Biotechnologia XXI wieku

Okazało się jednak, że za dziedziczenie odpowiedzialne są geny czyli konkretne odcinki DNA. Centralny dogmat genetyki głosi, że DNA koduje RNA, który z kolei koduje białko. Od DNA do DNA ten mechanizm działa, podobnie - od RNA do DNA, ale nie ma zastosowania w odwrotnym kierunku, tzn. sekwencja białka nie może kodować sekwencji DNA. Oznacza to w przełożeniu na język nienaukowy, że cechy nabyte nie dziedziczą się.

"Nasz genom zawiera 3 miliardy par zasad. Od 2000 roku znamy pełną sekwencję genomu człowieka (obecnie już pięciu osób). Genom można porównać do gigantycznej biblioteki, gdzie wszystkie teksty zapisane sa za pomoca czterech liter (zasad) : A, T, G i C. Sekwencja zasad w precyzyjny sposób określa nam, z którego miejsca chromosomu pochodzi dany wycinek" - tłumaczy naukowiec.

Profesor porównuje tę sekwencję do fragmentu tekstu :"Gdzie panieńskim rumieńcem dzięcielina pała" - Powyzszy cytat to zestaw zaledwie kilkudziesięciu znaków z naszego alfabetu, ale całkiem jednoznacznie określa pod jaką literą, oznaczającą pierwszą literę nazwiska autora) i w jakim dziale należy szukać dzieła, z którego ów fragment pochodzi.

" Dokładnie tak samo jest w DNA. Siłą genetyki jest to, że można eksperymentalnie dotrzeć do określonych sekwencji DNA w żywych komórkach ludzkich lub zwierzęcych. Dzieje się tak dlatego, że odcinki DNA precyzyjnie kierują się do swojego miejsca na chromosomach." - stwierdza prof. Stepień.

Ta wiedza pozwala genetykom XXI wieku na tworzenie zwierząt transgenicznych, to (za zasady tworzenia tych zwierząt przyznano Nagrodę Nobla) oraz dokonywanie tzw. nokautów genowych.

"Mysie nokauty to zwierzęta, w których precyzyjnie usunieto pojedynczy gen w celu badania jego funkcji. Nokauty tworzy sie dokonując precyzyjnych manipulacji genetycznych na komórkach macierzystych hodowanych in vitro, a następnie z komórek macierzystych "odtwarza się" myszy. W ten sposób nie tylko można usunąć konkretny gen, ale także dodać jakiś gen.

U zdrowych myszy usuwa się wybrany gen, aby sprawdzić, za jaki proces odpowiada. Obecnie na świecie jest ponad 15 tysięcy takich mysich szczepów; ogromne programy międzynarodowe zakładają, że wszystkie mysie geny zostaną w taki sposób przebadane ( razem mysich genów jest ok 25 000). Aby zobrazować znaczenie tego procesu dla nauki i medycyny, genetyk mówi o przykładowych pięciu myszach, na których dokonano zmian genetycznych.

U pierwszej z modelowych myszy wyłączono gen syntazy tlenku azotu. Nieoczekiwanie dla badaczy - samce przestały reagować na sygnały poddania się przeciwnika, wobec tego w czasie walki zagryzały przegrywające osobniki. Druga mysz - nazwana "Doogie Mouse" od bohatera amerykańskiego serialu, 12-latka na tyle inteligentnego, że był już lekarzem medycyny - została wyposażona w dodatkową kopię genu kodującego receptor w mózgu. Mysz bardzo szybko uczyła się rozpoznawać obiekty, ale była bardziej niż inne wrażliwa na ból. U kolejnej myszy, zwanej Schwarzeneggerem spotęgowano działanie genu odpowiedzialnego za rozwój mięśni. Nokaut genu p63 zaowocował stworzeniem myszy przedwcześnie starzejącej się, stanowi ona model dla badań nad lekiem zapobiegającym starzeniu. W końcu pojawiła się mysz maratończyk, która potrafi biegać znacznie dłużej niż inne osobniki.

"Genetyka schodzi także do poziomu jednej komórki. W XX wieku, żeby wyizolować DNA potrzeba było dużo materiału. W dzisiejszych czasach do analizy DNA lub sporządzenia profilu działania genów wystarczy jedna komórka. Testy genetyczne rozwijają się w bardzo szybkim tempie, także superszybkie maszyny do sekwencjonowania DNA można kupić coraz taniej. Jedna z najlepszych maszyn do sekwencjonowania znajduje się m. in. w Instytucie Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie"

Globalizacja stawia naukowców w doskonałej pozycji. Odczynniki, zestawy diagnostyczne, komórki, nawet myszy można w każdej chwili kupić dla dokonywania eksperymentów laboratoryjnych. Wyniki skomplikowanych badań są dostępne w sieci, "Rewolucja genetyczna i internetowa tworzą globalną przestrzeń naukową, w której możemy oglądać, co dzieje się na świecie i wykorzystywać te wyniki dla swoich badań. Jesteśmy w stanie sekwencjonować dowolne genomy, możemy tez uzyskiwać mutanty na zamówienie (np. myszy), choć oczywiście tu już wchodzą w grę duże pieniądze" - opowiada prof. Stępień.

Z drugiej strony, poziom niewiedzy uczonych jest gigantyczny. "Wydawało nam się, że jeśli poznamy genom ludzki to dowiemy się niesłychanej liczby nowych faktów. To się nie sprawdziło tylko w częsci, DNA ludzki ma mnóstwo tajemnic. Np. 98 proc. naszego DNA wydaje się kodować żadnych funkcji. Nie wiadomo do czego służy ów +bełkot genetyczny+. Niedawno zaobserwowano, że tam się jednak coś dzieje, zatem natura miała jakiś sens w naładowaniu naszego genomu ta ogromną ilością DNA, ale jaki - nie wiemy" - przyznaje.

Drugie zagadnienie, które przekracza obecne możliwości poznania, to regulacja genetyczna. Mamy 25 tysięcy genów. Ale z jednego genu może powstać bardzo wiele białek, które mogą ze sobą mogą w różny sposób reagować. "To tak jak miasto z 25 000 mieszkańców - mamy ich nazwiska i adresy i numery telefonów. Z tej książki nie wynika jednak łańcuch relacji międzyludzkich: kto kogo lubi, z kim się spotyka i w jaki sposób współdziała. To zupełnie inny poziom skomplikowania. Jeżeli mamy takich samych wariantów białek, w różnych miejscach w komórkach i w różnym czasie, to skomplikowanie komórek jest tak wielkie, ze nie ma modelu matematycznego ani biologicznego, który by nam to wyjaśnił" - tłumaczy genetyk.

Kolejny stopień skomplikowania to działanie sieci nerwowych, czyli naszego mózgu. Jak opowiada prof. Stępień, 30 lat temu badano milimetrowego robaczka dysponujacego zaledwie kilkuset komórkami nerwowymi. Wierzono, że powstanie model połączeń neuronów i dowiemy się, jak ów robaczek działa. Nistety nie wiemy dotąd.

"Na zrozumienie tego, jak działają nasze geny, ta gigantyczna sieć powiązań poświęcimy XXI wiek" - przewiduje profesor. (PAP)