Генетика ожиріння - лабораторна діяльність

Близько 1,5 мільярда людей у ​​всьому світі страждають від надмірної ваги або ожиріння. Ми просто їмо занадто багато або можемо звинуватити наші гени? Ось як слід досліджувати генетику ожиріння в класі.

лабораторна


Зображення надано Colros/
Flickr

Ожиріння є великою проблемою, багато в чому. Більше 10% дорослого населення світу страждає ожирінням; в деяких країнах це зростає до 40%. Хвороби серця, діабет 2 типу, деякі види раку, ускладнення вагітності, проблеми із суглобами, депресія та тривожність - все це пов’язано з ожирінням w1 .

Зміни в поширеності
ожиріння дорослих: відсоток
дорослого населення с
індекс маси тіла 30 або
більше, в 11 країнах
Джерело даних: Міжнародний
Асоціація з вивчення
Ожиріння (www.iaso.org)

Легкодоступна їжа, багата калоріями, і більш малорухливий спосіб життя зазвичай звинувачують у приголомшливому зростанні ожиріння, але чи можуть наші гени бути частиною проблеми? Ця стаття знайомить з деякими сучасними дослідженнями генетики ожиріння, а також із методом, розробленим європейським проектом Xplore Health для вилучення ДНК, першим кроком для дослідників, які прагнуть виявити можливі «жирові гени».

Вилучення ДНК було б підходящим для учнів середнього (віком 14-16 років) або просунутих (віком від 16 років) і могло б бути виконане за один урок. Якщо цей метод не підходить для ваших студентів чи лабораторії, спробуйте один із двох альтернативних методів (заснованих на одних і тих же принципах, але з використанням більш доступних матеріалів), використовуючи заморожений горошок (Madden, 2006) або фрукти ківі w2. Вказівки щодо діяльності w5 також можна завантажити у форматі Word або PDF з веб-сайту Science in School.

Тема ожиріння також надає корисний спосіб представити поточні генетичні дослідження та етичні проблеми в контексті, щодо якого студенти можуть мати певний особистий досвід та думки. Зрештою, скільки підлітків не люблять фаст-фуд і ледарі перед телевізором? Інші ресурси, включаючи дискусійний пакет для подальшого вивчення питань, доступні на веб-сайті Xplore Health w3 .

Визначення ожиріння

Хтось вважається ожирінням, якщо він має індекс маси тіла (ІМТ) 30 і більше. Здоровий діапазон - 18,5-25. ІМТ обчислюється шляхом ділення ваги людини в кілограмах на квадрат їх зросту в метрах.

ІМТ = вага (кг)
(висота (м)) 2

Хоча ІМТ є корисним керівництвом, він не дозволяє змінювати статури та склад тіла. Наприклад, спортсменів, які мають велику кількість м’язової маси, часто вважають надмірною вагою, якщо оцінювати лише ІМТ.

Яке відношення до цього мають гени?

Ожиріння протікає в сім'ях. Чи означає це, що ожиріння є генетичним, чи це просто означає, що сім'ї поділяють нездорові харчові звички? Можливо, як не дивно, але дослідження близнюків показали, що ожиріння може бути до 70% генетичним, оскільки брати і сестри, які мають однакові гени (однояйцеві близнюки), набагато частіше мають однакову форму тіла, ніж неідентичні близнюки (O'Rahilly & Farooqi, 2006).

Дослідники виявили ряд варіантів генів (алелей), які, схоже, пов’язані з ожирінням. Деякі з них рідкісні і вражають дуже невелику кількість людей, тоді як інші є досить поширеними і збільшують ризик збільшення ваги серед значної частини населення (таблиця 1).

Рідкісні варіанти одного гена

Кілька загальних варіантів генів

Вплив на масу тіла

Дуже мало людей припадає на велику зайву вагу

У багатьох людей доводиться трохи зайвої ваги

Асоціація з іншими клінічними станами

Може асоціюватися з рідкісними захворюваннями, напр. вроджений дефіцит лептину, дефіцит MC4R

Одна з багатьох `` нормальних '' різноманітних характеристик людини, але може також асоціюватися з іншими загальними захворюваннями, наприклад діабет 2 типу

Як вони знайдені?

Дослідження генів-кандидатів, дослідження на тваринах, секвенування екзомів

Загальногеномні дослідження асоціацій

Пренатальне генетичне тестування та генна терапія

Розуміння ризику захворювання та адаптація стратегій профілактики захворювань

Ожиріння, дефіцит лептину
миша (ліворуч) поруч із звичайною
миша (справа)
Зображення надано США
Департамент енергетики, Дуб
Національна лабораторія Рідж

Ген Ob є одноваріантною причиною ожиріння. Він контролює апетит, виробляючи гормон, який називається лептин. Люди, які мають дві дефектні копії цього гена, не можуть виробляти лептин і постійно бажають їжі. Люди з ожирінням, дефіцитними лептину, які отримували ін’єкції лептину, повернулися до нормальної ваги. Ще одним геном, який виявився діяти подібним чином, є ген Mc4r, який є частиною сигнального шляху, який контролює харчову поведінку (O’Rahilly & Farooqi, 2006).

Однак ці мутації з одним геном зустрічаються досить рідко. Виявлено деякі інші, набагато більш поширені варіанти генів, які, хоча і не є безпосередньою причиною ожиріння, роблять носіїв більше шансів надати вагу. Приклади включають варіанти гена Fto та гена Tmem18. Дослідження показали, що люди з однією копією варіанту Fto важать в середньому на 1,2 кг більше, ніж люди з іншими варіантами, тоді як люди з двома копіями варіанту Fto важать в середньому на 3 кг більше.

То чи людям, які носять ці більш поширені «жирні гени», судилося страждати ожирінням, чи вони можуть уникнути своєї долі? Ці варіанти генів просто схильні до набору ваги, але при здоровому харчуванні та способі життя немає жодної причини, чому перевізники не могли б підтримувати здорову вагу.

Дослідники ожиріння також вивчають епігенетику (взаємодія між генами та навколишнім середовищем) і те, як сигнальні шляхи (наприклад, гормони та нервова система) в організмі впливають на обмін речовин і поведінку. Вони сподіваються, що завдяки кращому розумінню складної природи апетиту, метаболізму та накопичення жиру можна буде розробити кращі методи лікування або стратегії контролю над споживанням їжі у людей, які генетично схильні до ожиріння.

Діяльність учнів: Вилучення власної ДНК

Клацніть на зображення, щоб збільшити.
Зображення надано @el taller
interactivo, Parc Científic de
Барселона

Матеріали

  • Мікропіпетки або градуйовані піпетки для перенесення
    Якщо у вас немає мікропіпеток, ви можете використовувати калібровані/градуйовані одноразові пластикові піпетки для перенесення. На цих піпетках «стебло» градуйоване, що дозволяє переносити обсяги менше 1 мл з достатньою точністю для цього експерименту.
  • Одноразові петельки для культури або щічні тампони


Зображення надано @el taller
interactivo, Parc Científic de
Барселона

  • Невеликий сокіл з пробіркою або пробіркою із застібкою або ковпачком
  • Сокольні пробірки - це калібровані пробірки з гвинтовими ковпачками. Якщо у вас їх немає, просто використовуйте звичайні пробірки