Czy w końcu zgłębiliśmy tajemnicę DNA?

Transkrypt

1 Czy w końcu zgłębiliśmy tajemnicę DNA? Szanowny Czytelniku, w największych naukowych czasopismach: Nature, Science, Genome Research, Genome Biology, Journal of Biological Chemistry opublikowano serię artykułów naukowych o historycznym znaczeniu. Są to wnioski z ogromnego projektu badawczego, finansowanego przez rząd amerykański, w który zaangażowanych było 440 naukowców z 32 laboratoriów. Projekt ENCODE - Encyklopedia Elementów DNA - trwał 9 lat i miał na celu opisanie wszystkich funkcji każdego składnika genomu człowieka. Te opublikowane odkrycia ważne są dla każdego człowieka również dla Ciebie. Jednak czytając prasę naukową, trudno jest jasno zrozumieć co tak naprawdę wynika z tego rewolucyjnego odkrycia i jak to się ma do Twojego zdrowia. Krótkie przypomnienie, czym jest DNA Gdy zostałeś poczęty, byłeś zaledwie jedną komórką powstałą ze spotkania plemnika z komórką jajową. Ta komórka miała w sobie maleńkie jądro, w którym znajdowały się nici DNA, pozawijane jak kłębki, pogrupowane w 46 chromosomów ułożonych w 23 pary. DNA tej pierwszej komórki pochodziło w połowie od plemnika Twojego ojca, a w drugiej połowie od komórki jajowej Twojej matki. Dzięki czemu nowo powstała komórka była unikalna, z własnym DNA tylko dla siebie charakterystycznym. Najpierw podzieliła się na 2 komórki, tzw. komórki potomne, z których każda zawierała kopię DNA pierwszej komórki. Następnie te dwie komórki podzieliły się, by po 50 godzinach powstały 4 komórki, z której każda zawierała swoją własną kopię DNA pierwszej komórki. W 60. godzinie było już 8 komórek, również zawierających kopię DNA pierwszej komórki. Po kolejnym podziale dziecko liczy 16 komórek. Jajo ma kształt przypominający jeżynę. Przemieszcza się w kierunku macicy, w której podział komórkowy będzie mógł się rozpocząć na poważnie. Za 9 miesięcy, podczas narodzin, mały człowiek

2 będzie miał 70 tysięcy miliardów komórek! I wszystkie będą pochodzić od tej samej pierwszej komórki. Jednak komórki nie mogą poprzestać tylko na dzieleniu się i duplikowaniu wciąż identycznych komórek. Wyszłaby z tego bezkształtna masa. Aby płód rozwinął wszystkie funkcje życiowe, komórki muszą się różnicować, by tworzyć szkielet, mięśnie, organy niezbędne do życia itd. Wydaje się to skomplikowane i faktycznie takie jest. Ogromną rolę w tym procesie odgrywają nici DNA znajdujące się w komórce, które zawierają całą potrzebną informację, aby zarządzać właściwym podziałem komórek. DNA jest jak pamięć komputera W DNA pierwszej komórki znajduje się cała informacja potrzebna, aby sterować rozwojem Twojego organizmu, aż do końca życia. Informacja ta zawarta jest w formie bardzo podobnej do informacji zapisanej w pamięci komputera. Tyle tylko, że DNA nie używa dwójkowego systemu informacyjnego, ale system czwórkowy. Podczas gdy jednostkami informacji w komputerze są 0 i 1, DNA jest kodowane w formie T, A, C i G. Jednostki te zwane są nukleotydami i składają się z reszty cukrowej (deoksyrybozy), zasady azotowej (adenina, tymina, guanina i cytozyna) oraz reszty kwasu fosforowego. Zasady azotowe są elementem różniącym poszczególne nukleotydy. W pamięci informatycznej mamy do czynienia z ciągiem zer i jedynek, przykładowo: Na niciach DNA jest ciąg T, A, C i G, przykładowo AATGGCTTGGC. Ale reguła bazowa jest w obu przypadkach taka sama. Gdybyś chciał odczytać całą informację umieszczoną na Twoim DNA, otrzymałbyś księgę o tysiącach stron wypełnionych literkami T, A, C i G (podobnie jak twardy dysk komputera wypełniony jest zerami i jedynkami). Twoje DNA zawiera bowiem 3200 milionów par zasad. Taka księga została jednak stworzona w 2003 r. przez grupę naukowców, którzy spędzili 12 lat na odkodowaniu ludzkiego genomu. Od DNA do organizmu człowieka Wszelka informacja potrzebna do zbudowania organizmu zawarta jest w DNA pierwszej komórki. Twój organizm zawiera ponad 200 różnych typów komórek, ale

