse som kommer att förändra mycket.
Oavsett om du vill spåra din härkomst och bygga ett släktträd eller tillfredsställa din nyfikenhet om var du kommer ifrån, erbjuder släktforskningstester verkligen en unik inblick i din personliga historia.

Din saliv innehåller tillräckligt med biologiska detaljer för att forskare ska kunna extrahera din genetiska planritning

23&Me:s VD och medgrundare Anne Wojcicki talar på TechCrunch

Leverantörer av släktforskningstest: de tre stora De största aktörerna i spelet för spårning av familjehistoria

23andMe
Detta San Francisco-baserade företag inom personlig genetik erbjuder DNA-testning för både härstamning och hälsoinsikter. Företaget grundades redan 2006 av Anne Wojcicki och tillhandahåller detaljerade rapporter via en användarvänlig plattform. 23andMe var det första företaget som erbjöd autosomal DNA-testning, något som alla andra testare nu använder.

Ancestry
Ancestry är kanske det mest kända testföretaget på marknaden och är den största leverantören av DNA-tester för konsumenter i världen, med mer än 25 miljoner användare. Plattformen finns nu i cirka 128 länder, har funnits sedan 1983 och har en omsättning på över 1 miljard dollar per år.

Levande DNA
Relativa nykomlingar Living DNA (grundat i Somerset, Storbritannien, 2016) erbjuder DNA-baserade släktforskningstester för både förfäders intriger och insikter om hälsa, med betoning på både noggrannhet och integritet. De kan också skryta med insikter om familjearv som kan gå upp till imponerande 200 000 år tillbaka i tiden.

Dataöverföringen sker via en app, men du måste först lämna ett DNA-prov

"Dessa tester kan belysa egenskaper som du har ärvt, till exempel fysiska egenskaper eller till och med hälsopredispositioner"

En snabb steg-för-steg-guide över vad du kan förvänta dig

1 Beställ testpaketet Köp ditt testkit från ett välrenommerat släktforskningsföretag.

2 Samla in salivprov Följ instruktionerna noga och lämna ett litet salivprov i den medföljande behållaren.

3 Skicka iväg ditt prov säkra paketet och skicka det till den adress som testföretaget har angett.

4 Laboratoriet analyserar ditt DNA luta dig tålmodigt tillbaka och vänta medan laboratoriet bearbetar och analyserar ditt prov.

5 Ta emot och utforska resultaten Ta del av resultaten och ta reda på ditt genetiska arv!

Evolution

Evolution myths

Vi slår hål på nio av de största myterna om Darwins berömda teori

Evolution är en av de mest betydelsefulla vetenskapliga idéerna. Den beskriver hur arter förändras över tid eller skiljer sig åt för att skapa nya arter. Det förklarar hur människan blev så smart, varför giraffer är så långa och hur bakterier kan utveckla antibiotikaresistens på bara några dagar.
Jakten på att förklara livets väv började på allvar på 1800-talet. I årtionden hade naturforskare fascinerats av likheterna mellan olika djur - och under 1800-talet drogs fler och fler uråldriga fossiler upp ur marken. Forskarna började avslöja att planeten var mycket äldre än man tidigare trott. Det stod klart att människan inte hade funnits så länge och att enorma djur hade levt en gång i tiden men nu var utdöda.
En naturforskare vid namn Jean-Baptiste Lamarck insåg att olika arter verkade passa in i sina miljöer. Han föreslog att de gjorde detta genom att anpassa sig under hela sin livstid och sedan föra vidare dessa förändringar till sin avkomma. Han trodde att giraffer fick sina långa halsar genom att ständigt sträcka på sig för att nå de högsta träden för att hitta mat, och att de som sträckte på sig mer skulle få avkommor med längre halsar.
Även om Lamarcks teori var bristfällig - den förklarade inte hur förändringarna skedde - gjorde han två viktiga observationer: arter kunde anpassa sig för att bättre passa sin miljö, och dessa förändringar fördes vidare till kommande generationer.
Med utgångspunkt i dessa observationer publicerade Charles Darwin 1859 det som nu är känt som teorin om evolution genom naturligt urval. Han menade att organismer inte anpassar sig under sin livstid, utan att de varierar från sina släktingar och att vissa har egenskaper som hjälper dem att överleva längre och få fler avkommor. De som var bäst anpassade skulle vara mer benägna att föra sina egenskaper vidare till nästa generation, och under lång tid skulle arten förändras.
Darwin visste inte hur egenskaper kunde föras vidare från förälder till avkomma, och teorin orsakade kontroverser. Senare upptäckte vi dock att generna var de fordon som förde information vidare mellan generationerna och att små förändringar i den genetiska koden ger de små variationer som driver evolutionen. Vi har spårat genetiska träd, hittat otaliga fossiler och sett evolutionen ske i realtid - både i naturen och i laboratoriet.
Evolutionsteorin har utvecklats till att bli en av biologins viktigaste grundpelare. Ändå är den ett av de mest missförstådda områdena inom vetenskapen. Hur kan vi veta att det hände om det finns luckor i det fossila materialet? Varför kallas det för en "teori" om forskarna vet att den är sann? Och varför har inte alla apor utvecklats till människor? Låt oss krossa myterna kring Darwins banbrytande teori.

evolution
myter

Myt: Vi härstammar från apor

Så varför har inte alla apor utvecklats till människor?

Det här är kanske en av de största missuppfattningarna om evolutionen - att människan skulle vara ättling till moderna apor. Det kan vara så att den välkända bilden av "människans evolution", som visar en serie apor som blir alltmer upprättstående och människoliknande, har bidragit till att sprida denna myt.
Apor och människoapor är inte samma sak. Moderna apor delas in i Nya världens apor och Gamla världens apor, som båda är separata artgrupper till aporna. Aporna delas sedan upp igen i mindre apor (gibboner) och stora apor - som inkluderar människor. Så vi härstammar inte från apor, men hur är det med aporna?
Vi delar många drag med de andra människoaporna - schimpanser, orangutanger, bonobos och gorillor - och de är våra närmaste levande släktingar. Men de är inte heller våra förfäder. Var och en av de stora aporna, inklusive människan, utvecklades oberoende av varandra från en "gemensam förfader".
Om man spårar människofossil bakåt i tiden blir de gradvis mer och mer apliknande, med större tänder, mindre hjärnor och kraftigare lemmar. Och om man spårar schimpanser bakåt i tiden blir de också mer lika den gemensamma förfadern. Om man går tillbaka miljontals år konvergerar människans och schimpansens evolutionära historia så småningom, och man upptäcker att vi delar en släkting som var en helt annan art - vår gemensamma förfader.
Varje korsningspunkt i ett evolutionärt träd representerar en gemensam förfader. Om man spårar ännu längre tillbaka hittar man så småningom en gemensam förfader mellan apor och apor, mellan alla primater, mellan alla djur och så vidare. Varje gren i det evolutionära trädet fortsätter att utvecklas och ger upphov till nya arter i alla storlekar, former och färger.

"De stora aporna, inklusive människan, utvecklades oberoende av varandra från en gemensam förfaderr"

Primaternas släktträd

Vi härstammar inte från schimpanser eller moderna apor, men de är våra närmaste levande släktingar

Utrotning
Förr fanns det tarsiers över hela världen, men nu finns det bara tio arter kvar, alla i Asien.

Närmaste släktingar
Vi är närmast besläktade med schimpanser och bonobos.

Lemurer
Lemurer, loris och pottor skilde sig från andra primater för cirka 60 miljoner år sedan och har fortsatt att utvecklas sedan dess.

Gemensam förfader
Varje korsning i trädet representerar en gemensam förfader - en art som skilde sig åt för att bilda två eller flera nya arter.

De stora aporna
Människan är en av de stora aporna: stora primater med stora hjärnor och utan svans.

Geografiskt isolerade
Den nya världens apor finns i Central- och Sydamerika, medan den gamla världens apor finns i Afrika och Asien.

Inte ensamma
Vi visas ofta upp ensamma på vår gren av trädet, men det fanns andra, nu utdöda, människoliknande arter.

© SPL; Thinkstock

Vi är släkt med de andra primaterna, men härstammar inte från dem

Myt: Det går inte att testa evolutionen

Det sker så långsamt att det är omöjligt att bevisa

Evolutionen sker vanligtvis under miljontals år, så vi kan inte hoppas på att få se något så dramatiskt som att dinosaurier utvecklas till fåglar. Problemet med att spåra evolutionen är att genetiska förändringar måste föras vidare i generationer innan effekterna blir uppenbara. Om djuren lever länge är det svårt att se hur de utvecklas framför våra ögon. Men det betyder inte att vi inte kan se evolutionen ske i realtid.
Under den industriella revolutionen genomgick Storbritannien en snabb period av miljöförändringar. Fabrikerna spottade ut sot som täckte träden. Pepparfärgade malar hade tidigare använt björkträd som kamouflage, och det var en fördel att vara blek eftersom mörka malar avtecknade sig mot barken och snabbt upptäcktes och åts upp av fåglar. Men när sotet kom blev det en fördel att vara mörkare. Snabbt växte antalet mörkare malar eftersom de överlevde och förde vidare sin användbara genetiska egenskap.
Om du vill ha ett exempel nära dig har vi simulerat evolution med hundar i århundraden. Vi väljer vilka egenskaper vi gillar och föder bara upp hundar som uppvisar dem - jakthundar väljs ut för doft och syn, vallhundar har dubbla pälsar som skyddar dem mot väder och vind och bulldoggar föredras för sina platta ansikten. Denna trend håller i sig än i dag och det räcker med att titta på hälsoproblem hos renrasiga hundar för att se effekterna.

Selektiv avel har skapat många olika hundraser

Evolution i praktiken

Insekter och mikrober förökar sig så snabbt att det är lätt att se hur de utvecklas i labbet

Stärkelse
Hälften av gruppen placeras i en bur som innehåller stärkelsebaserade livsmedel.

Separering
Flugorna hålls åtskilda under flera generationer, vilket efterliknar geografisk isolering i naturen.

Fruktflugor
En grupp bananflugor har samlats ihop. De är av samma art, men har en viss genetisk variation.

Maltos
Den andra halvan av gruppen sätts i en bur som innehåller maltosbaserade livsmedel.

"Evolutionen har inget mål alls, och resultaten är långt ifrån perfekta"

Återintroduktion
När de två grupperna återförenas föredrar maltosflugor att para sig med andra maltosflugor och stärkelse med stärkelse - detta är ett tidigt stadium av flugornas utveckling till två olika arter.

Myt: Allt är en anpassning

Alla egenskaper har ett evolutionärt syfte

Det är frestande att föreställa sig att det finns en historia bakom varje egenskap, men allt är inte en anpassning. Mycket av det du ser idag uppstod av en slump eller som en bieffekt av något annat. Andra är bara rester av egenskaper som brukade vara användbara men som inte behövs längre. Evolutionen innebär ofta avvägningar och kompromisser, och den begränsas av de anpassningar som en organism redan har.

Slumpmässiga mutationer
Många egenskaper har inte någon uppenbar anledning eller fördel och är inte en anpassning. Till exempel är cirka 25 procent av den mänskliga befolkningen "supertaster", med mycket fler smaklökar än andra.

Biverkningar
Vissa egenskaper är bieffekter av andra. Färgen på vårt blod är inte en anpassning, utan en bieffekt av den molekyl som transporterar syre - hemoglobinet råkar vara rött.

Myt: Evolutionen förklarar livets uppkomst

Om evolutionen förklarar hur livet har förändrats, borde den väl också förklara hur allting började?

Evolutionen kan berätta mycket om varför livet ser ut som det gör och hur livet förändras och anpassas över tid, men den kan inte förklara hur det började.
Evolutionen har tagit oss tillbaka till LUCA: Last Universal Common Ancestor - den organism från vilken allt liv på jorden utvecklades. Genom att jämföra generna hos organismer i de två äldsta grenarna av livets träd (arkéer och bakterier) uppskattar man att LUCA levde för cirka 3,8 miljarder år sedan och hade minst 100 gener.
Evolutionen kan ge oss ledtrådar om vad som krävdes för att livet skulle börja, men detta pussel är ännu inte löst och tacklas av forskare inom många olika områden.

Primitivt liv

En av de mest övertygande idéerna är att livet uppstod i det varma, mineralrika vattnet i hydrotermiska källor

Hydrotermiska källor
Dessa varma källor på havsbotten bildas vanligtvis där tektoniska plattor separeras och havsvatten värms upp av magma när den cirkulerar genom jordskorpan.

Livet hittar en väg
Upptäckten av bakterier och andra livsformer runt hydrotermiska källor har hjälpt forskarna att omdefiniera de förhållanden där liv är möjligt.

Extremt liv
Vissa organismer verkar trivas i närheten av hydrotermiska skorstenar. Dessa "extremofiler" överlever vid högt tryck, höga temperaturer och utan solljus.

Gener med flera funktioner
Många gener har mer än en funktion (s.k. pleiotropi). Till exempel har dessa kycklingar med lockiga fjädrar en genförändring som påverkar deras matsmältning, kroppstemperatur och äggläggning samt deras fjädrar.

Vestigiala egenskaper
Vissa egenskaper är kvarlämnade från våra förfäder och är inte längre användbara. Ta våra visdomständer; de var användbara när våra käkar var större och kosten tuffare, men nu är de ofta bara ett irritationsmoment.

Myt: Allt händer av en anledning

Evolutionen har ett slutmål och försöker lösa ett problem

När vi talar om evolution kan det verka som om organismerna försöker utvecklas för att bli bättre, snabbare eller starkare än andra. I själva verket har evolutionen inget mål alls, och resultaten är långt ifrån perfekta.
Evolutionen drivs i slutändan av genetiska mutationer, som sker ganska slumpmässigt. Vissa av dessa variationer hjälper organismerna att överleva lite längre eller få fler avkommor, och dessa användbara gener förs vidare till nästa generation. Andra gör livet lite svårare.
Den miljö och de förhållanden som organismerna befinner sig i avgör vilka av dessa slumpmässiga mutationer som kommer att vara användbara och vilka som inte kommer att vara det. Det kan handla om klimatet, rovdjur, tillgången på mat eller hur attraktiv en partner är. Men när egenskaperna väljs ut sker det gradvisa förändringar över tid utan att något slutmål finns i sikte.
Evolutionen arbetar genom försök och misstag, och resultaten är inte alltid så polerade som de skulle kunna vara. Det mänskliga ögat har till exempel ett allvarligt fel. Blodkärlen och nerverna löper framför de ljusdetekterande cellerna och måste passera genom ögats bakre del för att nå hjärnan. Detta skapar en blind fläck. Det är en stegvis process som har lett till att våra ögon har utvecklats, men det är verkligen inte det "bästa" sättet som saker och ting kunde ha ordnats på.
Organismer varken vill, försöker eller behöver utvecklas, de bara gör det - och resultaten är fantastiska och oförutsägbara.

© WIKI; Thinkstock

Myt: Ögat är för komplext för att ha utvecklats

Flugornas ögon innehåller hundratals ljuskänsliga enheter som kallas ommatidia

Ett halvt öga är inte till någon nytta, så hur kan dessa intrikata synmaskiner ha utvecklats?

Det mänskliga ögat

Linsen
Denna flexibla skiva fokuserar ljuset på näthinnan.

Till och med Darwin hade svårt att föreställa sig att ögon var en produkt av evolutionen - men om man tar det steg för steg är det logiskt.
På den enklaste nivån är ögon fläckar eller områden med pigment som reagerar på solljus. Om dessa pigment ligger på en plan yta känner de bara av ljus och mörker, men om de doppas ned i gropar kan de användas för att avgöra från vilket håll ljuset kommer.
Om dessa gropar sedan blir lite djupare, och öppningen börjar stängas, bildar den motsvarigheten till en hålkamera, som begränsar ljuset som kommer in och producerar faktiska bilder. Om nålhålet sedan täcks av ett lager av genomskinliga celler kan gropen fyllas med vätska, vilket gör att en lins börjar bildas av kristaller inuti. Linsen hjälper till med fokuseringen, vilket gör bilderna ännu skarpare.
Var och en av dessa små anpassningar kan ge en organism en liten fördel i sin miljö, till exempel förmågan att jaga mer effektivt eller upptäcka rovdjur längre bort. Under många generationer väljs en anpassning ut och artens ögonform förändras gradvis.

Många djur har ögon med en enda lins som våra

Den optiska nerven
All information som samlas in av näthinnan skickas via synnerven till hjärnan.

Hornhinnan
Denna genomskinliga beläggning bryter inkommande ljus mot linsen.

Näthinnan
I ögats bakre del finns många ljuskänsliga celler.

Ökande komplexitet

"De med de mest användbara anpassningarna är mer benägna att överleva och föröka sig"

Om du tittar noga finns det enkla versioner av det mänskliga ögat i den naturliga världen

Ljusdetekterande cell

Lins

Iris

1

2

Nervfibrer

3

4

Vätska

5

1 Fläck
Encelliga organismer som kallas Euglena har "ögonfläckar" som innehåller ljuskänsliga pigment, som hjälper dem att upptäcka ljus och mörker.

2 Kopp
Plattmaskar har pigmentfläckar som är begravda inuti koppar, vilket hjälper dem att avgöra från vilket håll ljuset kommer.

3 Pinhole-kamera
Djupare koppar med en något stängd öppning bildar motsvarigheten till en hålkamera, vilket gör att djur som nautilus kan se bilder.

