GENOM CZŁOWIEKA…
Odczytanie genomu człowieka - czyli poznanie całości informacji genetycznej niezbędnej do funkcjonowania organizmu - było największym wyzwaniem współczesnej biologii. A dzięki reklamie, którą był publiczny wyścig prywatnej firmy Celera Genomics z HGP stało się symbolem przełomu tysiącleci. Teraz, gdy odczytywanie tej informacji zostało zakończone, wyzwaniem jest poznanie funkcji poszczególnych genów.
Genetycy pracujący nad rozwikłaniem zagadek ludzkich genów, brali udział w odczytywaniu genomów innych organizmów: tuzina bakterii, dwóch gatunków drożdży, żyjącego w glebie nicienia i muszki owocowej.
JAK DZIAŁA GENOM
Genom człowieka składa się z 3 miliardów nukleotydów i zawiera około 30 tys. genów. Poza klasycznymi genami istnieją w naszym genomie olbrzymie (ponad 98 proc. całego genomu) obszary, których funkcji nie znamy. Podejrzewa się, że część z nich zaangażowana jest w koordynowanie uaktywniania się genów. Kontrola ta sprawia, że np. hemoglobina pojawia się tylko w dojrzewających czerwonych ciałkach krwi, a nie znajdziemy jej w białych ciałkach, choć oba typy krwinek zawierają tę samą informację genetyczną.
Ta ogromna ilość informacji jest bez przerwy przetwarzana w każdej komórce organizmu. Część genów jest aktywowana, inna pozostaje w uśpieniu. Zmiany te mogą następować bardzo szybko: geny aktywne są za chwilę wyłączane, a te uśpione - aktywowane do produkcji RNA i białek. Niektóre geny pozostają aktywne w ciągu całego życia: to one kodują enzymy regulujące podstawowe funkcje komórek. A są w naszym genomie również takie geny, które mają okazję ujawnić swą aktywność bardzo rzadko, np. raz w życiu organizmu, albo nawet raz na kilka pokoleń. Dzięki temu skoordynowanemu procesowi włączania i wyłączania genów zachodzi nasz rozwój: od zapłodnionego jaja, przez różnicujące się komórki zarodka, do dojrzałego organizmu.
Istnieją również inne sposoby regulacji aktywności genów, które mają znaczenie nie tylko np. dla rozwoju zarodka (bez kontroli aktywności naszych genów jednokomórkowa zygota nie jest w stanie przejść nawet jednego podziału), ale także dla funkcjonowania komórek mózgu i procesu kontroli podziałów komórkowych także u dorosłych. Prawidłowa regulacja aktywności genów niezbędna jest też do hamowania procesów nowotworowych.
Regulacja pracy naszego genomu jest procesem niezwykle skomplikowanym. Bez jego znajomości trudno zrozumieć, ile wysiłków muszą włożyć naukowcy, by poznać funkcjonowanie naszych genów i całego genomu.
Co jednak ważne: istnieją w naszym genomie ogromne obszary, które nie mają struktury genów. Funkcji tych regionów nie znamy. Geny są więc tylko drobną częścią informacji genetycznej, w dodatku nieregularnie rozsianą w genomie.
DŁUG U MYSZY
Poznanie samej mapy genów jest tylko wstępem do poznania tajemnic funkcjonowania komórek. Aby zrozumieć instrukcje tworzenia i funkcjonowania organizmu, niezbędne jest odkrycie zależności, regulujących aktywność genów i mechanizmów pozwalających na ich współdziałanie. A do tego niezbędne jest porównanie struktury i mechanizmów rządzących organizacją naszego genomu z genomami innych organizmów wielokomórkowych. Dysponujemy już zapisem całego genomu muszki owocowej i mikroskopijnej wielkości robaka z grupy nicieni. Ich genomy, choć dostarczają wielu informacji, różnią się jednak bardzo od genomu człowieka. Na szczęście bliski już końca proces sekwencjonowania genomu myszy obiecuje naukowcom najlepszy materiał do porównań.