3 wszystko zaczęło się od jednej. DNA tej jednej komórki zawierało wszystkie informacje w swoim kodzie, złożonym wyłącznie z T, A, C i G, aby wytworzyć od do 100 miliardów komórek o 200 różnych typach. Niektóre z Twoich komórek są komórkami odpornościowymi, inne są komórkami stożkowatymi w oku, dzięki którym widzisz. Jeszcze inne to komórki kostne, mięśniowe, mózgowe, komórki szpiku, trzustki, nerek, serca, krwi. W czasie, gdy organizm rośnie i rozwija się, informacja DNA umożliwia również wytworzenie kilkunastu układów życiowych. Nazywamy je tak, ponieważ składają się z co najmniej dwóch elementów funkcjonujących razem. Przykładowo, układ krążenia składa się m.in. z serca, krwi i naczyń krwionośnych. Układ trawienny łączy m.in. jamę ustną, przełyk, żołądek i jelita. Informacja DNA jest również wykorzystywana do wytworzenia ponad 30 narządów ciała ludzkiego. Wyobraź sobie na przykład, jaka informacja jest potrzebna, aby zbudować Twoje kości. Ciało dorosłego człowieka składa się z 206 kości. Każda z nich ma unikalny kształt i cechy charakterystyczne dla siebie. Oczywiście kość to nie tylko kształt. Twoje DNA określa również ścieżkę wszystkich nerwów biegnących w kościach, miejsce szpiku kostnego, ustala miejsce każdej komórki tego szpiku i jej funkcjonowanie. Wszystko to zapisane jest w DNA Twojej pierwszej komórki. Obietnice genetyki Kiedy naukowcy zdali sobie sprawę z uniwersalnego charakteru roli DNA, natychmiast wyobrazili sobie następującą rzecz: skoro DNA wszystko determinuje, to, aby zmodyfikować funkcjonowanie ciała człowieka, wystarczy zmodyfikować jego DNA. Nie trzeba było więcej, aby świat zaczął marzyć o świetlistej przyszłości, w której człowiek mógłby kontrolować samego siebie, poprzez wymianę DNA, jak zepsute części w samochodzie. Wymyślono termin terapia genowa, tak jakby chodziło o coś rzeczywistego, podczas gdy żadna genowa terapia nigdy nie powstała. Obiecywano przy tym: koniec chorób,

4 wymianę dowolnego organu, wyhodowanie dowolnego organu w laboratorium, wieczną młodość. Miało to być tylko kwestią czasu i pieniędzy przyznawanych na badania i... na naukowców. Wy nam dajcie dzisiaj kilka miliardów, a my wam jutro dostarczymy eliksir nieśmiertelności w pewnym sensie, tak właśnie wyglądały te obietnice. Wirus, który leczy Sprawa wydawała się tym bardziej na wyciągnięcie ręki, że naukowcy znaleźli skuteczny sposób na modyfikację DNA bardzo dużej liczby komórek. Faktycznie, zamysłem terapii genowej było nie tylko zidentyfikowanie, który fragment DNA funkcjonuje nieprawidłowo w Twoim kodzie genetycznym. Trzeba było jeszcze umieć skutecznie zmodyfikować DNA w miliardach komórek, z których większość znajduje się wewnątrz ciała! A jednak znaleziono rozwiązanie. Naukowcy wpadli na pomysł wykorzystania wirusa. Wirusy to małe zakaźne patogeny, zdolne przenosić swój własny materiał genetyczny do komórek ludzkich. Co więcej, są zdolne do rozprzestrzeniania się z jednej komórki do drugiej bardzo szybko, o czym wiedzą wszyscy, których np. zwalił z nóg wirus grypy. Naukowcom udało się wyselekcjonować pojedynczy wirus, z jego DNA usunąć sekwencje powiązane z chorobą, którą ten wirus przenosił oraz zastąpić je sekwencjami genu terapeutycznego (genu, który leczy). W ten sposób wirus szybko infekował miliony komórek, ale zamiast chorób przekazywał dobry gen, który miał im pomóc wyzdrowieć! Należało jednak uważać na to, aby wirus został w organizmie leczonej osoby i nie przenosił się na ludzi, którzy o to nie prosili. Ale, wydawało się, że naukowcy poradzili sobie również z tym zagrożeniem. Z takimi obietnicami naukowcy przekonywali rządy i wielu prywatnych inwestorów do przekazywania miliardów euro na badania nad terapiami genowymi. W ten sposób niezliczona liczba powstałych firm start-upów w dziedzinie biotechnologii i laboratoriów uniwersyteckich zbiła fortunę. Fiasko