4 Lins
Genomskinliga celler täcker öppningen längst fram i ögat, och en enkel linsstruktur bildas inuti. Sniglar har sådana här ögon.

5 Komplex kamera
Med tiden har små förbättringar gradvis byggts upp till de komplexa kameraögon som organismer som bläckfiskar och människor har idag.

© WIKI/ Deuterostome; WIKI/ Holger Brandl, HongKee Moon, Miquel Vila-Farré, Shang-Yun Liu, Ian Henry och Jochen C. Rink; Thinkstock; Shutterstock

Myt: Finns det inte luckor i det fossila arkivet?

Saknade länkar i fossil måste motbevisa evolutionen

Det vore trevligt om vi kunde se snygga historiska linjer som steg för steg följde utvecklingen av moderna arter, men fossiler är sällsynta. Av alla däggdjursarter som för närvarande är utrotningshotade känner vi bara till fossiler för nio procent av dem. Om vi i framtiden skulle blicka tillbaka skulle det vara som om resten aldrig existerat alls.
Fossil bildas inte särskilt ofta. Även för de djur som har rätt kroppstyp är fossilbildningen beroende av hur och var de dör. I djungler, till exempel, slukar andra organismer snabbt de döda och avlägsnar alla spår av deras kroppar. På grund av detta är det oundvikligt med luckor i fossilregistret.
Nya fossil hittas dock hela tiden, och många "övergångsarter" har identifierats som ger stöd åt evolutionsteorin. Ta till exempel hästen. Dagens hästar har en tå, men de utvecklades från förfäder i hundstorlek med flertåiga fötter. Fossilfynden visar flera mellanliggande steg som visar hur tårna försvann, förkortades och kombinerades för att bilda den välbekanta hov som vi ser idag.

Archaeopteryx visar på kopplingen mellan dinosaurier och fåglar, med viktiga drag från båda

Myt: Naturligt urval driver all evolution

Är överlevnad för den starkaste det enda sättet som evolutionen sker på?

Slumpmässiga mutationer av gener kan göra vissa individer något annorlunda än andra, vilket skapar genetisk variation. Rovdjur, konkurrens och andra miljöfaktorer kan sätta press på organismerna, och de som har de mest användbara anpassningarna är mer benägna att överleva och föröka sig och föra sina gener vidare till sin avkomma. Den här processen, som kallas naturligt urval, är Darwin känd för att ha beskrivit, men det är inte det enda sättet som evolutionen kan ske på.
En annan mekanism kallas genetisk drift. I stället för att egenskaper väljs ut går de förlorade eller blir vanligare på grund av en slumpmässig händelse. Detta kan ske om populationer separeras eller om vissa individer dödas, särskilt om populationen är liten.

Genetisk drift

Denna analogi visar hur flaskhalshändelser kan ändra evolutionens gång utan något naturligt urval

1 Ursprunglig population
Till att börja med är denna population blandad, med orange och gröna individer i ungefär lika stora proportioner.

2 Flaskhals
En slumpmässig händelse inträffar, t.ex. en naturkatastrof, som gör att populationsstorleken minskar dramatiskt.

3 Kvarvarande population
Nu finns det fler gröna än orange individer; genpoolen har förändrats av en slump.

4 Ny population
När den kvarvarande populationen förökar sig förs generna vidare, vilket skapar en ny population där grönt är mycket vanligare. Med tiden kan orange försvinna helt och hållet.

Myt: Evolutionen är "bara" en teori

Vi vet inte med säkerhet att evolutionen sker

Den här är svår att argumentera emot, med tanke på att ordet "teori" finns med i titeln, men det verkliga problemet är ordet "bara". Inom vetenskapen finns det inget sådant som "bara" en teori.
I den allmänna konversationen används ordet "teori" synonymt med ord som "föraning", "spekulation" och "tro". Det är ett luddigt sätt att ange att du tror att något kan vara sant, men att du inte har alla bevis för att backa upp det. Så är inte fallet inom vetenskapen.
En vetenskaplig teori är baserad på bevis. Det finns många väletablerade vetenskapliga principer, inklusive evolutionen, som är centrerade kring teorier - till exempel att jorden kretsar kring solen och att levande varelser består av celler. De ger en heltäckande förklaring till det vi ser och kan användas för att förutsäga vad som kan hända i framtiden.
Bevisen för evolutionen är övertygande, och teorin har bekräftats upprepade gånger på olika sätt. Det fossila materialet, även om det är ofullständigt, visar att organismer har utvecklats över tid. Detta stöds av de fysiska, kemiska och genetiska likheterna mellan levande varelser. Och det finns gott om verkliga exempel på organismer som synbart förändras över flera generationer.
Ju fler bevis forskarna hittar, desto mer förstärker de Darwins idéer. Evolutionen är inte "bara" en teori, för inom vetenskapen är en teori ett av de starkaste argument som kan anföras.

Bevisen för evolutionen finns skrivna överallt i vårt DNA

© Thinkstock; Illustration av Rebekka Hearl

Är rädslor genetiskt betingade?

Dina fobier kan ärvas genom generationer i DNA

Iet har antagits att irrationella rädslor är något som vi lär oss genom personliga erfarenheter eller som vi får lära oss av andra. Nu tror man dock att vissa fobier har ett genetiskt ursprung. Det är till exempel mer sannolikt att enäggstvillingar delar samma rädslor än tvåäggstvillingar, även om de växer upp på olika håll.
Experiment med möss har visat att de rädslor som de utvecklar kan föras vidare till deras barn och till och med deras barnbarn. Mössen betingades till att frukta doften av acetofenon - en kemikalie som luktar sött. Forskarna fann att valparna, och även barnbarnen, till de betingade mössend mösse, blev skrämda av av scent, också.
En förklaring kan vara att föräldramössen kommunicerar med sina ungar för att lära dem vad de ska vara rädda för. Studier har visat att när möss blir rädda släpper de ifrån sig feromoner som fungerar som en larmsignal. I acetofenonexperimentet visade sig dock mössungarna vara känsliga för doften redan från första gången de mötte den. Dessutom fick några av de konditionerade mössens ungar växa upp hos icke-konditionerade möss. De okonditionerade föräldrarna var inte rädda, men valparna var det, vilket tyder på att rädslans ursprung var genetiskt.
Det är inte klart hur den betingade rädslan förs vidare, men den nuvarande teorin är att det beror på något som kallas "epigenetiskt arv". Den ursprungliga betingningsprocessen leder till kemiska modifieringar som ändrar genuttrycket (vilka gener som slås på eller av), utan att ändra DNA-sekvensen. Forskarna fann att de betingade mössen och deras avkommor utvecklade fler doftreceptorer i hjärnan jämfört med icke betingade möss. Med fler av dessa receptorer kan de upptäcka acetofenon vid lägre koncentrationer och blir lättare varnade för det.

Att ärva rädslor

En studie med labbmöss tyder på att rädsla är en familjeangelägenhet

Genetisk förändring
Konditioneringen orsakade en liten förändring i föräldramusens DNA, som gick i arv till ungarna.

Chock
Varje gång doften släpps ut får musen en mild elektrisk stöt.

Konditionering av rädsla
Musen lär sig att förknippa lukten av acetofenon med smärta och blir skrämd av enbart doften.

Doft
Musen utsätts för doften av acetofenon, en kemikalie som luktar som körsbärsblommor.

Icke betingad mus
Fosterföräldern har inte lärt sig att vara rädd för lukten av acetofenon.

Framtida generationer
Studien visade att en andra generation av valpar också var mer känsliga för acetofenon.

Valpar
Den konditionerade musen får ungar, varav en del ges till fosterföräldrar som inte är konditionerade för att uppfostras.

Fosterförälder
Tfostermusen reagerar inte på doften, så det är osannolikt att valparnas rädsla har överförts socialt.

Skrämda valpar
Båda grupperna av valpar blir skrämda av doften av acetofenon, trots att de aldrig har träffat på den tidigare.

"Enäggstvillingar delar ofta samma irrationella rädslor"

Generationsminne

Do vi vet saker innan webaserat på erfarenheter från dem som varit före oss?

Yvåra gener gör dig till den du är. De ärvs från dina föräldrar, och deras föräldrar från sina föräldrar före dem, ända tillbaka till den tid då människan först uppstod. Längs vägen har de plockat upp egenskaper som hjälper oss att överleva som art. De har diversifierats för människor som lever i olika delar av världen med olika behov och utvecklats i takt med miljön runt omkring oss.
Mycket av detta är kodat som naturlig instinkt. När ett barn föds behöver det inte lära sig hur det ska andas eller gråta när det behöver uppmärksamhet - det är inbyggt i vårt DNA. Vi vet att vi behöver sova när vi är trötta och att vi behöver äta när vi är hungriga. Samma sak gäller för djur. Inom två timmar efter födseln tar ett föl sina första steg utan någon som helst vägledning från föräldrarna, utan helt och hållet på instinkt.
Förutom våra grundläggande instinkter kan vår genetik bära på mer komplexa förmågor, kunskaper och betingningar. Ett exempel på nedärvt beteende är reflexer som håller oss säkra i situationer där vi uppfattar fara, t.ex. att dra tillbaka handen när den möter något varmt eller att hoppa när vi blir skrämda.
Det har också gjorts fynd som tyder på att våra känslomässiga reaktioner och ansiktsuttryck kan vara beteenden som ligger i ryggmärgen. Spädbarn börjar le och skratta vid cirka två respektive fyra månaders ålder - återigen är detta inte något som de någonsin specifikt får lära sig. Även om de kan ta in uttryck och humör hos dem de växer upp med är det svårt att testa om de kopplar känslor till de ansikten de ser. En studie från 2009 visade dock att idrottare som hade fötts blinda gjorde samma missmodiga ansiktsuttryck när de förlorade som idrottare med syn, vilket tyder på att ansiktsuttryck kanske inte är något vi lär oss genom att titta på andra.
Även om genetik spelar en roll påverkas spädbarn också starkt under sin tid i livmodern livmodern. Mödrar som äter starkt smakande livsmedel som vitlök kan påverka smaklökarna hos sina barn och ge dem en förkärlek för samma smaker senare i livet. Smak och lukt är viktiga triggers som spädbarn letar efter när de får mat för första gången, eftersom modersmjölken innehåller samma smaker som de upplevde i livmodern. Denna smakinlärning före födseln kan ha utvecklats som ett sätt att lära nyfödda att äta, vilket ökar deras chanser att överleva. Denna prenatala smakinlärning ses också hos andra däggdjur som kaniner, katter och hundar.
Huruvida vi har anlag för ett visst språk är fortfarande något som ifrågasätts - inklusive om våra föräldrars modersmål kommer mer naturligt till oss genom genetik eller bara genom exponering. Vad som dock är tydligt är att människor har en biologisk beredskap för att lära sig ett språk och ofta talar i fullständiga meningar vid fyra års ålder. Även här kan den prenatala inlärningen påverka detta, eftersom det har bevisats att en bebis kan höra ljud (den del av hjärnan som bearbetar dessa ljud kan bli aktiv under den sista trimestern).
I djurriket "talar" även gärdsmygen till sina ägg på detta sätt, där mamman sjunger en specifik sång som hennes ungar sedan kvittrar tillbaka till henne när de kläckts. Detta används som ett sätt att identifiera varandra, nästan som ett mor-barn-lösenord. Suboscine-fåglar verkar dock ha sin egen arts sång inpräntad i sig. Ungar som kläckts från ägg som ruvats i ljudisolerad ensamhet kan producera rätt läte för sin art efter att aldrig ha hört det, vilket innebär att detta kan gälla för människor också.
Generationsminnet kan också bidra till att förklara varför vissa människor är naturligt begåvade inom områden som musik, sport eller matematik. Det hävdas att de skulle kunna låsa upp kunskap som lagrats från förfäderna och utnyttja talang från generationer sedan. Problemet är att det är svårt att bevisa att det finns ett generationsminne, eftersom det finns så många miljö- och yttre faktorer som förändrar beteende och personlighet, särskilt hos unga människor som är så lättpåverkade. Teorin börjar dock tas på större allvar, och studier som involverar livsformer med korta generationer, t.ex. nematodmaskar, gör betydande genombrott. Snart kanske vi har obestridliga bevis för att våra gener går i arv mer än vi tror.

"Nedärvt beteende visar sig genom reflexer som håller oss säkra, som att hoppa när vi blir skrämda"

Generationernas minne

Det är inte bara de visuella egenskaperna som förs vidare från förälder till barn

Inbyggda beteenden hos djur

Hur rädsla visade sig gå i arv genom generationer av möss

I en studie från 2013 för att undersöka om fobier och ångest kan överföras genetiskt, tränade neurovetenskapsmän från Emory University i Atlanta, Georgia, hanmöss att frukta doften av körsbärsblommor genom att associera den med en mild chock. Dessa möss avlades sedan och deras avkommor uppfostrades utan att någonsin utsättas för lukten. När de nådde vuxen ålder utsattes andra generationens möss för samma lukt. Trots att de själva aldrig upplevde chocken räckte det med doften för att de skulle uppvisa tecken på ångest och rädsla. Man upptäckte också att deras näsor hade fler nervceller som var särskilt utformade för att känna igen denna doft, samt mer hjärnutrymme för att känna igen den. Så det var inte bara en beteendeförändring - den var fysisk också.
Ännu mer överraskande var att när dessa möss avlades fram uppvisade barnbarnen till de ursprungliga mössen en liknande reaktion på doften. Experimentet bekräftade att genetiska markörer kan användas för att överföra en traumatisk upplevelse till kommande generationer. Vi förvärvar dessa epigenetiska markörer under hela livet genom att lära oss och interagera med vår omgivning. Att lära nästa generation vad de ska vara rädda för utan att de själva upplever traumat kan bidra till en arts överlevnad.

Möss har fantastiska minnen och är kända för att aldrig glömma en rutt när de väl har lärt sig den utantill

© Getty bilder

Hur vi ska
bota cancer

Ta reda på hur man kan förstå en av
mänsklighetens äldsta motståndare
snart kan leda till ett botemedel

hur vie'ska bota cancer

Cancer har funnits längre än vi. Spår har hittats i 70 miljoner år gamla dinosaurieben, i ett 120 000 år gammalt revben från en neandertalare och i ett människoskelett från 1200 f.Kr. Och nästan alla djur - till och med hajar och nakna mullvadsråttor - kan få sjukdomen.
Den var en gång i tiden omöjlig att behandla. Den romerske läkaren Celsus skrev: "Efter excision, även om ett ärr har bildats, har sjukdomen ändå kommit tillbaka." Även om tumörerna avlägsnades fortsatte de att komma tillbaka, men under antiken förstod vi inte exakt vad vi hade att göra med. På 1600-talet började läkarna peka ut en halmfärgad vätska som kallas lymfa och som passerar genom kroppen i kanaler som löper längs med blodkärlen. Och i mitten av 1800-talet stod det klart att cancer faktiskt var uppbyggd av celler.
När man insåg att cancern hade spridit sig från den ursprungliga tumören började 1800-talets kirurger, med hjälp av narkosmedel, avlägsna mer vävnad och lymfkörtlar. I början av 1900-talet blev strålbehandling tillgänglig för att behandla cancer som inte gick att avlägsna. Kvävemonterapin blev sedan den första cellgiftsbehandlingen efter första världskriget. Sedan gjordes ett stort genombrott. År 1953 dechiffrerade James Watson och Francis Crick DNA:s struktur och öppnade dörren till en ny era av genetisk vetenskap. Vi vet nu att tumörer består av våra egna celler, men att deras gener har gått fel. De förändras ständigt, de utvecklas för att undkomma behandlingar och de gömmer sig och sprider sig utan att upptäckas. Och ju mer vi lär oss, desto mer avslöjar vi deras svagheter.
För hundra år sedan skulle det ha varit otänkbart att kunna bota cancer, men i takt med att forskningen fortsätter ökar överlevnaden och det finns många fler upptäckter kvar att göra.

Statistik om cancer

"Watson och Crick dechiffrerade DNA:s struktur"

18 miljoner kronor

33%

personer diagnostiserades med cancer under 2020

av alla dödsfall i cancer orsakas av rökning

10 miljoner kronor

Skador byggs upp i vårt DNA över tid, vilket gör cancer vanligare hos äldre människor

70%

människor dog av cancer 2020

av alla cancerfall inträffar i låg- och medelinkomstländer

© Getty; Thinkstock

Cancer är den näst vanligaste dödsorsaken i världen

Upp till hälften av alla cancerformer kan förebyggas genom livsstilsförändringar

Lungcancer är den vanligaste cancerformen i världen, följt av bröst- och tjocktarmscancer

Lungcancer är den vanligaste cancerformen i världen

Australien har den högsta cancerfrekvensen

mEDICIN

Vad är cancer?

