Od otkrića DNK do primjene genske terapije

Datum 14.11.2011 10:11:00 | Kategorija: Biologija

DNK ilustracija (foto: all-about-forensic-science.com)Prije 20 godina kada je Projekt ljudski genom pokrenut svi su mislili da nas nakon što kartiramo sve gene čeka potpuno novo poglavlje u otkrivanju bolesti, da ćemo znati koji sve faktori uzrokuju nastajanje bolesti te kako bolest uspješno i brzo izliječiti. 2001. godine, kada je u časopisima Science i Nature objavljeno da je 90% ukupnog ljudskog genoma kartirano, očekivalo se da ćemo uskoro znati mnogo toga i o najmanjim detaljima našega genoma. No danas, 10 godina kasnije, prvotno uzbuđenje odavno je splasnulo i sada znamo da nas čeka još puno posla i neodgovorenih pitanja. Pročitajte zašto!


Predavanje održano  4. studenog u HAZU pod nazivom ''Biomedicina 10 godina nakon objave ljudskog genoma'' koje je održao akademik Stjepan Gamulin  (na fotografiji desno) započelo je s davnom 1953. kada su Watson i Crick (Francis Crick prikazan je na fotografiji dolje lijevo) otkrili strukturu DNK.Akademik Stjepan Gamulin tijekom predavanja (foto: Matea Konjević) Dvostruka spiralna uzvojnica u potpunosti građena od samo 4 baze (A, T, G, C) izazvala je različite reakcije. Također, otkriće da se udvostručuje po principu komplementarnosti baza, po kojem  se sintetizira i glasnička RNK (mRNK, koja je glavna odgovorna za prijenos genskih informacija iz jezgre u citoplazmu gdje se zatim sintetiziraju bjelančevine), mnogima se činilo prejednostavnim.

>>>Sve smo brži u analizi ljudskoga genoma

>>>Dešifrirana trodimenzionalna struktura ljudskog genoma

1958. je određena središnja dogma molekularne biologije: DNK -> RNK -> bjelančevine. Danas znamo da je prijenos informacija između DNK i RNK dvosmjeran. Otkriće da su upravo bjelančevine izvršne makromolekule, a DNK i RNK samo informacije zapisane u genskim šiframa podijelilo je današnji znanstveni svijet ugrubo na one koji se bave genetikom i one koji se bave proteomikom (bjelančevinama).Francis Crick (foto: Wikipedia)

Projekt ljudski genom (Human Genome Project) svaki dan sve je više povećavao broj otkrivenih gena, ali broj od oko 100.000 gena koji se očekivao nikada nije dosegnut. Danas se smatra da ljudski genom u nešto više od 3 milijardi baza ima oko 25.000 do 30.000 gena. Čak 3 puta manje nego što se očekivalo. No tu nije bio kraj otkrićima i iznenađenjima. Ona su tek uslijedila. Postavilo se pitanje kako 3 milijarde baza stanu u jezgru stanice koja je tako malena? S vremenom su otkriveni detalji ''pakiranja'' DNK oko proteina i upravo su proteini ti koji su zaslužni za to što kromosomi imaju oblik koji nam je poznat i zašto cijela DNK duljine oko 2 metra stane u jezgru promjera 6 mikrometara. 

Nastavak članka na sljedećoj stranici.


Otkrićem brojnih gena svake godine znanstvenici su morali odlučiti kako genima dati imena pa su se odlučili za dva načina. Jedan je bio prema bjelančevini koju gen kodira, a drugi način je bio prema bolesti koja nastaje ako se u genu dogodi mutacija.

>>>Cut i Paste na genomski način

>>>Otkrivena nova lokacija za regulaciju RNK

Otkrićem gena koji su zaslužni za nasljedne bolesti otvorila se problematika etičkih, pravnih i socijalnih pitanja koja se prirodno postavljaju uz jedno tako veliko otkriće i brojnim mogućnostima koje nam ono pruža. Naime, činjenica da bi roditelji mogli odlučivati hoće li njihovo još nerođeno dijete imati ili ne bolest koja je nasljedna uzdrmala je brojne duhove. Još davne 1992. godine jedan je par odlučio da ne žele da im drugo dijete boluje od cistične fibroze jer su otkrili, nakon što im se prvo dijete rodilo bolesno, da su oboje nositelji jedne mutacije u genu koja uzrokuje navedenu bolest.DNK ilustracija (foto: all-about-forensic-science.com) In vitro oplodnjom (izvan ljudskog tijela) i preimplantacijskom dijagnostikom izabrali su embrio koji ne nosi mutaciju i dobili zdravo dijete za koje znaju da neće bolovati od cistične fibroze. Ovo je samo jedan od brojnih primjera kako se nakon otkrića pojedinih gena koji uzrokuju nasljedne bolesti postavlja pitanje je li to etično ili nije. 