5 Niestety, im bardziej zaawansowane były badania nad DNA, tym bardziej okazywało się, że wszytko jest tak naprawdę... przerażająco skomplikowane. Naukowcy zaczęli inwestować w coraz droższe systemy, ale każde nowe odkrycie jeszcze bardziej zaciemniało problem. Na początku myśleli, że informacja DNA powinna się dać odczytać sekcjami, na genach odpowiadających danej cząsteczce białka i że wystarczy zastąpić wadliwy gen innym. Jednak szybko zdali sobie sprawę, że tak naprawdę, to: DNA nie jest tylko zwykłą podwójną helisą, ale może przybierać wszelkie inne różne kształty (B, A, Z, G i inne) dużo bardziej skomplikowane; większość informacji powiązanych z chorobami wcale nie znajduje się na fragmentach DNA kodujących geny, ale na fragmentach niekodujących, tzw. śmieciowym DNA, o których myślano wcześniej, że do niczego nie służą (śmieciowe DNA stanowi aż 97% naszego genomu!); geny determinujące produkcję białek są raz aktywne, raz nieaktywne, nie wiadomo, dlaczego (z dwóch osób posiadających gen tej samej choroby, jedna osoba może ciężko zachorować, a druga może być zdrowa jak ryba); geny wzajemnie na siebie oddziałują w sposób tak zagmatwany, że w większości przypadków jest zupełnie niemożliwe, aby znaleźć powiązanie pomiędzy genem a konkretnym objawem czy konkretną cechą u osoby (i tak przykładowo, w przeciwieństwie do tego, czego nauczono Cię w szkole, jest jak najbardziej możliwe, aby dwoje niebieskookich rodziców poczęło dziecko o oczach koloru brązowego). Dziś, wszystkie terapie genowe zakończyły się fiaskiem. Choć iskierka nadziei zapaliła się w 1999 r., kiedy udało się wyleczyć bardzo małe dzieci dotknięte zespołem SCID-X, ciężkim złożonym niedoborem immunologicznym (mówi się o nich dzieci z bańki ). Ale ta iskierka szybko zgasła, w dramatycznych okolicznościach. Dzieci te leczono terapią genową, mającą na celu uaktywnić ich nieprawidłowo funkcjonujące limfocyty T (komórki odpornościowe). Terapia polegała na wykorzystaniu wirusa w przywróceniu funkcji genu odpowiedzialnego za produkcję interleukiny-2 (IL-2), związanej z prawidłowym funkcjonowaniem układu immunologicznego człowieka. W początkowym okresie przedsięwzięcie okazało się

6 wielkim sukcesem. Większość dzieci zaczęła żyć normalnie. Jednakże na 20 leczonych dzieci, u 4 z nich szybko rozwinęła się śmiertelna białaczka, która okazała się być bezpośrednim skutkiem ubocznym towarzyszącym tej terapii genowej. Chcąc poprawić defekt na DNA, wywołano chorobę jeszcze groźniejszą. W wyniku tych eksperymentów, wyłonił się jednak niepodważalny wniosek: nie zgłębiono jeszcze tajemnicy DNA i wcale się nie zanosi, aby szybko to się zmieniło. I tu właśnie docieram do słynnego odkrycia, które całkiem niedawno opublikowano w czasopismach medycznych. Wielka nowina projektu ENCODE Do tej pory sądzono, że tylko mała część ludzkiego DNA służy do kodowania genów, czyli zawiera informacje potrzebne do rozwoju organizmu. Tymczasem, projekt badawczy ENCODE odkrył, że bardzo duża część DNA, dotychczas uznawana za bezużyteczną, służy w rzeczywistości do regulacji działania genów. Część naukowców twierdzi, że 80% DNA to nośniki informacji, podczas gdy wcześniej uważano, że tylko 1 do 3%. Fragmenty DNA danego genu, które są od siebie bardzo oddalone, mogą znaleźć się bardzo blisko siebie, gdy DNA jest zwinięte w kłębek. Te fragmenty DNA służą jako przełącznik, aby gen uaktywnić lub go zatrzymać. Ta funkcja jest kluczowa. Problem w tym, że (uważaj teraz) naukowcy opisali co najmniej 4 miliony takich przełączników w ludzkim DNA! Podczas gdy samych genów jest tylko 20 tysięcy. Inaczej mówiąc, niewiarygodną złożoność genetyki należy dodatkowo pomnożyć przez 200 (co najmniej). Aby zachować twarz, naukowcy z dziedziny genetyki głoszą, że to wszystko jest wspaniałe, że projekt ENCODE dostarczył im wielu nowych informacji, które pozwolą lepiej zrozumieć choroby. Tyle tylko, że ich możliwości badawcze zostały wystawione na bardzo poważną próbę: aby coś naprawdę zobaczyć w tej gmatwaninie informacji, potrzeba jeszcze większych środków, bez żadnej gwarancji, że otworzy to drogę do rzeczywistych terapii.