Det första steget mot att hitta ett botemedel är att förstå exakt vad vi står inför

Yu består av uppskattningsvis 37,2 biljoner celler, som var och en innehåller en hel kopia av ditt DNA, som består av 23 kromosompar och 21.000 gener, skrivna i kombinationer av fyra kemiska "bokstäver": A, C, G och T.
Den fullständiga mänskliga DNA-sekvensen innehåller cirka 3 miljarder bokstäver och generna är ordnade i "ord" med tre bokstäver som kallas kodoner. Varje ord motsvarar en molekylär byggsten som kallas aminosyra, och när generna läses i rätt ordning ger orden i en gen receptet för att bygga ett protein. Proteiner är avgörande för allt som en cell gör, från att skapa energi till att bestämma när den ska dela sig och kommunicera med sina grannar. Men i cancerceller innehåller vitala gener misstag som förändrar deras proteiner och förändrar hur de beter sig.
Det krävs många genetiska misstag för att en frisk cell ska förvandlas till en cancercell, och de tenderar att byggas upp med tiden. Några få människor ärver genetiska fel från sina föräldrar, men de flesta uppstår när vi blir äldre. Solljus, alkohol, strålning och rökning kan till exempel alla skada vår genetiska kod. Men även människor med den hälsosammaste livsstilen ackumulerar genetiska fel.
Celler delar sig för att växa och reparera sig. De gör kopior av sig själva för att ersätta gamla celler eller för att läka sår. För att kunna göra detta måste en cell först kopiera alla 3 miljarder bokstäver i sitt DNA, och att göra detta utan att göra ett enda misstag är en praktiskt taget omöjlig uppgift.
Den kopierade koden skannas efter fel och misstagen åtgärdas vanligtvis innan cellen delar sig, men ibland slinker fel igenom och med tiden börjar de byggas upp.
På samma sätt som det skulle göra orden oläsliga om man ändrade bokstäverna i en bok, gör ändringar i den genetiska koden det svårt för cellen att förstå sina gener. Om bokstäver ändras, tas bort, läggs till eller flyttas runt kan det helt förändra innebörden av de genetiska orden, vilket i sin tur förändrar de proteiner som cellen tillverkar.
Inbyggda säkerhetsmekanismer säger normalt till en cell att den ska förstöra sig själv om den har för många genetiska fel, så att en ny, frisk cell kan ta dess plats. Men ibland slinker skadade celler igenom nätet, misslyckas med att reparera sig själva och motstår signalerna om att dö.
Cancerceller tenderar att ha fel i gener som kallas "onkogener" eller "tumörsuppressorgener". Onkogener är ansvariga för att tala om för friska celler att de ska dela sig, hjälpa till med tillväxt och sårreparation, men mutationer kan leda till att de blir permanent påslagna. Tumörsuppressorgener, å andra sidan, säger åt cellerna att sluta dela sig när tillväxten eller reparationen är klar, och fel i dessa gener kan göra att de stängs av. Resultatet blir att de skadade cellerna delar sig och delar sig, staplas på varandra och bildar en tumör.
Med säkerhetssystemen avstängda och utan något som säger stopp fortsätter cancercellerna att göra kopior av sig själva med fler fel i den genetiska koden, vilket leder till en darwinistisk evolution i snabb takt. På samma sätt som ett vilt djur som har en fördelaktig genetisk egenskap har större chans att reproducera sig, har en cancercell som har en fördelaktig egenskap större chans att överleva.
Cancercellerna får nya förmågor och utvecklar egenskaper som gör att de kan gömma sig från immunsystemet, överleva på mindre syre och till och med undgå cellgifter. Men det farligaste av allt är att de får förmågan att förflytta sig genom kroppen, sprida sig till avlägsna platser via blod- eller lymfsystemet och skapa nya tumörer på andra ställen. Men ju mer vi förstår om hur cancer fungerar, desto bättre blir vi på att behandla den.

"Cancerceller fortsätter att göra kopior av sig själva med fler misstag"

De fortsätter att växa
Celler inväntar normalt en signal för att dela sig, men cancerceller skapar sina egna tillväxtsignaler.

De slutar inte när de blir tillsagda
Cancerceller ignorerar signaler som säger åt dem att sluta dela sig.

De ändrar sin ämnesomsättning
Cancerceller omprogrammerar sin ämnesomsättning så att de kan fortsätta att dela sig under förhållanden som normalt skulle döda andra celler.

De motstår döden
Friska celler förstör sig själva när de skadas, men cancerceller stänger av denna säkerhetsbrytare.

De muterar
Cancercellerna samlar på sig fler och fler mutationer när de fortsätter att dela sig.

Kännetecken för cancer

Forskarna Douglas Hanahan och Robert Weinberg definierade tio utmärkande egenskaper hos cancerceller

Cancerceller är odödliga. Celler som dessa har vuxit kontinuerligt i laboratorier sedan 1950-talet

De sätter upp bränsleledningar
När tumörer växer får de mer syre och näring genom att nya blodkärl bildas.

De sprider sig
Cancerceller kan sprida sig runt i kroppen och skapa fler tumörer på andra ställen.

De undviker vita blodkroppar
Cancercellerna gömmer sig för immunförsvaret och hindrar därmed kroppens naturliga försvar från att döda dem.

De är odödliga
Normala celler slutar dela sig när de blir gamla, men cancerceller fortsätter att replikera sig i all oändlighet.

De skapar inflammation
Cancerceller kapar immunceller och använder inflammation som normalt skulle hjälpa till att bekämpa en infektion till sin egen fördel.

Hur cancer uppstår

Cancer börjar med en enda muterad cell som delar sig och sprider sig

Cancercell
Genetiska fel inuti cellen gör att den fortsätter att göra kopior av sig själv.

Tumör
När den onormala cellen fortsätter att dela sig bildas en tumör i vävnaden. Detta kallas "carcinoma in situ".

Normal cell
De flesta cancerformer börjar med att en normal cell i ett av kroppens organ får en felaktig funktion.

Cancerceller kan använda lymfsystemet för att sprida sig runt i kroppen

Blodkärl
För att kunna fortsätta växa behöver tumören blodtillförsel, så den stimulerar bildandet av nya blodkärl.

Spridning på långt avstånd
Celler börjar bryta sig loss från huvudtumören, tar sig in i lymfsystemet och blodkärlen och sprider sig runt i kroppen.

Lokal spridning
Så småningom börjar tumören invadera den lokala vävnaden och växer ner i bindväven under.

Sekundär tumör
Cancercellerna fastnar i olika vävnader och fortsätter att växa och bildar fler tumörer som kallas "sekundära tumörer" eller "metastaser".

© Thinkstock; Illustrationer av The Art Agency

Behandling av cancer

Det finns tre huvudtyper av cancerbehandling: kirurgi, strålbehandling och kemoterapi

Kemoterapi

Det första cellgiftet utvecklades med hjälp av senapsgas, ett kemiskt vapen som användes under första världskriget. Forskarna hade lagt märke till att giftet dödade de snabbt delande cellerna i benmärgen, så de anpassade vapnet för att skapa kvävesenap, en behandling som kunde döda snabbt replikerande cancerceller.
Kvävesenap tillhör en grupp läkemedel som kallas alkylerande medel, som verkar genom att lägga till kemiska enheter som kallas alkylgrupper till DNA. Dessa stör dubbelhelixstrukturen, vilket gör att den genetiska koden bryts sönder.
Andra kemoterapier fungerar på liknande sätt. Tungmetaller korslänkar DNA, vilket gör att det inte kan läsas. Topoisomerashämmare hindrar DNA-helixen från att lindas upp och antimetaboliter verkar genom att efterlikna molekyler som är involverade i kopieringen av DNA och hindrar den nya sekvensen från att skapas. Anti-mikrotubuli- eller spindelgifter hindrar cellerna från att dela på sig och cytotoxiska antibiotika fastnar i DNA-helixen, förhindrar avlindning, länkar samman olika DNA-strängar eller bryter ner DNA i fragment.
Dessa behandlingar är särskilt skadliga för celler som försöker göra kopior av sig själva eftersom de riktar in sig på DNA-replikation och celldelning. Detta är bra för att fånga upp cancerceller som delar sig snabbt, men det är inte perfekt. Cancerceller delar sig inte alltid, så vissa celler lyckas undkomma behandlingen, och många friska celler delar sig också snabbt. Hår, hud och benmärg (som bildar blodceller) skadas av cellgifter, vilket leder till biverkningar som håravfall, sjukdom och ett försvagat immunförsvar.

Patologer undersöker bilder som dessa för att diagnostisera cancer. Denna lungvävnad borde vara full av hål

Kemoterapier skadar celler som försöker dela sig

Strålbehandling

Radioterapi utvecklades i början av 1900-talet och fungerar genom att cancerceller bombarderas med strålning. När vattenmolekylerna inuti cellerna träffas klyvs de i en process som kallas radiolys. Detta ger upphov till mycket reaktiva fria radmed en oparad elektron som angriper bindningar som tillhör andra molekyler, vilket sätter igång en kedjereaktion som skadar DNA.
Strålbehandlingen leder till att DNA:s båda strängar bryts nära varandra, en skada som kallas dubbelsträngsbrott. Detta gör helixen instabil och den börjar rulla upp sig. Cellerna kan reparera en del av den här typen av skador, men ju mer strålning de får, desto större är risken att de dör.
Det vanligaste sättet att ge strålbehandling är med hjälp av en linjäraccelerator (LINAC). Den använder mikrovågor för att skapa elektroner, som träffar en tungmetall för att skapa röntgenstrålar. CT- eller MR-undersökningar används för att fastställa tumörens exakta läge i kroppen, och röntgenstrålarna formas sedan så att de passar tumörens konturer. Detta görs genom att blockera en del av strålen med hjälp av metallplåtar som kallas multibladskollimatorer.
Röntgenstrålar går hela vägen genom kroppen, så maskinen roterar för att leverera strålar från alla vinklar, vilket ger maximal dos där strålarna korsas vid tumören och minimerar mängden strålning som tas emot av den omgivande friska vävnaden.

Linjäracceleratorer roterar för att leverera röntgenstrålar med hög energi till tumörer från alla vinklar

Kirurgi

Kirurgi är en av de äldsta och mest effektiva cancerbehandlingarna. Om cancern inte har spridit sig tar kirurgen bort hela tumören och en del av det omgivande området ifall det finns celler som inte syns. Närliggande lymfkörtlar kan också tas bort eftersom det ofta är den första platsen som en cancer sprider sig till.
Om hela tumören inte kan tas bort kan kirurgi också användas för "debulking", där så mycket som möjligt av tumören tas bort så att resten kan behandlas med kemoterapi eller strålbehandling. Kirurgi kan också vara palliativ och lindra symtomen när cancern inte kan botas.
Alla knölar är inte tumörer och alla tumörer är inte cancer, så kirurgi används ofta även för att diagnostisera cancer. Ett litet vävnadsprov, en s.k. biopsi, tas ut och antingen fryses det eller bäddas in i vax så att det kan skäras i tunna skivor. Dessa skivor färgas så att en patolog kan undersöka cellernas och vävnadens struktur.
Cancerceller ser annorlunda ut i ett mikroskop och skapar oorganiserade strukturer i normalt välordnade vävnader, och de uppvisar också specifika molekylära eller genetiska markörer som skiljer dem åt. Dessa är inte bara till hjälp vid en cancerdiagnos utan kan också användas för att fastställa vilken typ av cancer det rör sig om, hur långt framskriden den är och vilken behandling som är bäst att använda mot den.

Skanningar används för att hitta den exakta platsen för en tumör inför operation eller strålbehandling

Robotkirurgi gör det möjligt att utföra precisionsoperationer

© Thinkstock; Illustrationer Alex Phoenix

Framtiden för cancerbehandling

Ju mer vi lär oss om cancer, desto bättre kan vi rikta in oss på dess svagheter

Istorbritannien ligger den totala canceröverlevnaden nu på 50 procent, och tioårsöverlevnaden för testikelcancer har nått imponerande 98 procent. Men det är fortfarande en bit kvar. Det finns hundratals olika cancertyper och även patienter med samma typ av cancer har subtila skillnader i sina tumörer som påverkar hur de svarar på behandlingen. Cancertumörer kan bli resistenta mot cellgifter och strålbehandling, och många behandlingar skadar också friska celler, vilket ger biverkningar som begränsar användningen av dem.
Fram till nyligen har de flesta cancerbehandlingar varit inriktade på en enda sak: celldelning. Både strål- och cellgiftsbehandlingar drabbar celler som delar sig snabbt och skadar deras DNA när de försöker replikera sig, vilket leder till att de dör. Men cancer har många andra svagheter och forskarna attackerar från alla håll och kanter, med hjälp av den senaste tekniken för att avslöja deras genetiska och molekylära skillnader.
En taktik är att skära av cancerns bränsleledningar. När tumörer växer och cellerna staplas på varandra sjunker syrenivåerna och cancercellerna uppmuntrar nya blodkärlsceller att bryta ner vävnad och migrera in. Om denna process blockeras kan tumörtillväxten stoppas i sin linda.
Ett annat alternativ är att använda immunsystemet och hjälpa våra egna celler att se cancercellerna. Tekniker som prövas är bland annat att använda molekyler för att blockera interaktionen mellan cancerceller och immunceller, att förhindra att tumören stänger av immunförsvaret och att genmodifiera celler för att öka deras förmåga att söka upp och förstöra cancerceller.
Antikroppar håller också på att omvandlas till cancerbehandlingar som ska lämna friska celler oskadda. De kan fås att fastna på en enda molekyl, blockera de kemiska signaler som tumörer behöver för att överleva eller fästa direkt på cancercellerna. Forskarna arbetar också med att genetiskt modifiera virus för att infektera och döda cancerceller, leverera läkemedel till cancerceller med hjälp av nanopartiklar och utforma små molekyler för att störa det viktiga molekylära maskineri som cancerceller använder för att överleva.
Det är mycket osannolikt att det någonsin kommer att finnas ett enda botemedel mot cancer, men ju mer vi lär oss, desto mer målinriktade blir behandlingarna, som dödar cancercellerna mer effektivt och lämnar friska celler oskadda.

Riktar in sig på cancerns svagheter

Moderna tekniker fokuserar på de molekyler och den genetik som gör cancerceller sårbara

Molekylära taggar
Cancercellers molekyler ser annorlunda ut. Genom att rikta in sig på dessa kan man leverera gifter direkt till en tumör.

Signaler om tillväxt
Cancerceller får signaler som talar om för dem att de ska fortsätta växa. Om dessa blockeras kan processen stoppas.

Blodtillförsel
Cancerceller behöver blodtillförsel för att överleva. Att blockera bildandet av nya blodkärl skulle skära av deras bränsleledningar.

Trålning i cancerns genetik
Cancersjukdomar har särskilda fel i sin genetiska kod som kan avslöja svagheter.

Patologi
Cancerceller kan testas för förekomst av molekyler som pekar ut dem som defekta.

Självförstörelse
Cancerceller dör inte trots att de är felaktiga. Riktade behandlingar kan sätta igång självförstöringssystemen.

Anpassad behandling
Enskilda patienter kan matchas med de behandlingar som har störst sannolikhet att fungera för deras unika tumör.

Hormoner
Vissa cancerceller styrs av hormoner. Om produktionen av dessa stoppas kan tillväxten bromsas.

Skräddarsydd cancerbehandling

Human Genome Project avslöjade den mänskliga genetiska koden 2003. Detta episka sekvenseringsuppdrag beskrev varenda bokstav i vårt DNA och avslöjade för första gången den kompletta receptboken för en människokropp. Cancerceller läser ur samma receptbok som friska celler, men orden är utplånade, sidorna ihopklistrade och meningarna förvrängda. Genom att förstå hur receptboken är tänkt att sättas ihop kan forskarna nu bättre identifiera varför och hur cancercellerna har gjort så fel.
Varje person är lite annorlunda och deras cancerceller börjar med olika instruktioner, och när sjukdomen fortskrider anpassar sig olika tumörer på unika sätt. Två kvinnor kan båda ha bröstcancer, men även om det finns likartade mönster kommer genetiken i deras cancerceller inte att vara exakt densamma, vilket gör att de inte alltid svarar på samma sätt på behandlingen. I framtiden kommer människor att testas för att ta reda på vilka riktade behandlingar som fungerar bäst för dem.

Olika cancerformer bär på olika misstag och svarar olika på behandling

Tidig upptäckt av cancer

Ju tidigare cancer upptäcks, desto lättare är den att behandla. Det finns redan tre screeningprogram i Storbritannien för att upptäcka tarmcancer, bröstcancer och livmoderhalscancer, men i framtiden kan det bli mycket enklare. Forskningen kring "biomarkörer" söker efter molekylära signaler som kan avslöja cancer genom ett enkelt blod-, urin- eller till och med utandningsprov.
Biomarkörer är molekylära signaturer som är unika för olika typer av celler. Cancerceller skiljer sig från normala celler på sätt som redan kan upptäckas med hjälp av biopsier av tumörvävnad, men forskarna tror att dessa skillnader också kan leta sig in i kroppsvätskor, så att de kan fångas upp med ett enkelt test. Biomarkörer skulle kunna ge ledtrådar om vilken behandling som är bäst, om tumören håller på att bli resistent mot nuvarande läkemedel och om cancern har kommit tillbaka.

Sensorer
Sensorer registrerar koldioxid och tryck för övervakning av andningen.

Ansiktsmask
Engångsmasker med filter används för att blåsa in luft i enheten.

Sorbent-rör
Andningsluften separeras i fraktioner och förvaras i två par rör som kan analyseras i laboratoriet.

LuCID
klinisk prövning
Enheten prövas för närvarande för att ta reda på om den är effektiv för diagnos av lungcancer.

Flyktiga organiska
föreningar
Uppfinnarna hoppas att man genom att upptäcka spår av kemikalier som kallas aldehyder och ketoner ska kunna förutsäga lungcancer.

"En taktik är att skära av cancerns bränsleledningar"

Förstärkning av immunförsvaret

Försåtliga knep
Cancerceller utvecklar olika sätt att undvika detta naturliga försvarssystem, bland annat genom att belägga sig med en molekyl som kallas PD-L1. När T-cellerna stöter på denna molekyl stängs de av.