>>>Znanstvenici dekodirali genom Ötzija, "Ledenog čovjeka"

>>>Znanstvenici razotkrili genetički kod drevnog ledenog čovjeka

Nakon što je ljudski genom 2003. gotovo u potpunosti sekvenciran, podaci o broju bjelančevina i broju gena se nisu nikako poklapali. Naime, oko 30.000 gena kodira za oko 600.000 bjelančevina. Ti podaci su potvrdili teoriju da jedan gen ne kodira za samo jednu bjelančevinu, nego njih nekoliko. Geni se sastoje od introna (nekodirajućih) i egzona (kodirajućih dijelova). Kad se mRNK stvara po DNK kalupu prepisuju se i egzoni i introni, a zatim introne izrezuju bjelančevine koje su odgovorne za nastajanje takozvane ''zrele'' mRNK iz koje zatim procesom translacije (prevođenja) stvaraju bjelančevine. U procesu izrezivanja introna egzoni se mogu različitim redoslijedom povezati te upravo zbog toga nastaju različite mRNK, a time i različite bjelančevine. 

Osim svega navedenog, istraživanja koja su uslijedila, nakon što je sekvenciran veći dio ljudskog genoma, otkrila su male nekodirajuće RNK molekule (poznate i pod nazivom RNKi). One su odgovorne za regulaciju sinteze bjelančevina jer se vežu za mRNK koje su ili višak ili imaju grešku koja je nastala pri prepisivanju ili iz bilo kojeg drugog razloga nisu dobar ''materijal'' za nastanak odgovarajuće bjelančevine. RNKi su se tako pokazale kao nada za izliječenje mnogih bolesti. No tu nije bio kraj. Sekvenciranje velikog broja ljudskih genoma ili barem nekih njegovih dijelova omogućilo je otkrivanje polimorfizma jednog nukleotida (SNP). Budućnost istraživanja u genomici (foto: Matea Konjević)SNP je varijacija DNK sekvence koja se pojavljuje kada se samo jedan nukleotid - A,T,C ili G u genomu (ili istoj promatranoj sekvenci) razlikuje između individualaca. SNP-ovi su omogućili genomski široke studije povezanosti u kojima se proučavao velik broj SNP-ova za multigenske bolesti i svojstva na uzorku od 1000 do 10.000 ljudi. Tako je u drugoj polovici 2011. godine objavljen podatak da je do sada napravljeno 1449 takvih studija za čak 237 svojstava odnosno bolesti. Ove studije su bitne za tumačenje patogeneze bolesti, prosudbe rizika za nastanak bolesti te moguće prevencije i naposljetku individualizirane terapije. Iako se za brojne bolesti poput šećerne bolesti tipa I  i II i Kronove bolesti zna smještaj SNP-ova u genomu i njihov točan broj, činjenica da se najveći broj njih nalazi upravo u intronima i međugenskim prostorima onemogućuje nam bolje razumijevanje tijeka bolesti. 

Očekivanja od Projekta ljudski genom kad je on završio bila su brojna. Neka od njih su bila sekvencirati genome različitih organizama te utvrditi njihove taksonomske i evolucijske odnose kao i iz ljudskih uzoraka starih nekoliko tisućljeća odrediti tijek evolucije čovjeka. Tako je sekvenciranjem genoma vrsta Homo sapiens i Homo sapiens neanderthalensis  otkriveno da su se one neko vrijeme kroz dulji vremenski period međusobno križale te živjele zajedno na istom području. Dokaz ovoga je činjenica da se u Europi nalazi najveći dio današnje populacije koji u svom genomu ima sekvence koje imaju i neandertalci. Takve podatke nikad ne bismo saznali da nije bilo Projekta koji je i sam potaknuo bujicu novih otkrića.

>>>Neandertalci ipak imali seksualne odnose sa suvremenim čovjekom?

Nastavak članka na sljedećoj stranici.