7 Naukowcy zdają sobie z tego sprawę i być może właśnie dlatego ogłoszenie tego odkrycia zostało tak bardzo nagłośnione, z finansowymi nakładami na medialny przekaz godnymi filmu hollywoodzkiego. Część naukowców była szczególnie nastawiona na poruszenie opinii publicznej (nic z tego nierozumiejącej), licząc na obietnice, że politycy (którzy rozumieją z tego jeszcze mniej) przyznają im nowe granty na badania. Wniosek dla Ciebie Wniosek dla Ciebie, Szanowny Czytelniku, jest jednak niezmiernie ważny. Badania ENCODE wskazały, że bardzo daleko nam do zgłębienia tajemnicy DNA. Ale za to doprowadza nas do pierwszego planu współczesnych badań medycznych, czyli do stylu życia. Bowiem odkrycie ENCODE jest jednocześnie dowodem, że masz rację, zwracając uwagę na to, co jesz, na swoje emocje, na środowisko, hałas, wibracje, fale, które przez Ciebie przechodzą, aktywność fizyczną. Twoje DNA nie jest zwyczajną nicią, na której miałyby się znajdować geny w 100% decydujące za Ciebie o tym, czym jesteś, kim się staniesz, na co zachorujesz oraz które zamykałyby Cię w genetycznym więzieniu, na które nie masz żadnego wpływu. Fakt, że każdy gen jest kontrolowany przez tak dużo zewnętrznych czynników na tej samej nici DNA, dowodzi tak naprawdę tego, że to Ty pilotujesz własne zdrowie. Każdy z wyborów, jakich dokonujesz na co dzień, może wpłynąć w decydujący sposób na te miliony przełączników w Twoim DNA. Poziom ich skomplikowania prawdopodobnie zawsze będzie przekraczał ludzkie zdolności zrozumienia. Skoro nie możemy i długo nie będziemy mogli mieć nawet nadziei na pozbawioną ryzyka ingerencję w struktury DNA, to znaczy, że należy bardziej niż kiedykolwiek skoncentrować się na zasadach dobrego zdrowia i dobrego życia. Obserwacja i doświadczenie tysięcy lat wystarczająco już umożliwiły ludzkości wyłonienie fundamentalnych zasad o tym, co dobre dla organizmu, a co nie. Dziś wiemy, jakie zwyczaje najczęściej wyzwalają chorobę oraz jak można im zapobiegać poprzez właściwą profilaktykę. Zatem zapomnij o tym, że nowe terapie genetyczne wyleczą nas ze wszystkiego, a zacznij uważać na to, jak żyjesz i co jesz.

8 I pewnie nadal będziemy się rozwijać w tym zakresie. W ostatnich latach, makro- i mikroodżywianie zrobiły znaczący progres. Wiemy już, że szkodliwe zalecenia żywieniowe propagowane przez instytuty żywności zwiększają ryzyko chorób. Bardziej niż kiedykolwiek mamy więc powód do radości: osiągnięcia supernowoczesnych technologii biomedycznych prowadzą do wniosku, że przez kilkadziesiąt lub kilkaset następnych lat pozostaje nam droga naturalnego zdrowia i zdrowego rozsądku ta najbardziej bezpośrednia droga do lepszego życia, w lepszym zdrowiu. Nowe terapie nie wyleczą nas ze wszystkiego. To tylko mrzonka, ulotne marzenie zapalonych naukowców. Zresztą zawsze o tym wiedziałeś, prawda? Zdrowia życzę, Jean-Marc Dupuis