Cancercell

T-lymfocyter

PD-1-receptorer

Förebyggande av cancer
Din kropp är utrustad med en armé av "mördande" T-celler: vita blodkroppar som patrullerar kroppen på jakt efter problem. Om en cell börjar gå fel kommer dessa celler in och dödar den.

Blockerare av immunterapi

Blockering av signalen
Vissa av de nya immunterapibehandlingarna syftar till att slå på immunförsvaret igen genom att blockera PD-L1 på cancercellerna eller dess motsvarande molekyl, PD-1, på T-cellerna.

PD-L1-molekyler

Dödar cancer
Immunsystemet kan då se cancercellerna igen och kan skicka signaler till dem om att de ska förstöra sig själva på ett säkert sätt.

© Thinkstock; Illustrationer av Adrian Mann / Nicholas Forder / Alex Phoenix

Hur fungerar kloning av djur?

När det klonade fåret Dolly föddes inleddes en ny era inom biologisk forskning

Genetisk vetenskap

Solly föddes till världen som vilket får som helst - litet, fluffigt och bräkande. Men Dolly var inte likadant som alla andra får. Eller rättare sagt, det unika med henne var att hon bara var som ett enda annat får. I själva verket var hon identisk med ett annat får. Dolly var en klon.
Kloner är organismer, eller celler, som är genetiskt identiska med sin förälder, och de har funnits i naturen i miljontals år. Encelliga organismer och växter kan producera genetiskt identiska avkommor och naturliga kloner, till exempel enäggstvillingar, förekommer hos människor och andra däggdjur. Dessa naturliga kloner har nästan identiskt DNA. Kloning av djur har dock experimenterats med i över 100 år, med början med mer grundläggande djur som salamandrar och vidare till komplexa däggdjur som får och kor.
Dubbla problem: kloning metoder
Det finns två huvudsakliga metoder för att klona djur: somatisk cellkärnöverföring (SCNT) och embryodelning. Det var SCNT-metoden som användes för att producera fåret Dolly. Båda metoderna är former av "reproduktiv kloning", en typ av artificiell kloning som även genkloning och terapeutisk kloning är en del av.
Reproduktiv kloning
SCNT-kloning börjar med att man hittar en lämplig cellkärnsdonator. Dessa kan tas direkt från djuret eller odlas fram i ett laboratorium. Vanligtvis rör det sig om hudceller, som har en relativt lång livslängd och tål att frysas ned. Den andra cellen som måste tas tillvara för kloning är en äggcell. Äggcellen enukleeras - en process som innebär att cellkärnan sugs ut med hjälp av en liten nål. När cellen har enukleerats finns det inget DNA kvar, men den är fortfarande fylld med cytoplasma. Donatorcellen enukleeras på samma sätt, men i stället för att kasseras injiceras den ensamma cellkärnan i äggcellen. En elektrisk stöt appliceras, vilket gör att den börjar dela sig. Om allt går bra implanteras embryot i en surrogatmamma. Cellerna delar sig normalt och några månader senare föds en frisk klon. Hittills finns det inga bevis för att processen är skadlig för klonen. Dolly kunde fortplanta sig och fick friska avkommor, vilket tyder på att hennes fertilitet inte påverkades av hur hon kom till världen.
Terapeutisk kloning
Vid terapeutisk kloning används samma metoder ända fram till elchocken. Donatorcellen tillhör dock en cell från en patient som behöver stamceller. Efter att de sammansmälta cellerna har delat sig flera gånger blir de till en cellklump som kallas blastocyst. En blastocyst har ett yttre och ett inre lager, och i det inre lagret finns de värdefulla stamcellerna. Medan de flesta celler är specialiserade på en viss uppgift (t.ex. nervceller, muskelceller etc.) har stamcellerna potential att utvecklas till vilken celltyp som helst. De skördade stamcellerna infunderas i en patient och börjar, under rätt förhållanden, fungera där de behövs.

Framsteg i kloningens historia

De vetenskapliga genombrottsögonblicken som ledde till framsteg inom kloning

"Kloning av djur har experimenterats med i över 100 år, och man började med enklare djur som salamandrar"

Visste du att?
Enskilda gener kan också klonas så att forskare kan forska på dem

Två klonade beaglar, Magic och Stem, föddes vid National Seoul University i januari 2009 i Seoul, Sydkorea

1938
Hans Spemann föreslår ett "fantastiskt experiment" för att överföra en cellkärna till ett ägg utan kärna, den grundläggande metod som så småningom skulle användas vid kloning.

1952
Robert Briggs och Thomas King lyckas överföra cellkärnan från ett tidigt grodyngelembryo till ett grodägg med en kärna.

1984
Steen Willadsen klonar ett får från en embryocell genom en teknik som kallas kärnöverföring.

1996
Fåret Dolly - det första däggdjuret som klonats från en vuxen kroppscell - föds i Skottland.

2001
Två djur - ett mufflonfår och en gaur (indisk bison) - klonas som en del i ett försök att rädda dessa arter.

2003
Forskare lyckas klona det första utrotade djuret, en spansk bergsget som kallas bucardo, men klonen dog minuter efter att den föddes.

2013
Mänskliga embryon klonas för första gången för att producera embryonala stamceller med förhoppningen att de ska kunna användas för att behandla sjukdomar.

Dolly är kanske världens mest kända
mest kända klon

Tfåret Dollys liv

Dolly föddes den 5 juli 1996 på Roslin Institute i Skottland. Hennes födelse var ett resultat av ett experiment för att utveckla genetiskt modifierad boskap. Hon hade tre mödrar: en Finn-Dorset gav DNA, en Scottish Blackface gav ägget och en tredje, en Scottish Blackface, befruktades med embryot. 148 dagar senare födde surrogattackan Dolly. Hon var den enda överlevande vuxna individen från 277 kloningsförsök.
Dolly fick sex friska lamm, som alla tillkommit på naturlig väg. Hon dog vid sex års ålder av en sjukdom som inte var relaterad till att hon var en klon, men hennes liv uppmuntrade forskarna att fortsätta experimenten med andra djur. Sedan dess har grisar, katter, hundar, kor, hästar och kameler klonats framgångsrikt.

Embryo spliting
Denna metod är den enklaste formen av artificiell kloning och börjar med att en zygot bildas. Denna zygot delar sig och så småningom kan de embryonala cellerna separeras. Varje separerad cell fortsätter att växa och kan implanteras i en surrogatmamma. De implanterade cellerna är identiska eftersom de ursprungligen bildades från samma embryo. Denna process liknar utvecklingen av enäggstvillingar men har begränsad potential.
Kan vi klona människor?
Kloning är utan tvekan en kraftfull biologisk teknik. Forskare har kunnat använda tekniken för att föda upp utrotningshotade arter och återuppliva utdöda djur. Det har till och med talats om att återuppliva den ullhåriga mammuten efter upptäckten av bevarade mjukvävnadsrester från dessa förhistoriska jättar. Men även om laboratorier forskar och utvecklar terapeutisk kloning med hjälp av mänsklig vävnad, har det hittills inte skapats några faktiska mänskliga kloner. Detta beror delvis på det etiska problemet med att skapa klonade individer utan att fullt ut veta om metoden är säker eller vilken inverkan den kan ha på den klonade människans liv. Andra farhågor är att reproduktiv kloning kan leda till omfattande missbruk, till exempel att klonade människor används för organ- och vävnadsskörd.
Vad är poängen?
Kloning är dyrt, tidskrävande och har en mycket låg framgångsgrad. Utvecklingen av dessa metoder har dock varit avgörande för vår förståelse av människans utvecklingsbiologi och har gett nya behandlingsalternativ inom medicinen. Förhoppningen är att patienter med en organsjukdom eller organsvikt snart inte längre ska behöva riskera att kroppen stöter bort den nya transplantationen. Istället kommer de att kunna ersätta organet med ett som är genetiskt identiskt men utan slitaget. Det kommer inte att dröja länge förrän vi får se forskare odla nya levrar för patienter med leversjukdomar, nya hjärtan för transplantationer och till och med nya hjärnneuroner för människor som lider av hjärnskador - alla perfekt genetiskt identiska med patienten.

Seoul National University och RNL Bio Company erbjuder kunder en tjänst för att klona sina döda husdjur

Kolonier av neurala stamceller kan differentieras till alla celler i nervsystemet

Hur fungerar kloning fungerar?

Donator
bröstcancer
celler
En donatorcell har fått sin cellkärna borttagen och resten av cellen har kasserats.

Vuxna
donatorceller
En äggcell från en annan donator injiceras med den extraherade cellkärnan.

Den otroliga processen bakom skapandet av genetiskt identiska organismer

Elektrisk chock
Cellerna smälter samman och stimuleras att dela sig med hjälp av en elektrisk stöt.

Visste du att det är så?
Sydkoreas flygplats Incheon använder flera hundar som alla är genetiskt identiska med Chase - en av de främsta narkotikahundarna

Sammansmält cell
Cellen delar sig, blir större och blir till ett embryo. Embryot innehåller samma genetiska information som den vuxna bröstcellen.

Implantation
Embryot förs in i livmodern hos en surrogatmamma.

"Det dröjer inte länge förrän vi får se forskare odla fram nya levrar till patienter med leversjukdomar"

En forskare vid det laboratorium där dr Ian Wilmut upptäckte hur man klonade ett får

Klonen är född
Embryot utvecklas normalt och föds.

Tproblemen med kloning av människor

Vad hindrar forskare från att skapa labbodlade människor?

Wad vore det om ni var två? Du skulle kunna göra dina sysslor och ärenden på halva tiden, jonglera med överlappande sociala åtaganden eller låta en av er arbeta medan den andra tar en minisemester. I teorin kan idén om att klona oss själva verka som en självklarhet, men i själva verket är skapandet av mänskliga kloner fyllt av vetenskapliga och moraliska hinder som får hjärnan att sträcka på sig.
Sedan fåret Dolly, det första klonade däggdjuret, skapades har de senaste 20 åren varit fyllda av många exempel på hur DNA tagits från olika djurarter, som kaniner, råttor, hundar och hästar, och framgångsrikt skapat en kopia. Även om vetenskapen fungerar för dessa arter är det inte en teknik som passar alla.
En av de största utmaningarna vid reproduktiv kloning av människor är att återskapa vår livslängd. Den genetiska information som används som bruksanvisning för kloning kommer från cellkärnan i en vuxen cell. När vuxna celler växer och delar sig förkortas kromosomernas ändpartier, de så kallade telomererna, lite för varje delning. När vi når vuxen ålder är kromosomtelomererna ganska korta, så när vuxna kromosomer implanteras i ett embryonalt ägg förkortas kromosomerna mer än normalt. Denna förkortning skulle leda till att kloner utvecklar livshotande tillstånd och typiskt sett halverar sin livslängd jämfört med sina DNA-donatorer, vilket man sett i djurstudier. Andra biologiska hinder uppstår under processen att extrahera kärnan från donatorägget. Till exempel kan vitala proteiner i cellen som är viktiga för celldelningen också oavsiktligt avlägsnas under avlägsnandet.
Kloning av människor är också ett etiskt minfält. Skulle klonade människor anses vara undermänniskor? Är det rätt att återuppliva DNA från en avliden närstående? Tillsammans med de vetenskapliga hindren för mänsklig kloning är de dilemman som den medför utmanande att övervinna. Som det ser ut för närvarande, we are inte tillräckligt tekniskt avancerade eller moraliskt förberedda för att sätta biologiska dubbelgångare till världen.

Finns de bland oss?

Kan det vara möjligt att det finns en mänsklig klon bland oss? År 2002 hävdade bioteknikföretaget Clonaid att de hade lyckats med ett science fiction-verk och fött världens första klonade barn, senare känt som "Eve". Efter stora tidningsrubriker ökade allmänhetens intresse för de verkliga möjligheterna med kloning av människor. Det var dock något som inte stämde med Clonaids medicinska avslöjande. Clonaid hade förmodligen tagit DNA från donatorns "mor" för att implantera det i det DNA-vakanta ägget och återimplantera det i donatorn, vilket resulterade i en lyckad graviditet. Clonaid lämnade dock inte in några medicinska eller fotografiska bevis för Eve för granskning, vilket gjorde att både media, forskare och allmänheten inte kunde veta säkert om deras påstående var sant, även om det allmänt ansågs vara falskt.

Vägen till kloning av människor

Upptäck de milstolpar som vetenskapen har gjort inom kloningstekniken

1952
Forskare visar att de kan avlägsna cellkärnan från en embryonal grodcell och överföra den till en äggcell.

1963
Den första klonade fisken, en karp, skapas genom en DNA-överföring av kinesiska forskare.

1996
Fåret Dolly föds, det första däggdjuret som klonats från en vuxen cell.

1998
50 möss har enligt uppgift klonats från en enda mus under flera generationer.

2001
Katter läggs till listan över klonade djur när amerikanska forskare skapade "CC". Hon skilde sig dock fysiskt från sin "mamma".

Problemen med kloning av människor

Kloning av människa

Vetenskapen bakom skapandet av våra biologiska dubbelgångare

Donatorägg

Human äggdonator

Donatorägg
Ägg tas från en kvinnlig donator och den DNA-innehållande kärnan avlägsnas för att ge plats åt en ny kärna.

Hudceller från en vuxen
Cellerna tas från en hudcell från en vuxen donator och den DNA-bärande cellkärnan extraheras.

Ta bort cell från person som ska klonas

Surrogatmamma med klonat barn

Klon
Den resulterande klonen skulle dela nästan identiskt DNA med givarkärnan, även om det är en generation ifrån varandra.

Cell

Implantation av embryo i surrogatmamma

Alla dessa makakapor är nästan genetiskt identiska, även de som redigerats på konstgjord väg av forskare

Ta bort kärnan

2017
Kloning som apa
En av de föreslagna fördelarna med kloning är möjligheten att bidra till behandlingen av mänskliga sjukdomar som Alzheimers sjukdom och cystisk fibros. För ett par år sedan gjorde kinesiska forskare ett stort framsteg i kloningens potential när de skapade Zhong Zhong och Hua Hua, två makakapor. Med hjälp av samma metod för somatisk cellkärnöverföring som användes vid skapandet av fåret Dolly 1996, överfördes genetisk information från en vuxen cell till ett ägg som sedan implanterades i ett surrogat.
Att detta kan förändra kloningsvetenskapen beror på att apor har högre kognitiva funktioner som är jämförbara med människans. Efter att ha lyckats med kloningen har forskare vid Institute of Neuroscience i Shanghai nu använt tekniken för att klona en annan makakapa som genmodifierats så att en gen som är viktig för sömnen inte längre fungerar. De fem kloner som blev resultatet visade sig dela den redigerade mutationen och utvecklade därmed samma sömnstörning, vilket kastar ljus över genuttryckets roll i sjukdomsutvecklingen.

Äggdonator
Ett ägg tas ut från donatorns äggstock och förbereds för utbyte av genetisk information, så kallad somatisk cellkärnöverföring.

Fusion
Det enukleerade ägget och donatorns somatiska cell (kroppscell) smälts samman med hjälp av elektricitet.

Sammanslagning av ägg och cell

Embryo
Det nya ägget och den vuxna cellkärnan bildar ett embryo och börjar utvecklas.

Ägg och cell smälter samman

Implantation
Med hjälp av provrörsbefruktning implanteras det konstruerade embryot i en surrogatmamma.

Dräktighet
Surrogatmamman bär sedan embryot medan det utvecklas till ett barn, på samma sätt som vid en vanlig graviditet, innan barnet föds.

2001
Ett klonat mänskligt embryo med sex celler produceras för att skörda de stamceller som utvecklas.

2002
Den första klonade råttan, "Ralph", föds. Av 129 inplanterade embryon föddes endast tre ungar.

Februari 2003
Dolly avlivas efter att ha utvecklat en lungsjukdom vid bara 6,5 års ålder - hälften så gammal som ett naturligt fött får.

2005
Världens första klonade hund vid namn Snuppy, en afghansk hund, föds i Sydkorea.

2013
Mänskliga hudceller omprogrammeras till sitt ursprungliga embryonala tillstånd i USA.

2014
Forskarna placerade en hudcellkärna från en vuxen människa i det enukleerade ägget och påbörjade embryonalutvecklingen.

Genetiskt modifierade organismer

Hur och varför manipulerar forskare genetisk information?

Tör att skapa en GMO måste forskarna först bestämma vilken egenskap som ska införas i en organism, till exempel motståndskraft mot torka eller förmågan att producera ett visst vitamin. Genom att analysera den genetiska koden kan de identifiera exakt vilken del av DNA som kodar för den aktuella genen och välja ut enzymer som klipper ut den del de behöver.
I allmänhet ändrar de sedan en växts arvsmassa med hjälp av en bakterie som heter Agrobacterium tumefaciens, som naturligt kommer in i växternas celler i naturen. Några specifika gener tas sedan bort från bakteriens plasmid, en cirkulär genetisk struktur som kan replikeras oberoende av varandra och överföras mellan bakterier. Kvar blir en linjär bit DNA som bara kodar för replikationsinstruktioner och för grundläggande cellfunktioner.
För att skapa den nya "rekombinanta plasmiden" kombineras den klippta genen av intresse, det linjära mottagande DNA:t och enzymet DNA-ligas, vilket leder till att den nya genen integreras. Cellerna odlas i kultur och kommer att producera frön som vuxna, som alla kommer att ärva den implanterade transgenen, även om de kanske inte uttrycker den.