Osim toga, od Projekta se očekivalo da treba odrediti građu i funkciju normalnih i mutiranih gena te utvrditi kako oni doprinose fenotipu i patogenezi određene bolesti. Danas znamo da su mnoge bolesti multigenske odnosno da nije samo jedan gen zaslužan za njihovo pojavljivanje, već da ih može biti i više desetaka. Genomska varijabilnost bi nam trebala dati podatke o populacijskoj i individualnoj razlici među grupama i pojedincima, a konačni cilj svega navedenog bila bi personalizirana medicina gdje bi se svakoj osobi pomoglo tako da su troškovi liječenja minimalni, a uspješnost terapije maksimalna. U tome bi nam trebali pomoći genski testovi, genska terapija te farmakogenomika.

>>>Budućnost je počela - profesor sekvencirao vlastiti genom

Samo neke od uloga genskih testova su njihova primjena u prenatalnoj dijagnostici, dijagnostici pojedinaca za koje se sumnja da bi mogli biti nositelji određene bolesti ili primjerice u forenzici za rješavanje zahtjevnijih slučajeva. Genski se testovi mogu primijeniti za određene mutacije, genomski široke analize, sekvenciranje gena ili čak cijelog genoma. Neki teže k tome da jednog dana svaka osoba ima kartiran svoj osobni genom, a to, čini se, nije nemoguće. Od 1990. do 2003.  na Projekt ljudski genom potrošeno je oko 3 milijarde dolara i punih 13 godina, a danas nam je za ove radnje potrebno samo sat vremena, što bi vrijedilo oko 5000 dolara.  No nije sve tako jednostavno kako se čini. Tu se upleću brojne etičke, pravne i socijalne dileme genomike. Istraživanje gena (foto: all-about-forensic-science.com)Neke od njih su pitanja prenatalne dijagnostike i prava na život, pojava nesigurnosti zbog spoznaje o vlastitom genomu, problematika privatnosti i zaštite genomskih podataka, individualna, etnička i rasna diskriminacija, dostupnost i korištenje genomskih podataka te vjerojatno najveći problem - koncept zdravstvene zaštite.

Međutim, genska terapija je vjerojatno i najbolja stvar koja je proizašla iz Projekta. Ona nam je omogućila manipulaciju genima poput zamjene mutiranog gena normalnim, izbacivanje mutiranog gena ili unos novog gena u stanicu koji će pomoći liječenju bolesti. Osim toga, koristi se i u staničnoj terapiji unosom matičnih stanica koje imaju sposobnost neprestanog dijeljenja, a koje imaju normalni gen. Na taj način bi se brojne bolesti mogle izliječiti bez ikakvih nuspojava i oštećenja normalnih stanica i tkiva. Trenutno se provodi oko 300 kliničkih istraživanja i kad genska terapija bude odobrena od strane zdravstva kao jedan od načina liječenja bolesti, zasigurno će započeti novo poglavlje u povijesti medicine. 

Većinu stvari koje smo željeli postigli smo unazad zadnjih 10 godina, no personalizirana medicina nam se još uvijek za većinu bolesti čini daleka. Naime u razvoju neke bolesti ulogu nemaju samo geni i njihova regulacija, nego su jedan od glavnih čimbenika koji utječu na bolest i različiti okolišni faktori. Danas se zna da su neke bolesti poput koronarne arterijske bolesti toliko kompleksne da barem stotinjak, ako ne i više faktora utječe na razvoj bolesti te da vjerojatno nikada nećemo moći sigurno reći što je pravi uzrok nastajanja. A bez pravog uzroka ne možemo znati ni što trebamo liječiti i na što trebamo obratiti pažnju. Zbog toga će se budućnost medicine vjerojatno morati usmjeriti više na spajanje genomike i informatike kako bi se došlo do pravih rješenja.

>>>Otkriven novi genetički “podkod”

Predavanje ''Biomedicina 10 godina nakon objave ljudskog genoma'' završilo je rečenicom koju je izrekao još prije više od 70 godina mudri Pavao Sokolić (koji je bio godinama ispred svog vremena, a osobno dijelim njegovo mišljenje) pa bih ovaj članak završila s istom: ''Svako je ljudsko biće integralna biološka, psihološka i socijalna ličnost sa sebi svojstvenoj reaktivnosti.''





Članak je sa stranice Biologija.com.hr
http://biologija.com.hr

URL za ovaj članak je:
http://biologija.com.hr/modules/AMS/article.php?storyid=8542