Dlaczego mysz? Otóż, aby badać funkcje genu, najlepiej pozbyć się go z genomu albo zmodyfikować sekwencje jego zapisu i obserwować efekt tego zabiegu w komórkach i całym organizmie. Techniki te najłatwiej stosować u laboratoryjnej myszy. Stosując metody inżynierii genetycznej, pozwalające na wymianę fragmentów DNA na inne, można usuwać z genomu wybrane geny. Dokonuje się tego w pierwszych fazach rozwoju zarodka myszy, co pozwala na wyhodowanie dorosłej myszy pozbawionej wybranego genu, a więc i jego produktów (RNA i białka). Myszy pozbawione np. genu o nazwie Kip1, a więc i kodowanego przez ten gen białka p27Kip1, są większe i bardziej podatne na nowotwory. Można więc wnioskować, że białko p27Kip1 bierze udział w kontroli wzrostu i podziałów komórkowych. A badając inne szczegóły zmodyfikowanych genetycznie myszy, można opisać funkcje danego genu.
Z powodów etycznych nie można tak eksperymentować na zarodkach ludzkich. Jednak podobnych zabiegów dokonuje się w procesie terapii genowej, gdy np. do komórek krwi pobranych od pacjenta wprowadza się prawidłowy gen i następnie tak spreparowane komórki wszczepia do jego krwioobiegu. W procesie tym nie usuwa się jednak „złego” genu, a jedynie uzupełnia genom chorych komórek „zdrowym” genem. W przypadku niektórych chorób, gdy „zły” produkt genu zatruwa komórkę, jedynym ratunkiem będzie zastąpienie zmutowanego genu przez gen zdrowy.
Od niedawna istnieje też metoda tzw. wyciszania genów, co pozwala na czasowe wyłączenie aktywności wybranego genu np. w zarodku myszy. Dzięki niej można obserwować efekt braku aktywności wybranych genów na rozwój zarodka. Tą drogą uda się zapewne w przyszłości wyciszać, przynajmniej na jakiś czas, zmutowane geny będące przyczyną chorób genetycznych.
Znając całość zapisu genomu myszy i człowieka, można będzie zidentyfikować mysie odpowiedniki ludzkich genów. Używając metod usuwania lub wyciszania genów u myszy, będziemy mogli badać funkcje poszczególnych genów, nie ingerując w zapis genów zarodków ludzkich. Ludzkość zaciąga więc teraz dług właśnie u laboratoryjnej białej myszki...
GENOM - I DUSZA
Skoro można testować odpowiedniki genów człowieka u myszy, to co różni nas od zwierząt? Czy w naszym genomie jest miejsce na geny odpowiedzialne za naszą duchowość, a nie ma ich u myszy? Czy są geny określające to, co Arystoteles nazywał eidos, a św. Tomasz - duszą?
Odwieczny dylemat, na ile metodami naukowymi można poznać to, co należy do sfery wiary, religii i kultury, pojawia się znowu, gdy mamy przed sobą prawie kompletne księgi ludzkich i mysich genów. Ale nawet znając 100 proc. ich zapisu, nie zdołamy odpowiedzieć na to pytanie. Czy 26-30 tys. ludzkich genów potrafi zapisać całą różnorodność naszych cech? Począwszy od zdolności mówienia, pisania, zgadywania, a na komponowaniu muzyki, tworzeniu poezji czy obrazów skończywszy. Czy te cechy i zdolności są zapisane w naszym genomie? A nienawiść, głupota, bezmyślność? Dziś możemy jedynie domniemywać, że są one wynikiem pewnej kombinacji naszych genów, ale nie możemy tego sprawdzić.
Nie da się wyhodować myszy, która odtworzy koncert Chopina. Nasze geny to bowiem tylko szkielet - rusztowanie tego, czym jesteśmy. Wyznaczają one jedynie ramy, które wypełniamy, świadomie lub nie, przez oddziaływania ze środowiskiem - którym jest zarówno płyn wypełniający jajowód w momencie naszego poczęcia, jak płyn, w którym pławimy się przez 9 miesięcy życia płodowego, a następnie czułe słowa, dotyk i gesty matki i ojca, kontakty z rówieśnikami, z całym otoczeniem. Nie tylko nasze geny decydują, czy będziemy mądrzy, mili, grzeczni. Również to, co przeżyliśmy, wpływa na nasze człowieczeństwo.
Geny dają nam tylko możliwość realizowania marzeń. Dają nam świadomość, którą wypełniamy już sami, tylko pośrednio korzystając z ich udziału. Poza genami jest jeszcze coś, czego nie rozumiemy, a co pozwala wypełnić rusztowanie dane nam przez genom. To coś czujemy i jedynie w niewielkim stopniu potrafimy określić słowami. To metafizyka genomu.
Jakże przyjemne jest uczucie, że jednak nie da się opisać nas całych, bez reszty, jedynie przy pomocy kilku liter: A, C, G i T.