Bakgrund

Organismers arvsmassa innehåller ritningarna för hur de fungerar, och genetisk modifiering innebär att en del av denna information överförs från en organism till en annan. Naturen har gjort detta i årtusenden; till exempel uttrycker vissa typer av sötpotatis en gen från bakterier som introducerade sig själv i potatisgenomet.
Forskare utvecklade sedan ett sätt att göra detta avsiktligt. Det första patentet för en genetiskt modifierad organism var en bakterie. Den utvecklades 1971 av Ananda Chakrabarty, en indisk-amerikansk biolog, och utformades för att smaka på råolja så att den skulle kunna användas för att hjälpa till att sanera oljeutsläpp genom att antingen absorbera oljan eller bryta upp den.

Hur vi kan använda GMO

GMO har potential att minska hungern och undernäringen i världen, särskilt för dem som lever i låginkomstländer. Exempel på sådana innovationer är "gyllene ris", som modifieras för att få en högre halt av det välbehövliga vitaminet betakaroten.
Andra typer av ris har modifierats så att de kan överleva med mycket begränsat vatten efter att ha fått en gen från en ökenväxt införd i sitt genom. Tomater som är motståndskraftiga mot frost och minusgrader har också framställts med hjälp av en antifrysgen från en kallvattenfisk.
I framtiden kan vi till och med få se vacciner och läkemedel i vissa livsmedel, som potatisen som har modifierats för att producera ett ätbart vaccin mot patogena E. coli.

Genetiskly modified organisms

Tillverkning av GMO

Hur forskare använder genteknik för att ge växter nya egenskaper

Steg 2
T-DNA klipps av från plasmiden med hjälp av restriktionsenzymer, som skär genomet på specifika punkter för att ta bort vissa gener.

Steg 4
Genom skärningsprocessen skapas en linjär molekyl som är redo att ta emot nytt DNA.

Steg 5
Genen och den öppna vektorn blandas ihop med DNA-ligas, ett enzym som kopplar ihop ändarna på genen och den öppna vektorn.

Steg 1
Först avlägsnas plasmiden genom att bakteriecellen öppnas och innehållet i den renas.

Steg 8
Växtcellerna växer i odlingen och producerar så småningom frön som innehåller den naturligt nedärvda transgenen.

Steg 3
Det främmande DNA som ska överföras till T-DNA:t klipps också med hjälp av restriktionsenzymer för att välja ut målgenen.

Steg 6
Uppvärmning av cellerna (värmechock) tros skapa porer som gör att den manipulerade plasmiden kan komma in i växtcellen.

Steg 7
Bakterien bär med sig den aktuella genen och replikationsinstruktionerna till kromosomerna i en växtcellvägg.

"Forskare bestämmer vilken egenskap de vill införa, till exempel motståndskraft mot torka"

Genetiskt modifierat "gyllene ris" innehåller mer betakaroten än vanligt ris

Sammanfattning

GMO skapas med hjälp av genmanipulationsteknik. Genom att föra in en främmande gen i en ny värd kan forskare producera en organism som uttrycker en egenskap som den vanligtvis inte skulle ha i naturen.

© Illustration av Jo Smolaga

Hur är livsmedel genetiskt modifierade?

Utforska produktionen av mänskligt framställd livsmedelsperfektion som äger rum i vetenskapslaboratorier

Tmerparten av det vi äter kommer från gårdar och fabriker som föder upp och producerar särskilt för livsmedelsindustrin. I århundraden har människan manipulerat resultatet och attraktionskraften hos livsmedelskällorna genom att förändra egenskaperna. Genom att välja ut de perfekta egenskaperna har människor systematiskt skapat många kombinationer av gynnsamma egenskaper i livsmedel som inte skulle ha uppstått naturligt.
Genetisk modifiering är ett sätt att säkerställa att vår mat får önskat resultat, genom ett exakt och vetenskapligt förfarande. Tidigare selektiva avelsmetoder förlitade sig på tur i vissa delar av processen, men för denna mer avancerade teknik klipps och modifieras en organisms DNA-struktur i en mer direkt handling. Detta styr resultatet och standarden på produkterna.
För att kunna odla mat som är bäst lämpad för sin miljö och samtidigt har de bästa egenskaperna vänder sig forskarna till naturligt välmående organismer. Genom att ta de fördelaktiga aspekterna av deras DNA införlivas dessa i masslivsmedelsproduktion och skapandet av perfekta grödor. Genom att experimentera med nya sorter kan genetiskt modifierade livsmedel öka smak och näringsinnehåll, samtidigt som organismen skyddas mot sjukdomar. I laboratorier leker forskare med kombinationer av gener i olika livsmedelskällor för att få fram ett slutresultat som är bättre än de naturliga egenskaperna.
Men finns det några negativa effekter av livsmedel som produceras på det här sättet? Under årens lopp har många ställt sig frågande till om odling och konsumtion av dessa livsmedel är dåligt för vår hälsa och för miljön. Genom att ändra naturens gång kan man tillföra positiva aspekter till varje livsmedelskälla, men det är också viktigt att inse att metoden kan ha sina baksidor. Vissa anser att modifierade livsmedel kan öka sannolikheten för allergiska reaktioner hos dem som äter dem, samt motivera kemiföretagen att skapa mer giftiga herbicider och bekämpningsmedel som ska användas på resistenta grödor.

Framtidens mat

Från att ha varit ett sätt att öka värdet på växter utforskas nu genmodifiering inom den animaliska livsmedelsindustrin. Det första djuret som genmodifierades för att få bättre livsmedelskvalitet var lax. Dessa fiskar modifierades i Kanada så att de kunde nå full storlek på bara 18 månader - hälften av den tid det normalt skulle ta.
Nästa steg i den genetiska modifieringen kan bli mer radikalt. Man arbetar med grisar och kycklingar för att skapa djur som är resistenta mot sjukdomar, mjölkkor utan horn och får med förmåga att få fler avkommor.
När det gäller grödor kan möjligheten att odla mat som är motståndskraftig mot tuffa miljöer vara en räddning för att förhindra hungersnöd. Vissa områden kämpar med en extrem brist på nederbörd och lider av torka som hindrar deras förmåga att tillhandahålla mat. Eftersom klimatförändringarna sannolikt kommer att förvärra dessa förhållanden experimenterar forskare med att utveckla torktoleranta grödor som en förberedelse.

© Jurvetson/Flickr

En genkanon används för att ändra DNA i majsceller

Grödor som vete och sojabönor kan konstrueras för att stänga porer där vatten förloras

Gynnsamma bakterier
I en metod används vissa bakterier och virus. De överför sitt DNA till värdceller som en del av sin vanliga cykel. Vanligast är att bakterien Agrobacterium tumefaciens används.

Att komma in i
växten
Bakterierna tar med sig sina nyförvärvade gener in i växternas celler.

Påtvingad evolution

Hur gynnsamma gener förs vidare till växter

Gen
överföring
Den önskade genen sätts in i bakteriecellen. För att säkerställa att den accepteras chockas bakterierna med antingen elektricitet eller värme.

Täta kulor
Metall används för att öka densiteten och göra det möjligt för partiklarna att tränga in i växtcellerna. Att använda metall innebär att mindre DNA behöver användas vid varje skott - bara en tunn beläggning.

Kraftfull avfyrning
Partiklarna bombarderar växtcellerna när de skjuts in i vävnaden. Alla celler som har träffats har nu den genetiska egenskapen inkorporerad i sitt DNA.

Inbäddade
gener
Vissa av växternas celler lyckas ta upp det nyligen införda DNA:t.

Ny växt
De celler som nu har det valda DNA:t används för att odla nya växtsorter. Varje växtcell har kapacitet att individuellt skapa en helt ny växt.

Precision i pistolen
Genpistoler används ofta för att förändra växters arvsmassa. Dessa precisa pistoler är fyllda med DNA-belagda metallpartiklar.

Användningen av den giftiga herbiciden glyfosat har ökat med 1.500% sedan resistenta GM-grödor introducerades

5 Fakta  Fiktiva frukter blir verklighet

1 arktiskt äpple
Dessa äpplen är skapade för att inte bli bruna och finns tillgängliga i USA. När äpplet skärs upp hindras insidan från att ändra färg. De som ansvarar för modifieringen av äpplena hävdar att livsmedel med dessa egenskaper kommer att bidra till att minska matsvinnet.
2 Persikofärgade jordgubbar
Man experimenterar med jordgubbar för att ge dem en så söt smak som möjligt. I en fusion mellan två frukter har man genom modifiering fått fram jordgubbar med persikosmak.
3 Sjukdomsresistenta bananer
En vanlig sjukdom hos bananer, fusariumsvamp, har fått forskare att utveckla ett parti resistenta bananer. Detta kommer att säkerställa att alla dessa bananer kan förbli friska för konsumtion.
4 Kryddiga tomater
Några brasilianska forskare testar möjligheten till heta tomater med sitt kryddiga urval. Tomater har några av samma gener som producerar starka kemikalier som chilifrukter, men de är vilande. Genom att förändra denna del av genomet skulle tomater kunna användas som mer lättillgängliga chilifrukter.
5 Regnbågspapaya
Regnbågspapayan modifierades för att göra papayaproduktionen mer effektiv. Papayafarmarna på Hawaii hade förlorat en stor del av sina frukter på grund av ringfläcksjukan. Sedan kommersialiseringen 1998 påstås regnbågspapayan ha räddat industrin på Hawaii.

Katter vs hundar

Hur psykologin och biologin
hos världens mest populära husdjur jämförs

Hänsklighetens hund- och kattvänner tillhör en djurordning som kallas Carnivora. De är ättlingar till de första däggdjuren i slutet av paleocen som hungrade efter andra djurs kött. För mellan 65 och 35 miljoner år sedan smög en ordning av vesselliknande djur som kallas Miacis genom träden i gamla skogsområden i Eurasien och Nordamerika. Dessa lurviga däggdjur var trädlevande varelser, vilket innebär att de tillbringade sin tid med att jaga bland den frodiga vegetationen i den paleocena skogen. Även om Miacis var ett av de tidigaste köttätande däggdjuren på jorden var det inte på något sätt det mest vildsinta.
Efter dinosauriernas utdöende för cirka 66 miljoner år sedan steg två däggdjursjägare upp till toppen av näringskedjan: vargliknande rovdjur som kallas creodonts och de hovförsedda förfäderna till marina däggdjur, som kallas mesonychider. Båda dessa topprovdjur utrotades på grund av överlappande resurser och konkurrens med andra rovdjur. Miacis, å andra sidan, inledde en linje av däggdjur som resulterade i utvecklingen av produktiva rovdjur i den moderna världen, såsom lejon, tigrar och björnar. För cirka 43 miljoner år sedan delade sig den köttätande ättlingen till Miacis i två olika spår - de "hundliknande" Caniformia och de "kattliknande" Feliformia. Under miljontals år utvecklades de till de katt- och hundarter som vi ser idag, inklusive huskatten och hunden.
Den evolutionära vägen till att bli de katter och hundar vi känner idag skedde inte på vanligt sätt. Till skillnad från trycket från det naturliga urvalet som deras vilda kusiner har utstått i årtusenden, har katter och hundar sin nuvarande form tack vare sina interaktioner med människor. Hundar var de första som fick sällskap av människor för omkring 23 000 år sedan. En del av den senaste genetiska forskningen tyder på att förhistoriska gråvargar och människan utvecklades tillsammans i Sibirien i slutet av pleistocen. Under tusentals år har de dragit nytta av att umgås med varandra för att få mat och

Sociala signaler utvecklas också, och katter har utvecklat en hälsningsritual där de rör vid nosen

"Efter dinosauriernas utrotning för cirka 66 miljoner år sedan steg två däggdjursjägare upp till toppen av näringskedjan"

säkerhet, förhistoriska människor avlade sannolikt de tamaste vargarna till tama allierade.
Katter, å andra sidan, blev vänner med människor för omkring 10 000 år sedan. Man har länge trott att de gamla egyptierna var de första som tämjde vilda katter och höll dem som husdjur. Katterna avbildades i hieroglyferna som magiska varelser och mumifierades tillsammans med sina mänskliga följeslagare, och de spelade en viktig roll i egyptiernas liv redan för 3 600 år sedan. Detta är dock långt ifrån första gången katter och människor lever tillsammans. Forskare har undersökt DNA från den vanliga huskattens vildkattförfader (Felis silvestri) och spårat det tillbaka till de första mänskliga bosättningarna i Mellanöstern, känd som den bördiga halvmånen och även kallad civilisationens vagga. Det är fortfarande oklart exakt varför katterna tog sig in i människans liv, men vissa DNA-bevis tyder på att de kan ha blivit självdomesticerade. Som jägare av irriterande gnagare hade de forntida bönderna troligen katter som en form av skadedjursbekämpning.
De flesta hundraser som vi känner igen idag har utvecklats under de senaste 150 åren. Den äldsta domesticerade hundrasen är dock salukin. Mumifierade rester av dessa slanka vovvar som har hittats i Egypten har

4 Anpassade fötter  Som trädlevande varelser kunde deras bakfötter vända sig bakåt för att greppa tag i träd.

5 Förankrad svans Liksom många trädlevande djur hade miaciderna svansar som kunde gripa tag i grenar.

3 Små rovdjur miaciderna hade ett brett spektrum av kroppsstorlekar, från ett till sju kilo.

Förhistoriska rivaler

Katter och hundar har länge varit rivaler. År 2015 analyserade forskare från Göteborgs universitet, São Paulo i Brasilien och Lausanne i Schweiz mer än 2.000 fossil och upptäckte att förhistoriska katter bidrog till utrotningen av upp till 40 olika arter av hundfamiljen. För cirka 22 miljoner år sedan, när hundarnas mångfald var som störst i Nordamerika, upptäckte forskarna typiska orsaker till utrotning, t.ex. klimatförändringar, som var lika dödliga för förhistoriska hundar som konkurrensen från resursstarka kattdjur. Forskarna drog slutsatsen att de förhistoriska kattdjuren sannolikt var effektivare rovdjur och jagade mer mat än många förhistoriska hundarter.

Fossil avslöjar att konkurrens med katter utrotade många förhistoriska hunddjur

Gemensam förfader

Miaciderna var de förhistoriska förfäderna till både katter och hundar

2 Köttätare dessa förhistoriska rovdjur jagade och livnärde sig sannolikt på reptiler, fåglar, insekter och andra små däggdjur.

1 Klor miaciderna hade femkloiga tassar för att kunna klättra i träd och gripa tag i byten.

Släktträd

Upptäck de genetiska släktingarna till
katter och hundar

Endast ett djur hör till denna kattfamilj: den afrikanska palmcivet.

Nandiniidae

Stenoplesictidae

Perkrocutidae

Den djurfamilj som omfattar världens stora kattarter, rödlo och tamkatter.

Feliformia

Den underordning som omfattar världens arter av "kattliknande" djur.

Köttdjur

Prionodontidae

Feloidea

Barbourofelidae

En överfamilj som omfattar mindre Feliformia-familjer, bl.a. civetter och huskatten.

Kattdjur

Viverridae

Hyaenidae

Små kattliknande familjer som omfattar arter som afrikansk civet och binturong.

Herpestoidea

Herpestidae

Eupleridae

Amphicyonidae

Hunddjur

Hemicyoninae

Ursidae

I denna familj av 34 hunddjur ingår förutom hundar även prärievargar, rävar och vargar.

Denna familj består av världens åtta björnarter, bland annat brunbjörn, isbjörn och jättepanda.

Enaliarctidae

Caniformia

Den underordning som omfattar världens arter av "hundliknande" djur.

Arctoidea

Pinnipedia

Denna underordning av djur omfattar världens säl- och valrossfamiljer, med totalt 34 olika arter.

"De flesta av de hundraser vi känner igen idag har utvecklats under
de senaste 150 åren"

Musteloidea

En underordning av små däggdjursfamiljer med 88 olika arter inklusive skunkar, tvättbjörnar och uttrar.

Phocidae

Otariidae

Odobenidae

Ailuridae

Mephitidae

Procyonidae

Musteldjur

© Alamy / Getty / Michele Silvestro / Science Photo Library

5 tecken din hund älskar dig

1 Svansen viftar
En hunds svansrörelse är ett uttryck för dess aktuella känslor. En viftande svans - ibland i en cirkelrörelse - och ett leende ansikte är ett bra tecken på att din valp är glad att se dig.
2 Slicka
På samma sätt som deras vargförfäder slickade sina mödrar för att få uppmärksamhet och mat, kan en hund som gillar dig genom att slicka sig på handen visa att den vill ha din uppmärksamhet.
3 Att gosa
När en hund väljer att hoppa upp i soffan för en snabb kram, är det en ganska bra indikation på att den tycker om ditt sällskap.
4 Att följa
Med tiden kommer hundar att associera sin ägare med saker som mat och lek, vilket frigör ett lyckohormon som kallas oxytocin. De följer sin ägare runt ifall det är en ny dos av oxytocin på väg.
5 Ögonkontakt
Normalt sett är hundar inte så tillmötesgående när det gäller ögonkontakt. Men när en hund väljer att titta på dig med mjuka, avslappnade ögon försöker den skapa ett band med dig.

En kattloppa

daterad till 329 f.Kr. I Irak har man också hittat ristningar som liknar salukin och som dateras till 7.000 f.Kr. För närvarande finns det cirka 340 unika hundraser och 42 kattraser. Forskare menar att långa perioder av selektiv avel för både funktionella och estetiska egenskaper, som vallnings- och jaktfärdigheter, samt pälsens färg och storlek, har lett till skapandet av dagens hundar. Katter har inte avlats lika selektivt för sina förmågor och är fortfarande relativt lika varandra till utseendet jämfört med hundraser. Trots det stora utbudet av hundraser skiljer sig deras DNA i genomsnitt bara en procent från andra rasers, medan enskilda katters DNA skiljer sig med upp till fyra procent.
Förutom de uppenbara fysiska skillnaderna har katter och hundar inte mycket gemensamt, förutom att de båda är utmärkta sällskapsdjur. En av de största skillnaderna mellan katter och hundar är deras beteende. Eftersom både katter och hundar sover mycket tillbringar de en stor del av tiden i sängen. I genomsnitt tillbringar katter upp till 16 timmar om dagen med att ta en tupplur, medan hundar är lite mer aktiva och behöver upp till 14 timmars sömn. Katter betraktas ofta som nattdjur, men i själva verket är de crepuscular, vilket innebär att de är mest aktiva under gryningen och skymningen. Man tror att denna preferens för svagt ljus har att göra med deras beteendemässiga anpassning till att hoppa på sina byten i skymningen. Hundar däremot tillbringar upp till 80 procent av sin tid sovande under natten, så kallad dagssömn.
Paret har också olika kostbehov. Katter behöver en högre andel köttprotein och A-vitamin än vad som finns i en hunds kost. Detta beror främst på att katter inte kan producera viktiga aminosyror, som taurin, och måste få det från maten. Hundar kan producera dessa proteiner i sin kropp och har därför en bredare kost.
"Hund och katt slåss som hundar och katter" är en fras som ofta används för att beskriva konflikter, men idén om att dessa husdjur är dödsfiender är inte helt sann. När en hund ser mindre pälsdjur springa snabbt bort från den sätts den inbyggda rovdjursinstinkten i gång. På samma sätt kan hunden reagera på att se en råtta eller kanin, och dess instinktiva reaktion är att jaga den. Katter reagerar vanligtvis defensivt och kommer sannolikt att slå till mot en hund som närmar sig. På samma sätt kan skillnaden i deras hälsningsstil orsaka viss spänning. Medan hundar gillar att sniffa lite på rumpan för att presentera sig, hälsar katter på varandra genom att röra vid sina nosar. Denna missuppfattning kan leda till att paret då och då stöter på varandra - och på svansarna. Men genom perioder av socialisering, som är särskilt effektiv när kattungar och valpar lever sida vid sida, kan paret bilda lurviga vänskapsband som varar livet ut.

Båda är experter på att sova, men katter sover lite längre än hundar

"Kattdjur tillbringar upp till 16 timmar om dagen med att ta en tupplur, medan hundar är lite mer aktiva och behöver upp till 14 timmars sömn"

En hundloppa

Unika loppor

Förutom sina många fysiska och beteendemässiga skillnader har katter och hundar också sina helt egna lopparter: kattloppor (Ctenocephalides felis) och hundloppor (Ctenocephalides canis). Vid första anblicken kan du tro att alla parasiter som hoppar genom ditt husdjurs päls är likadana. De anatomiska skillnaderna mellan dessa loppor är små, där hundloppan har ett mer rundat huvud och fler hårliknande strukturer som kallas setae. Kattloppor är mycket vanligare än hundloppor. Även om de är uppkallade efter sina kattvärdar kan kattloppor hittas på en hel mängd arter, medan hundloppor är begränsade till bara sina hundars matplatser.

katter VS hundar

Hundars mångfald

På ytan skiljer sig hundraser mycket från sina kattlika motsvarigheter. Till exempel är de största hundraserna i världen 40 gånger större än de minsta hundraserna. Men när man gräver djupare i DNA:t hos våra hund- och kattvänner finns det några intressanta skillnader. Trots alla färger, former och storlekar på hängande öron, långa svansar och fluffiga pälsar är det bara en liten procentuell skillnad i DNA mellan världens olika hundraser. Samtidigt har katter en något större genomsnittlig DNA-skillnad bland färre kattraser. Av de cirka 19.000 hundgenerna är det variationer i endast 14 av dem som ger upphov till de många skillnaderna i utseende.
Tillsammans med ett fenomen som kallas domesticeringssyndrom, som innebär att ett djurs fysiska utseende förändras som svar på generationers tamhet, har tusentals år av selektiv avel förändrat kombinationerna i hundars DNA för att skapa de hundratals raser som vi har idag. Katter har å andra sidan inte upplevt selektiv avel på samma nivå som hundar, även om det fortfarande finns tid. Under de närmaste hundra åren eller så kan katter med floppy-eared, lockiga hår och långa tabbies bli normen.

Trots att hundraserna ser väldigt olika ut finns det inte så stora genetiska skillnader mellan dem

Möt husdjursgenetikern

Kennelklubbens genetiska forskningschef Dr Joanna Ilska belyser hur hundraser definieras

Hur definieras en ny hundras?
En ras anses vara en population av hundar med tydligt observerbara och ärftliga egenskaper som har uppnåtts genom selektiv avel under en viss tidsperiod. Rasen dokumenteras genom stamtavlorna, som spårar de enskilda hundarnas härstamning.
Det finns inga specifika genetiska kriterier som avgör om en population kan beskrivas som en ras. Ur genetisk synvinkel är en ras helt enkelt en population av individer, med alla de genetiska varianter som de besitter. De genetiska varianterna i en population utvecklas över tid, eftersom vissa varianter försvinner genom urval eller slump, medan nya varianter tillkommer genom nya mutationer. Därför är det mycket troligt att den raspopulation vi ser idag är genetiskt annorlunda än samma raspopulation för många generationer sedan. Vidare kan raspopulationer som är åtskilda, geografiskt eller genom funktion, också börja skilja sig åt genetiskt samtidigt som de behåller samma observerbara rasegenskaper.
Varför finns det så många fler distinkta hundraser?
Hundar är mycket sociala och har en välutvecklad instinkt för att samarbeta med sina flockmedlemmar. Detta utgjorde en gynnsam grund för urval av en rad olika egenskaper, där naturliga instinkter som hundar ärvt från sina vilda förfäder formades till specifika funktioner som gynnade människan i domesticeringsprocessen. Med tiden blev dessa funktioner mer och mer specialiserade, vilket ledde till en rad beteendemässiga och fysiska egenskaper som är unika för hundar som utför dessa funktioner - från mycket atletiska och köldtåliga siberian huskies som drar slädar i Arktis till kortbenta taxar som jagar grävlingar i deras hålor.
Domesticeringen av katter har varit mycket mer begränsad - de har fortfarande kvar många av sina "vilda" egenskaper och är fullt kapabla att överleva i det vilda. Katter är mindre sociala än hundar eller vargar och har inte samma benägenhet att samarbeta. Därför samexisterade de tidiga människorna med katter och drog nytta av deras naturliga önskan att jaga ohyra. Medan formella raser - med rasstandarder och stamtavlor för både hundar och katter - är ett ganska nytt fenomen, har hundraser utvecklats från redan existerande populationer som specialiserat sig på specifika roller. Å andra sidan har kattraser, med få undantag, utvecklats främst för estetiska värden.
Hur lång tid kan det ta för en ny hundras att uppstå?
Historiskt sett skapades de flesta raser under långa tidsperioder, där hundarna gradvis blev mer enhetliga när de bäst presterande hundarna valdes ut för att producera efterföljande generationer. Numera möjliggör kunskapen om genetik mycket snabbare framsteg, med ett mycket mer exakt urval av de bästa individerna, samt mycket enklare tillgång till avelshundar från hela världen. Den exakta tid som krävs för att skapa en ny ras varierar dock beroende på ett antal faktorer.
För det första beror hastigheten med vilken enhetlighet kan uppnås på antalet och typen av egenskaper som kommer att skilja den nya rasen åt. Ju färre egenskaper och ju enklare deras genetiska arkitektur är - hur många gener som är inblandade och hur de nedärvs - desto lättare blir det att utveckla en enhetlig population. För det andra, ju mer olika de hundar som används som grundstammar för den nya rasen är, desto fler generationer kommer det att ta innan deras avkommor är enhetliga. För det tredje måste det finnas en balans mellan urvalsintensitet och inavel. Hög selektionsintensitet ökar hastigheten med vilken enhetlighet kan uppnås, men det medför också högre nivåer av inavel, vilket kan minska rasens hälsa och kondition.

Den mest populära kattrasen i USA är Ragdoll

© Alamy / Getty / Kennelklubben

Särskild

Jämförelse av följeslagare

Visste du att?
15 minuters klappande av en hund kan sänka blodtrycket med tio procent

1 Hjärtslag på grund av sina storlekar har katter och hundar mycket olika stora hjärtan, men de är vanligtvis upp till 1,25 procent av deras totala kroppsvikt. Mindre djur tenderar dock att ha en snabbare ämnesomsättning och därmed en snabbare hjärtfrekvens. En katts hjärta slår mellan 120 och 180 gånger i minuten, medan en hunds hjärta slår mellan 60 och 120 gånger i minuten.

De fysiska likheterna och skillnaderna
mellan katter och hundar

Asom däggdjur har katter och hundar många likheter. De är båda varmblodiga, luftandande, pälsbeklädda varelser med nästan samma organ. Det finns dock vissa skillnader i deras fysiologi. Till exempel är deras hjärnor uppbyggda på lite olika sätt. Vanligtvis har en hund en större hjärna än en katt, och en större del av hjärnans massa är avsedd för hjärnbarken. Denna del av hjärnan ansvarar för att ta emot och bearbeta sensorisk information - lukter, syner och ljud som en hund möter - samt för beslutsfattande och social interaktion.
Katter har utvecklat en hjärna som gynnar områden som hippocampus som ansvarar för minnesutveckling, navigering och rörelse. Hundar har dubbelt så många neuronceller som katter, vilka överför information runt om i hjärnan. En grupp forskare från institutioner runt om i världen analyserade hjärnorna hos katter och hundar, tillsammans med många andra köttätare, och fann att hjärnbarken hos en hund hade 530 miljoner neuroner, medan katter hade 250 miljoner. Det är inte bara tamkatter som får stryka på foten, utan även afrikanska lejon och brunbjörnar. Detta betyder dock inte nödvändigtvis att hundar är smartare än katter. Otaliga studier har ägnats åt att bedöma de kognitiva förmågorna hos våra lurviga följeslagare, men ingen konsensus har uppnåtts om deras övergripande intelligens.

6

8

7

Visste du att?
Den längsta huskatten är 123 centimeter lång

8 Håller sig ren katter använder sina sträva tungor för att lossa smuts och avlägsna vatten från pälsen. Hundar är inte lika flitiga med sin renlighet och tar till snabba skakningar för att avlägsna vatten och smuts. På några sekunder kan hundar skaka av sig 70 procent av vattnet i pälsen.

2 Hörsel Under de första tre veckorna av en hunds liv är den döv, men som vuxen är hörseln cirka fyra gånger starkare än människans. Katter kan höra mycket högre ljudnivåer än hundar - omkring en oktav.

9

5 Lukta hundar är skickliga på att lukta, med ett luktsinne som är 100 000 gånger bättre än människans. Hundar har upp till 300 miljoner luktsensorer i nosen som kan känna av lukter 12 meter under marken. Katter är inte heller så illa ute, med 200 miljoner luktsensorer i näsan, vilket ger dem ett luktsinne som är 14 gånger bättre än vårt.

9 Klor och tassar att bli slagen av en katt respektive en hund är en mycket annorlunda upplevelse. Katter är beväpnade med rakbladsvassa, infällbara klor som är utformade för att klättra i träd, medan hundar har utvecklat trubbigare naglar som slipas ner när de går.

3 Synfältet när hundar tittar framåt har de ett synfält som sträcker sig över 240 grader, medan katter har ett synfält som sträcker sig över 200 grader. Kattens mörkerseende är marginellt bättre, även om de två har samma oförmåga att se hela färgspektrat som människor.

4 Tänder katter och hundar har vassa premolarer som kallas karnassialer och som är utformade för att skära och mala kött. Katter föds med 26 mjölktänder, som ersätts av 30 permanenta tänder efter de första 11 veckorna av deras liv. Hundar börjar med 28 mjölktänder innan en full uppsättning med 42 tänder bryter fram vid cirka sex månaders ålder.

6 Ryggraden som smidiga rovdjur som härstammar från trädlevande förfäder har katter utvecklat en flexibel och roterbar ryggrad, vilket gör att de kan forma sina kroppar och pressa sig igenom trånga utrymmen. Diskarna mellan benen i ryggraden har en ökad elasticitet jämfört med den mer styva och robusta strukturen i en hunds ryggrad.

7 Matsmältningen matsmältningssystemet hos både katter och hundar är relativt lika. Katter är dock renodlade köttätare, medan hundar är allätare. De höga fett- och proteinhalterna i kattens kost innebär att kattens lever är anpassad till att fungera på låga kolhydratnivåer.

Kattklor

Hur katter drar in sina klor

Saluki är den äldsta
kända moderna hundrasen
ras, med anor tillbaka till
forntida Egypten

11

10 Klor katter förlänger sina klor och drar dem över hårda ytor för att hålla dem sylvassa.

12

10

11 Elastiskt ligament denna muskel drar ihop sig för att dra tillbaka kattens klor på signal från hjärnan, varvid klorna stoppas tillbaka in i tassen.

12 Digital böjsena när senan som är fäst vid benet i foten spänns drar den tillbaka benet och sträcker ut klon utåt.

13

13 Digitala extensorsenan denna muskel är motsatsen till böjsenan och drar ihop sig för att dra tillbaka kattbenet och föra med sig klon.

© Getty / Illustrationer av Nicholas Forder

Hälsa

DNA- och mRNA-vacciner

Allt du behöver veta om denna viktiga form av immunisering

Vacciner mot DNA och mRNA

DNA- och mRNA-vacciner är två nya former av vaccin (relativt sett) som utgör spännande framsteg inom den medicinska vetenskapen och som utnyttjar kraften i våra celler och vårt immunsystem för att bekämpa olika sjukdomar.
DNA-vacciner, som namnet antyder, introducerar en liten bit DNA direkt i våra celler, som innehåller instruktioner för att tillverka ett specifikt protein som utlöser ett önskat immunsvar. Om man tänker sig DNA:t lite som en uppsättning ritningar: när de väl är inne i cellen är det som om någon ger en ingenjör detaljerade planer för att konstruera en modellversion av fienden. Immunsystemet lär sig sedan att känna igen denna modell, så att det är förberett om det stöter på det verkliga hotet senare.
vacciner med mRNA har ett något annorlunda tillvägagångssätt. Istället för att använda DNA använder de något som kallas budbärar-RNA (mRNA), som fungerar lite som ett engångssms med instruktioner. Detta mRNA levereras direkt in i cellerna och instruerar dem att producera ett specifikt protein, vilket de omedelbart börjar göra. Immunsystemet lär sig sedan att känna igen detta protein och bygga upp ett försvar mot det.
Båda vaccintyperna utnyttjar vår kropps naturliga förmågor och processer för att förbereda oss för framtida infektioner och erbjuder ett nytt sätt att skydda oss mot sjukdomar och hot.
Hur de tillverkades
Utvecklingen av DNA- och mRNA-vacciner är resultatet av decennier av intensiv vetenskaplig forskning och inspirerad innovation. Tanken väcktes redan på 1990-talet. Även om de tidiga DNA-vaccinerna var teoretiskt lovande stod de inför betydande utmaningar, t.ex. effektiv leverans och tillförlitligt upptag i cellerna. Så småningom löstes båda problemen i laboratoriet.
Genombrottet för mRNA-vacciner kom lite senare, under 2000-talet. Pionjärer som Katalin Karikó och Drew Weissman ledde arbetet och fokuserade på att stabilisera mRNA-molekylerna och förbättra deras leverans till cellerna, och därmed ta itu med teknikens tidigare begränsningar.
När den här ganska eleganta lösningen på de många begränsningarna i befintliga vacciner väl hade förfinats och fulländats innebar den ett betydande framsteg inom vaccintekniken. Den erbjöd också en mångsidig och tillförlitlig plattform som skulle kunna anpassas för att angripa olika andra patogener i framtiden. Dessa framsteg, särskilt inom mRNA-tekniken, betraktas av många inom immunologin som ett gigantiskt steg framåt.
Hur de skiljer sig från vanliga vacciner
DNA- och mRNA-vacciner skiljer sig från traditionella vaccintyper, som tenderar att använda försvagade - eller vad som kallas "inaktiverade" - former av ett virus för att stimulera immunitet. Traditionella vacciner fungerar genom att introducera en ofarlig version av patogenen, som är utformad för att få immunsystemet att känna igen och komma ihåg den senare.

"Båda vaccintyperna utnyttjar vår kropps naturliga förmågor och processer för att förbereda oss för framtida infektioner"

DNA- och mRNA-vacciner levererar en uppsättning instruktioner till våra celler, vilket stimulerar ett immunsvar

En simulerad återgivning av ett immunförsvar som bekämpar ett virus

Kan mRNA-vacciner förändra vårt DNA?

En snabb titt på ett av de mer oroande ryktena

I den senaste tidens virvelvind av vaccininnovationer och kontroverser har mRNA-vacciner hamnat i centrum, de har skapat rubriker, men också orsakat en del rynkade pannor och lite oro i vissa kretsar. Den stora oron är att de kanske kan förändra vårt DNA. Forskarna är dock tämligen övertygade om att det inte är möjligt.
mRNA-vacciner, som de som skapats för COVID-19 av Pfizer och Moderna, levererar en bit av den genetiska koden till våra celler och lär dem att tillverka ett protein som framkallar ett immunsvar för att bekämpa sjukdomen eller viruset. Detta mRNA kommer dock aldrig in i cellkärnan - där vårt DNA finns. Istället stannar det i cellens cytoplasma och bryts så småningom ned och kasseras sedan.
Förutsatt att vetenskapen kring deras oförmåga att infiltrera kärnan förblir fallet, kan mRNA-vacciner inte integreras i vårt DNA. Så våra genetiska ritningar bör förbli orörda. Det geniala med mRNA-tekniken ligger i dess enkelhet och säkerhet, som erbjuder ett snabbt svar på nya patogener utan att någonsin manipulera vår genetiska kärna.

I DNA- och mRNA-vacciner används däremot genetiskt material för att direkt instruera våra celler hur de ska bete sig när de utsätts för hot. Dessa vacciner sätter in en bit DNA i cellerna, som producerar ett protein som är utformat för att utlösa ett immunsvar. mRNA-vacciner använder budbärar-RNA för att leverera instruktioner till cellerna och be dem att tillverka ett protein som immunsystemet kan känna igen och sedan angripa. Det är en helt annan metod än hur alla andra vacciner fungerar.
Fördelarna
DNA- och mRNA-vacciner erbjuder några viktiga fördelar jämfört med traditionella vacciner. Som vi såg med covid-19 är det faktum att de kan utvecklas snabbt (eftersom de inte kräver att man odlar stora mängder av viruset eller dess proteiner) ovärderligt. Detta gör dem mycket anpassningsbara till nya patogener.
Båda typerna ger också exakt målinriktning genom att instruera celler att producera specifika proteiner som stimulerar ett immunsvar. Dessutom har de en ganska enkel produktionsprocess som kan skalas upp på ett effektivt sätt. Den här typen av flexibilitet och snabbhet i utvecklingen är avgörande för att snabbt kunna reagera på nya hälsohot.
Nackdelarna
Att få in det faktiska genetiska materialet helt och hållet i cellerna på ett effektivt sätt kan vara en knepig process eftersom det ofta krävs ganska avancerade leveransmetoder.
även om mRNA-vacciner är mycket innovativa kan de ibland också stöta på stabilitetsproblem. MRNA måste skyddas från att brytas ned innan det når cellerna, vilket inte alltid är lätt - eller ens möjligt.
Båda typerna av vaccin kräver också tillförlitlig kylförvaring, vilket kan komplicera distributionen och logistiken, särskilt när det gäller leverans till svårtillgängliga områden.
Dessutom behövs det fortfarande en del pågående forskning för att fullt ut förstå de långsiktiga effekterna och säkerheten hos både DNA- och mRNA-vacciner.
Deras roll i covid-19-pandemin
Det skulle inte vara någon överdrift att säga att DNA- och mRNA-teknik spelade en central och banbrytande roll under covid-19-pandemin. Dessa gjorde det möjligt för forskarna att utveckla ett vaccinsvar i en aldrig tidigare skådad hastighet, med hjälp av genetiska instruktioner för att få cellerna att producera virusets spikprotein, träna immunsystemet att känna igen och bekämpa det faktiska viruset om och när det kom i kontakt med det - samt hantera nya virusvarianter.
mRNA-vacciner, t.ex. från stora läkemedelsföretag som Moderna och Pfizer, var banbrytande med sin imponerande snabba produktion och (relativa) effektivitet. Dessa vacciner visade på den genetiska teknikens potential att snabbt reagera på nya hot och utgöra ett ovärderligt verktyg för att kontrollera framtida sjukdomsutbrott, epidemier och pandemier.

mRNA-vacciner var avgörande för att bekämpa covid-19-viruset under den globala pandemin

Vaccin types

Utforska de olika användningsområdena för vaccin

Levande försvagade vacciner
Dessa använder en försvagad men fortfarande "levande" form av patogenen eller viruset för att stimulera ett immunsvar utan att faktiskt orsaka sjukdomen. Dessa vacciner efterliknar i hög grad naturliga infektioner och ger i allmänhet en stark och långvarig immunitet. De kräver mycket noggrann hantering och är kanske inte lämpliga för personer med nedsatt immunförsvar.
Några exempel
Mässling, påssjuka, röda hund (MMR) och det berömda orala poliovaccinet.

Toxoidvacciner
Dessa vacciner förlitar sig på toxiner som skapats från inaktiverade bakterier, vilket innebär att toxinerna inte kan orsaka själva sjukdomen. Dessa vaccinationer hjälper immunsystemet att identifiera och bekämpa de gifter som förekommer under en sjukdom. Boosterdoser är ibland nödvändiga för att upprätthålla ett långvarigt skydd, och de är säkra och effektiva.
Några exempel
De två största toxoidvaccinerna är de som används för att bekämpa difteri och stelkramp.

Inaktiverade vacciner
Inaktiverade vacciner tillverkas av bakterier eller virus som har dödats, vilket gör att de inte kan orsaka sjukdom i kroppen. Dessa vacciner utlöser ett immunsvar genom att kroppens försvar utsätts för den inaktiverade patogenen. De kräver vanligen flera doser för att uppnå och bibehålla en effektiv immunitet.
Exempel på vacciner
Inaktiverat poliovaccin (IPV), hepatit A och rabiesvaccin.

Vacciner med virala vektorer
Virala vektorvacciner använder ett helt ofarligt modifierat virus (inte det sjukdomsframkallande viruset) för att leverera genetiskt material från en patogen, vilket framkallar ett immunsvar. Vektorviruset infekterar celler och instruerar dem att producera antigener, vilket utlöser immunitet. Dessa vacciner tenderar att vara ganska effektiva och kan - vilket är avgörande - utvecklas mycket snabbt.
Några exempel
Exempel på VVV är ebolavaccinet och Johnson & Johnsons covid-19-vaccin.

Vacciner med subenheter
Eftersom de tenderar att ha färre biverkningar är subenhetsvacciner säkrare för personer med försvagat immunsystem. De innehåller endast de specifika delar av en patogen som bäst stimulerar immunsystemet, t.ex. proteiner eller sockerarter. Dessa komponenter är tillräckliga för att framkalla ett skyddande immunsvar utan att riskera någon infektion alls.
Exempel på vacciner
Vanliga exempel på vissa subenhetsvacciner är hepatit B- och HPV-vaccinerna (humant papillomvirus).

mRNA-vacciner
i mRNA-vacciner används en syntetisk version av en RNA-molekyl för att instruera cellerna att producera ett protein från en patogen, vilket utlöser en immunreaktion. Detta lär immunsystemet att känna igen och bekämpa den faktiska patogenen när det stöter på den. mRNA-vacciner påstås vara säkra, använder inte levande virus och kan utvecklas ganska snabbt.
Några exempel
Pfizers och Modernas covid-19-vacciner är kända exempel på mRNA-vacciner.

MRSA, en stam av Staphylococcus aureus, är resistent mot många antibiotika

Tden antibiotiska apokalypsen

Hur bakterierna utvecklas för att motstå vår främsta infektionsbehandling

Wi har ett stort problem. Sedan mänsklighetens gryning har vi varit låsta i en strid med mikroskopiska organismer, och precis när vi trodde att vi började vinna slår de tillbaka.
Bakterier orsakar några av de mest förödande mänskliga sjukdomarna, från tyfoidfeber till tuberkulos, och fram till 1920-talet var vi helt försvarslösa. Men när Alexander Fleming inledde antibiotikans tidsålder med sin upptäckt av penicillin hade vi plötsligt ett kraftfullt vapen.
Antibiotika verkar genom att hindra bakterier från att dela sig eller genom att döda dem helt och hållet. Tack vare dem kan vi behandla infektioner som tidigare var dödliga, vi kan utföra komplicerad kirurgi och vi kan massproducera livsmedel i en aldrig tidigare skådad skala. Men vi har använt dem, använt dem och använt dem, och bakterierna har börjat lära sig att slå tillbaka, vilket har fått ödesdigra konsekvenser.
Dessa små organismer kan replikera sig på några timmar, och varje gång de gör det gör de små, oavsiktliga ändringar i sin genetiska kod. Vissa justeringar är inte användbara, men ibland görs ett misstag som hjälper en bakterie att överleva en antibiotikakur bara lite längre än sina grannar.
När antibiotikakuren är avslutad och alla sårbara bakterier är döda kan den här lite starkare individen fortsätta att dela sig och bilda en ny koloni som är bättre på att undvika läkemedlets effekter. Och om detta händer gång på gång har man snart en superbug på halsen.
Ännu värre är att bakterier kan dela användbara gener med sina grannar. Och inte bara med medlemmar av sin egen art. De bär på användbara delar av den genetiska koden i små ringar av DNA som kallas plasmider, som de kan byta ut som samlarkort och på så sätt föra vidare sin antibiotikaresistens till andra i sin omgivning.
Med hjälp av denna taktik kan flera bakteriestammar nu undvika nästan alla antibiotika i vår arsenal. Vi befinner oss mitt i en mikroskopisk kapprustning, och medicinens framtid hänger på en skör tråd.

Vad behöver göras?

Att se till att effektiva antibiotika finns tillgängliga för framtida generationer är en enorm uppgift. Vi måste sluta ge bakterier möjlighet att ta del av våra bästa behandlingar.
Veterinärer och läkare uppmanas att endast använda antibiotika när det är nödvändigt och att testa sina patienter i förväg för att kontrollera att behandlingen verkligen kommer att döda infektionen. Patienter uppmanas att alltid avsluta hela sin antibiotikakur, även om de känner sig bättre, för att säkerställa att alla lurande bakterier rensas bort. Lantbrukare uppmuntras att hålla sin boskap ren och vaccinerad i stället för att använda antibiotika för att bekämpa sjukdomar.
Regeringar och utvecklingsorganisationer pressas att reglera och övervaka antibiotikaanvändningen och att se till att människor har tillgång till rätt antibiotika. Och den medicinska forskningen kämpar för att hitta nya läkemedel för att bekämpa resistenta stammar. I stället för att kasta antibiotika på alla infektioner måste vi välja våra strider mer noggrant.

Antibiotika används överallt, från sjukhus till intensivjordbruk

Antibiotika stänger
cellfabriker
Bakterier har molekylära fabriker som tillverkar de molekyler de behöver för att överleva. Vissa antibiotika stänger ner dem.

Antibiotika
spränger bakterier
Vissa antibiotika hindrar bakterier från att bygga upp sin skyddande cellvägg: trycket ökar och de spricker.

Den antibiotiska apokalypsen

Antibiotikum

Antibiotika
stoppar delning
Vissa antibiotika stör bakteriernas genetiska kod och hindrar dem från att dela sig.

Kriget mot bakterier

Antibiotika verkar genom att angripa bakterier, men bakterierna slår tillbaka

Bakterier
neutraliserar
antibiotika
Vissa bakterier tillverkar molekyler som fastnar på antibiotika och hindrar dem från att verka.

Superbug-uppställning

Bakterier pumpar ut antibiotika
Om antibiotika kommer in i en bakterie kan vissa bakterier pumpa ut den direkt igen.

MRSA
Meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA) är den mest ökända av alla superbugs, tack vare sin styrka på sjukhus. Vanliga Staphylococcus aureus är en vanlig bakterie som normalt sett är ofarlig på människors hud. Denna bakterie började dock motstå antibiotika redan på 1950-talet, och MRSA i sig dök upp för första gången 1962.

VRE
Vankomycinresistenta enterokocker (VRE) är immuna mot effekterna av ett av våra mest kraftfulla antibiotika. Vancomycin är vanligtvis reserverat för de allvarligaste infektionerna, inklusive hjärnhinneinflammation och MRSA. VRE-superbakterier upptäcktes för första gången på 1980-talet; de koloniserar dina tarmar och har visat sig vara mycket bra på att utveckla resistens mot alla nya antibiotika som kastas på dem.

MDR-TB
Multiresistent Mycobacterium tuberculosis (MDR-TB) svarar inte på de två mest kraftfulla läkemedel mot tuberkulos som för närvarande finns tillgängliga - rifampicin och isoniazid. Normal behandling av tuberkulos innebär en kombination av antibiotika som tas under sex månader, men om läkemedlen ges ensamma eller avbryts för tidigt kan resistens utvecklas.

KPC
Karbapenemasproducerande bakterier (KPC) av typen Klebsiella pneumoniae är ett relativt nytt problem jämfört med de andra bakterierna på den här listan och identifierades för första gången i USA i början av 2000-talet. De är mycket duktiga på att motstå behandling och producerar dessutom ett enzym som gör att de kan bryta ner karbapenem, ett kraftfullt antibiotikum som är en av våra sista försvarslinjer.

Bakterier förändrar
sina molekyler
Antibiotika verkar genom att klamra sig fast vid bakteriemolekyler, så om bakterierna kan ändra sin form kan de ibland fly.

Bakterier blockerar
antibiotikans inträde
Vissa bakterier har utvecklat sätt att hindra antibiotika från att ta sig igenom cellväggarna.

Läs mer om detta

Beväpna dig med information
Kunskap är det kraftfullaste vapnet vi har mot en antibiotikapokalypsen. Här är två bra ställen att lära sig mer på:
Världshälsoorganisationen
www.who.int
Världshälsoorganisationen arbetar i över 150 länder och leder kampen mot antibiotikaresistens. Organisationens konton på sociala medier är en bra plats för nyheter och uppdateringar i små bitar.
Insekter och läkemedel www.antibioticresistance.org.uk
Med finansiering från den brittiska regeringens hälsodepartement har National Electronic Library of Infection skapat en samlingsplats för information om antibiotikaresistens.

© Thinkstock

Designermikrober

Hur man genom att ändra generna hos pyttesmå mikrober kan få dem att producera insulin för diabetiker, stärka cement
och till och med göra gatubelysning

Mikrober är extremt mångsidiga mikroskopiska organismer som inkluderar bakterier och virus. De är osynliga för blotta ögat och utför kemiska omvandlingar i mycket liten skala, håller planeten vid liv genom att återvinna näringsämnen, både orsakar och förebygger sjukdomar, men spelar i allmänhet en viktig roll för vår levande planet. Vissa trivs i extrema miljöer, medan andra bärs med oss hela tiden. Din kropp är täckt av 39 biljoner mikrobiella celler som upprätthåller ditt immunsystem och dagliga processer som matsmältningen.
Eftersom mikrober är små organismer har de enkla genetiska strukturer, vilket gör dem lättare för forskare att studera. Genom att få en djupare förståelse för vad olika delar av DNA:t styr inom en mikrob kan forskarna förändra dem så att de får vissa egenskaper. Detta är genetiskt modifierade mikrober - så kallade "designermikrober". Mikrober växer snabbt och förökar sig snabbt. Det gör att nya önskvärda gener kan massproduceras. I många projekt med modifierade mikrober kan DNA från andra organismer - inklusive mänskligt DNA - införlivas i en mikrob, till exempel en bakterie. När dessa bakterier förökar sig genereras med tiden stora volymer av mänskligt genetiskt material. Detta kan användas för att producera medicinska behandlingar för människor vars egna celler inte naturligt producerar tillräckligt av en specifik biologisk förening i kroppen.
Möjligheterna med designade mikrober blir allt fler, och forskningen kring deras tillämpningar spänner idag över branscher från medicin och livsmedel till bygg och textil. Här är några av de mest framgångsrika, uppfinningsrika och futuristiska tillämpningarna av designade mikrober.

Byggare bakterier

Möt de biotekniska bakterierna som har kallats in
för att hjälpa till med konstruktionen

Escherichia coli
Cementförstärkare
E. coli kan modifieras för att tillverka mer av de enzymer som ansvarar för att omvandla kalcium- och karbonatjoner till kalciumkarbonat. E. coli i betong stärker blandningen, eftersom kalciumkarbonatet fyller eventuella luckor.

Självfärgat läder

Bacillus subtilis
Självläkande för betong
Detta frigör sporer i betongen. Om torr betong spricker kan fukt sippra igenom och nå vilande sporer så att de kan gro och producera kalciumkarbonatkristaller som tätar sprickorna.

Sporosarcina pasteurii
Biobrick-isolator
S. pasteurii är genetiskt modifierad för att producera termiskt isolerande föreningar. Dessa fyller luckor i betongstenar och bromsar värmeförlusten från byggnader.

I ett försök att göra läderproduktionen mer hållbar har forskare modifierat bakterier för att frigöra ett melaninproducerande protein. Bakterien heter Komagataeibacter rhaeticus, och efter att ha modifierats genetiskt uttrycker den genen tyrosinasrelaterat protein 1. Detta producerar pigmentet eumelanin, som är mörkbrunt eller svart till färgen. Denna bakterie producerar naturligt cellulosa, och tillsammans med de modifierade generna är denna cellulosa läderfärgad, vilket gör den till en idealisk ersättning för djurhudsmaterialet. Denna bakterieart producerar cellulosa i starka, flexibla och formbara ark som är idealiska för textiländamål.

Synechococcus elongatus
Nedbrytare på byggarbetsplatser
En tillämpning av denna bakterie är för sanering av byggarbetsplatser. Den är konstruerad för att förbättra sin förmåga att bryta ned föroreningar. Den kan t.ex. tillverka proteiner som binder till tungmetaller på byggarbetsplatser.

Myxococcus xanthus
Biofilmskikt
Bildar komplexa biofilmer över ytor men kan modifieras för att förbättra dess förmåga att fästa på material som används i byggbranschen. Det levande skiktet gör materialen mer vidhäftande och hjälper till att förhindra vattenskador genom att stöta bort vatten.

Bakteriell cellulosa innehåller ett nätverk av nanofibrer av cellulosa, vilket gör det till ett starkt material

© Shutterstock, © Wikimedia Commons/Lightenoughtotravel

Anläggning av gatubelysning

88.500 pund (114.300 dollar) spenderas per år per kilometer gatubelysning som används i Storbritannien. Dessa lampor är dyra och använder el hela natten. Nya tekniker håller dock på att utforskas för att utnyttja de naturliga bioluminescerande egenskaper som finns i naturen för att producera en mer naturlig variant av den vanliga gatubelysningen. Bakterier som innehåller ett enzym som kallas luciferas lyser naturligt upp när en biokemisk reaktion äger rum. Luciferas oxiderar substratet luciferin i organismen - en reaktion som kräver syre och får substratet att lysa. Bakterier som lyser gör det för att hjälpa sig själva att spridas: de kan vanligtvis överleva i matsmältningskanalen hos djur, så att locka djur till dem hjälper dem att bli intagna och omplacerade.
Forskare har visat att de gener som producerar luciferas och luciferin kan klippas ut från bioluminescerande bakterier och sättas in i generna hos vintergröna växter. Bakteriernas gener kan modifieras så att de ändrar sina metaboliska processer och sensoriska signaler så att de producerar mer ljus och lyser konstant när mörkret faller. Växterna som dessa gener sätts in i måste vara starka för att minska risken för skador, och även vintergröna så att deras blad lyser året runt. Prunus lusitanica är en sådan trädart som undersöks i forskningen.

Enzymet luciferas finns inte naturligt i växter

Framställning av insulin för diabetiker

Genom att föra in den mänskliga insulingenen i bakterieceller möjliggörs massproduktion av det hormon som är avgörande för att reglera blodsockret

Visste du att?
200 miljoner människor är beroende av insulinbehandling

1 Människans cell Den mänskliga cellen har en enda insulingen på kromosom 11.

2 Isoliderad gen Insulingenen tas bort från den mänskliga cellen.

7 Multiplicering av celler Bakteriecellen delar sig i två delar och fortsätter att föröka sig, varvid identiska insulinproducerande celler bildas.

8 Insulin för medicinskt bruk Det mänskliga insulinet extraheras från bakteriecellerna och behandlas för att sedan kunna ges till diabetespatienter.

Oljeutsläppsätare

Omkring 9 miljoner ton olja rinner ut i världshaven varje år och förorenar de marina miljöerna. Många av utsläppen kommer från borriggar, tankfartyg, lagringsanläggningar och pipelines. De huvudsakliga föroreningarna i dessa utsläpp är kolväten - föreningar som innehåller väte och kol. Kolvätena stannar kvar i vattnet i många år och dödar djurlivet med sina giftiga kemikalier och sjunker till havsbotten där de förorenar sediment. Dessutom är de giftiga för människor. Den lilla mikrob som står inför den mäktiga uppgiften att städa upp i förorenade hav heter Pseudomonas putida. Bakteriens plasmider är genetiskt modifierade för att ändra dess ämnesomsättning, så att den kan bryta ned och livnära sig på de mängder av komplexa kolväten som förorenar haven.

I amerikanska vatten sker över 150 oljeutsläpp per år

4 Plasmid en cirkulär DNA-sträng, en så kallad plasmid, extraheras från bakteriecellen.

5 Tillförd gen Insulingenen från den mänskliga cellen läggs till i den bakteriella plasmiden.

3 Bakteriecell e. coli och Saccharomyces cerevisiae används för att producera insulin.

6 Modifierade bakterier plasmiden återinsätts i bakteriecellen tillsammans med den mänskliga genen.

Ökad användning av biobränsle

Så producerar jäst etanol för ett miljövänligt alternativ vid bränslepumpen

1 Ingenjörsjäst Under jäsningen omvandlar jäst sockret från matavfall till etanol. Denna jäst är genetiskt modifierad för att öka dess tolerans mot den etanol som den producerar.

2 Fermenterande bränsle Enzymerna i jästen omvandlar glukos till etanol, koldioxid och vatten. Denna process kräver kontrollerade förhållanden, utan syre och med varma temperaturer på 25 till 35 grader Celsius.

3 Extraktion av etanol Etanolen extraheras från bioreaktorn för att tillsättas i bensinbränslen. Eftersom jästen har modifierats kan högre koncentrationer av etanol produceras innan jästen slutar fungera.

© Alamy / Shutterstock

dNA från ko

dNA från mikrober

1 Extraktion av DNA från ko De gener som ansvarar för att producera mjölkproteiner och andra mjölkkomponenter isoleras från en mjölkkos DNA.

Att göra mjölk utan kor

4 Krympning av celler När mikroberna tillförs socker utsöndrar de proteiner genom en osmotisk chock. Detta sker när vatten lämnar cellerna för att balansera substratkoncentrationerna, vilket gör att mikroben krymper.

Hur mikrober kan ta över mejeriproduktionen

Det ko-fria mejeriföretaget Opalia
kan redan idag producera mjölk
utan insats från något djur

© OPALIA

2 Modifiering av mikrober de mjölkproducerande generna sätts in exakt i mikrobernas DNA så att värden kan läsa de nya instruktionerna.

3 Multiplikation av mikrober Mikroberna förökar sig. Var och en kopieras så att den innehåller DNA-instruktionerna för tillverkning av mejeriproteiner.

5 Proteininsamling Som en stressreaktion på krympningen släpper mikroben ut sitt innehåll, inklusive mejeriproteinerna.

Det finns miljarder mikrober i en risplantas mikrobiom

6 In i fabriken proteinerna renas och separeras från andra cellrester. De bearbetas och blandas med resten av mjölkens ingredienser.

Banbrytande ingenjörskonst

Visste du att?
Saccharomyces cerevisiae påverkas inte av mikrogravitation

7 Färdiga produkter De mejeriprodukter som framställs har samma smak, konsistens och näringsämnen som komjölken.

För första gången visar forskning som publicerades i början av 2024 att forskare har konstruerat mikrobiomet i en växt. En organisms mikrobiom är det samhälle av mikrober som täcker den. I en växt skyddar detta den mot sjukdomar och påverkar de näringsämnen som är tillgängliga för den. När forskarna modifierade en risväxts mikrobiom ökade de populationen av nyttiga bakterier genom att redigera en gen. Växter med detta nya hälsosamma mikrobiom är mindre beroende av bekämpningsmedel som är skadliga för miljön. I en komplex molekyl i växtens cellväggar, som kallas lignin, hittade forskargruppen en gen som direkt påverkar mikrobiomet. När de överuttryckte genen resulterade det i ett inflöde av dessa nyttiga mikrober.

© Adrian Mann

Minskar bitterheten i öl

En av de processer där genetiskt modifierade mikrober används för att påverka en produkts smak är öljäsning. Jäst används för att jäsa sockerarter och omvandla dem till alkohol för drycker. Dessa mikrobers extra roller kan dock styras genom att man ändrar deras gener. Förutom att ge alkoholhalten kan jäst modifieras för att uttrycka olika enzymer beroende på deras roller. Vissa av de enzymer som jäst tillverkar bryter ner bittra föreningar i öl. Genom att överuttrycka de gener som ansvarar för produktionen av detta enzym ökar antalet som släpps ut i ölpartiet, vilket ger en mildare smak och skapar nya smakprofiler.

3D-printade måltider

NASA arbetar med att ta fram metoder för att astronauter ska kunna tillverka en rad olika näringsrika livsmedel i rymden av jäst

1 Syntetisk kromosom en syntetisk kromosom är uppbyggd av naturliga komponenter som kan sättas in i en cell. I det här fallet innehåller generna instruktioner för att producera ett specifikt livsmedels egenskaper.

2 Sensoriska egenskaper några av de gener som behöver modifieras är de som ansvarar för kolassimilering, produktion av näringsämnen, färg och smak. Kolassimilering säkerställer att föreningar med en enda kolatom kan användas av jästen för dess tillväxt så att avfallsgaser i rymden kan förbrukas.

3 Yöst De nya egenskaperna måste sedan genmanipuleras in i Saccharomyces cerevisiae. Jäst är redan ätbart och kan fördubbla sin biomassa på 90 minuter.

C1
assimilering

bioförstärkning

färg

smak

jäst

metabolisk
omprogrammering

syntetisk kromosom

© Nicholas Forder

4 Metabolisk omprogrammering Jästen måste omprogrammeras så att den kan uttrycka lämpliga egenskaper från sina gener.

5 Intelligent bioreaktor Jästen lagras i en bioreaktor, som anpassar hur egenskaper som färg och näringsämnen uttrycks i jästen för varje livsmedel.

6 Vision av livsmedel Data om det önskade livsmedlet kommuniceras till bioreaktorn.

7 3D-printad produkt Livsmedelsföreningar som produceras av jästen pumpas ut ur bioreaktorn i en vätskeliknande "livsmedelsfärg" för att exakt tryckas på en bricka i form av välkända livsmedel. I lager med varierad sammansättning kan mer komplexa livsmedel återskapas.

Jästinnehållet påverkar
en öls smak och arom

5 Fakta

roller för designade probiotika

1 Hjälpmedel för matsmältningen
Den probiotiska bakterien Lactobacillus acidophilus kan genmodifieras för att producera enzymet laktas. Enzymet hjälper till att bryta ner laktos till glukos och galaktos hos laktosintoleranta personer.
2 Riktad mot allergier
När Bifidobacterium bifidum redigeras tillverkar probiotikan antiinflammatoriska proteiner som kallas cytokiner som förhindrar allergiska reaktioner.
3 Istöd för immunförsvaret
Lactobacillus rhamnosus kan genmanipuleras för att producera beta-defensin 2, en skyddande molekyl som hjälper kroppen att bekämpa bakterier.
4 Minskar inflammation
Tarmmikroben Faecalibacterium prausnitzii kan modifieras för att öka produktionen av antiinflammatoriska fettsyror i tarmen.
5 Produktion av vitaminer
När generna redigeras producerar Lactobacillus reuteri vitamin B12 i tarmen, ett vitamin som är viktigt för produktionen av röda blodkroppar och för nervhälsan.

© Shutterstock

Genetisk intervention

Hur en förändring av en grödas gener kan rusta växter för insektskrigföring

Genetiskt modifierade (GM) växter har producerats sedan början av 1980-talet, och den första omgången GM-tomater fanns på hyllorna 1994 i USA. I ett nötskal kan man säga att GM-livsmedel har modifierats genetiskt genom att en ny kedja av genetisk information som fyller en viss funktion har förts över från en organism till en annan. Forskarna tar en växts naturliga förmåga att bekämpa skadedjur eller motstå sjukdomar och för in den del av arvsmassan som ger den förmågan i en annan växt.
Att välja ut önskvärda genetiska egenskaper i livsmedelsprodukter har förekommit i tusentals år. I mitten av 1800-talet upptäckte den österrikiske forskaren Gregor Mendel att han genom selektiv avel kunde få olika generationer att uppvisa önskvärda egenskaper. Denna teknik tillämpades för att selektivt avla fram växter för att producera större frukter, större avkastning och så vidare.
Idag finns det en ny teknik som kan ge växter förmågan att avvärja skadedjur utan att behöva föra in främmande gener. Det brittiska bioteknikföretaget Tropic Biosciences har skapat en ny metod för att genetiskt förändra grödor så att de håller skadedjur borta. Tekniken kallas GEiGS (Genome Editing induced Gene Silencing).
GEiGS är en teknik som kan redigera en sekvens av gener som kodar för en molekyl som kan tysta funktionen hos andra gener. Generna är som ritningarna till en organism, och deras koder producerar proteiner som bygger upp och gör organismen. Om produktionen av dessa proteiner sedan stängs av kan det leda till att kroppen upphör att fungera och dör. Det är detta som GEiGS kan utnyttja när man hanterar invaderande skadedjur.

DNA-knockout

Hur GEiGS kan förändra livsmedelsgenetik för att inleda genetisk krigföring mot invaderande skadedjur

Icke-kodande DNA
I stället för att rikta in sig på de kodande generna söker GEiGS efter en del av generna som kallas RNA-interferens (RNAi).

Konventionell genredigering
Dagens tekniker för genredigering innebär att kodande gener slås ut för att förhindra att proteiner produceras.

Kodande gener
Fungerande gener kodar normalt för proteiner som krävs för normala kroppsfunktioner med hjälp av en molekyl som kallas budbärar-RNA (mRNA).

Tystnad
GEiGS utnyttjar denna naturligt förekommande process och kan redigera RNAi-genernas tystnadsfunktion för att rikta in sig på nya mRNA-molekyler.

Litet RNA
RNAi-gener producerar en molekyl som kallas små RNA och som har förmågan att tysta mRNA:s förmåga att producera proteiner.

AR

Målgener
GEiGS kan redigera RNAi-gener för att tysta mål-mRNA i skadedjursarter när de äter en växt som har redigerats.

zon

Skanna här

Modifierade frön kanske kan bekämpa skadedjur på egen hand

© Illustration av Nicholas Forder

Visste du att?
94 procent av de sojabönor som odlas i USA är resultatet av genteknik

Både skadedjur och bekämpningsmedel kan förstöra en bra skörd

Cirka 92 procent av majsen i USA är genetiskt modifierad

Död på grund av genetik

© Tropical Biosciences

Tropic Biosciences Chief Science Officer Dr Eyal Maori berättar hur GEiGS används i verkligheten och hur det kan användas i framtiden

Hur fungerar GEiGS?
Grundprincipen i GEiGS är att vi kartlägger alla dessa RNAi-gener genom minimalistisk genredigering, där vi ändrar kanske fem till högst 20 nukleotider. Vi omdirigerar dem för att söka och förstöra som smarta missiler. Smarta missiler har koordinater och explosiva krafter, så GEiGS handlar om att ändra koordinaterna och behålla explosiviteten. Vi omdirigerar den här molekylens sökigenkänning från ett mål till valfritt mål. Vi tar till exempel en RNAi-gen och riktar in oss på en nematodgen i stället för andra gener. Nu kan du omdirigera dessa RNAi-gener mot andra gener i växtcellen för att bekämpa ett virus, svamp eller andra skadedjur.
Hur fungerar RNAi-molekyler mot skadeinsekter?
För tio år sedan trodde vi att denna sök- och förstörelsemekanism bara fungerar inuti cellerna. Tidigare trodde man att denna RNAi-mekanism endast riktar sig mot intracellulära parasiter som virus. Sedan fick vi veta att RNAi-molekylerna kan förflytta sig mellan cellerna. Då kan de skydda celler på avstånd från de ursprungliga cellerna som producerar denna RNAi-molekyl. Senare upptäckte vi att dessa molekyler inte bara kan röra sig mellan celler, utan även mellan organismer. Så RNAi kan produceras i en organism och kan tysta och rikta in sig på gener i en annan organism. Det är så här det förhåller sig till strategin för skadedjursbekämpning. Man kan producera molekyler i en växt som kan känna igen nematodens - en parasitisk mask - gener. Nematoden livnär sig på de växtceller som producerar RNAi-molekylerna. Dessa RNAi-molekyler tas upp från nematodens matsmältningssystem och sprids sedan över hela nematodens kropp och tas upp av nematodens celler.
I nematodens celler kan dessa RNAi-molekyler känna igen nematodens gener som är mycket viktiga för nematodens livskraft. När de känner igen dessa gener riktar de in sig på dem, förstör dem och sedan dör nematoden.
Så det är som ett genetiskt gift?
På sätt och vis, men jag skulle inte använda ordet gift. Det är genetisk krigföring mellan värd och parasit. Vad vi har lärt oss under de senaste tre till fyra åren är att växter producerar naturligt litet RNA som kan rikta sig mot svampmedel. Tydligen har denna överföring och kommunikation av RNAi-molekyler utvecklats som en immunmekanism hos växter mot en svamp. Man upptäckte också att svampen producerar små RNA som överförs till växten för att stänga av växtens immunsystem. Det är en genetisk krigföring, eller kapprustning, mellan värd och patogen. Det är denna överföring av genetisk information som är helt fantastisk; det är häpnadsväckande.
Påverkar GEiGS funktionen hos den växtart som har redigerats?
I grund och botten inte, eftersom det finns ganska många kopior av den icke-kodande gen som vi redigerar. Vi redigerar bara några av dem eller till och med bara en av dem och vi omdirigerar dess specificitet och aktivitet mot, låt oss säga, nematoden. De andra kopiorna behåller fortfarande sin naturliga roll. I grund och botten har vi bara fått ett nytt skydd och en ny funktion, samtidigt som den naturliga funktionen förblir intakt.
Vilka är de framtida tillämpningarna av GEiGS?
GEiGS kan tillämpas på olika värdar - växter och djur, inklusive vattenbruk och boskap. Man kan också använda GEiGS för att förbättra grödornas eller djurens prestanda. Det handlar inte bara om skydd, utan också om att till exempel öka avkastningen och främja motståndskraften mot torka.

"Det är en genetisk krigföring, eller kapprustning, mellan värd och pathogen"

© Gety