Twoja wyszukiwarka

MAGDALENA FIKUS
PIERWSZY CHROMOSOM ROZSZYFROWANY
Wiedza i Życie nr 2/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 2/2000

Uczeni wiedzą już wszystko o genach kilkuset wirusów, kilkudziesięciu bakterii, jednego mikroskopijnego grzyba i jednego robaka. Ale naprawdę czekali na rozszyfrowanie genów człowieka.

Na początku grudnia 1999 roku obiegła świat wiadomość: poznano sekwencję pierwszego ludzkiego chromosomu. Zdarzenie to wzbudziło ogromne zainteresowanie mediów. Pierwszy rozdział biblii życia", "wielki krok ludzkości", "rozszyfrowane tajemnice" to tylko niektóre z określeń, jakie można było znaleźć w mediach. Rozszyfrowano nieomal w całości pełną sekwencję nukleotydów w 22. ludzkim chromosomie. Osiągnięcie to jest rezultatem międzynarodowego programu sekwencjonowania ludzkiego genomu. Historia tego programu jest, jak na współczesną biologię molekularną, dość długa sięga bowiem początku lat osiemdziesiątych. Próba poznania wszystkich ludzkich genów wydawała się wówczas zamiarem zuchwałym i daleko wykraczającym poza możliwości nauki. Jak daleko? Zakończenie programu przewidywano na rok 2150.

Losy projektu były bardzo burzliwe. Wzbudził on początkowo nieufność środowisk naukowych. Później, w początkach lat dziewięćdziesiątych, do pracy włączyły się firmy komercyjne, widząc w nim szansę na późniejsze zyski [patrz: Biotechnologia, genomika i polityka, "WiŻ" nr 1/1999]. Właśnie wtedy rezultaty zaczęły narastać wręcz lawinowo. Danych było tak wiele, że uporanie się z ich cyfrowym przetwarzaniem sprawiało kłopot. Nad zakładaną w początkowej fazie projektu współpracą zaczęła dominować rywalizacja. Pierwszą rundę wygrały ośrodki akademickie z Wielkiej Brytanii, Japonii, USA, Kanady i Szwecji, finansowane głównie z kasy państwowej. Lista autorów ostatniego odkrycia przekracza 150 nazwisk. Ale to dopiero pierwszy chromosom i trudno przesądzać o wyniku współzawodnictwa.

Ta najważniejsza dla ludzi informacja o naszym zapisie genetycznym została uzyskana w trakcie doświadczeń wykonanych przez zrobotyzowane laboratorium i będzie przechowywana w formie elektronicznej. Stanie się tak, ponieważ pełny zapis ludzkiego genomu zająłby pół miliona stron, takich jak w "Wiedzy i Życiu", a odnalezienie w takiej książce szczegółowych danych byłoby praktycznie niemożliwe. Oznaczoną sekwencję znaleźć można pod adresem http://www.sanger.ac.uk/HGP/Chr22.

Zsekwencjonowany chromosom jest przedostatnim co do wielkości spośród ludzkich 23 chromosomów. Składa się z 33 464 mln nukleotydów (podjednostek, z których zbudowany jest DNA), co stanowi około 1.7 % całego ludzkiego genomu. Poznaliśmy kolejność tych podjednostek w całym chromosomie, poza 11 krótkimi odcinkami. Białe plamy znajdują się głównie w obszarach końcówek (telomerów) chromosomu i w sąsiedztwie jego centromeru. Ten region w ssaczych chromosomach uchodzi za tajemniczy, choć wiemy, że gra zasadniczą rolę w rozdzielaniu materiału genetycznego do komórek potomnych podczas podziału komórki. W strukturze tych odcinków jest coś, co sprawia, że nie udało się ich rozszyfrować, a uzupełnienie luk może zająć nawet kilka lat. Braki ocenia się na 3% całej sekwencji.

CHROMOSOM POD LUPĄ

Jedną z trudności w badaniach ludzkich chromosomów jest precyzyjne zdefiniowanie obszaru zajmowanego przez sekwencję kodującą białko. Wynika to ze specyficznej struktury genów organizmów bardziej złożonych niż bakterie. W organizmach tych, a więc także i u ludzi, geny mają budowę mozaikową. Oznacza to, że odcinek DNA kodujący białko porozdzielany jest odcinkami "przerywnikowymi". Na zmianę biegną więc sekwencje kodujące aminokwasy (eksony) i sekwencje "przerywnikowe" (introny). Introny są usuwane podczas syntezy białka, więc kod genetyczny odczytywany jest jedynie z połączonych ze sobą sekwencji eksonów. Granice między eksonami i intronami są stałe i niezmienne, ale trudno je wyróżnić, znając jedynie sekwencję genu. Stąd potrzeba programów komputerowych, które na podstawie wyjściowej sekwencji DNA (zawierającej eksony i introny) mogą przewidzieć, jaka będzie końcowa sekwencja kodująca białko. Istnieje wiele programów, jednak żaden nie jest całkowicie pewny i niezawodny nawet zastosowanie wszystkich naraz nie gwarantuje bezbłędnej prognozy.

GENY, PSEUDOGENY I... MYSZY

Używając zatem wszystkich znanych sposobów, znaleziono w zbadanym chromosomie 679 genów, w tym 134 to tzw. pseudogeny, czyli nieaktywne pochodne prawidłowych genów. Gdyby ekstrapolować te dane na cały ludzki genom, oznaczałoby to, iż zawiera 61 tys. genów. Jest to liczba nawet dwukrotnie mniejsza, niż ostatnio sądzono. Wśród zidentyfikowanych genów rozpoznano m.in. duże rodziny genów kodujących białka układu odpornościowego oraz geny kodujące różne enzymy metaboliczne. Najkrótszy gen liczy sobie 1000 nukleotydów (co odpowiada wielkości przeciętnego genu bakteryjnego), najdłuższy zaś 583 tys. W sekwencji genu bywa czasem tylko jeden ekson, ale mogą być i 54. Najkrótszy zidentyfikowany ekson mierzył zaledwie 8 nukleotydów! Z analizy danych wynika także, że, być może, ze względu na różnorodne trudności nie rozpoznano jeszcze około 300 genów.

Bardzo ciekawe jest porównanie struktury ludzkiego 22. chromosomu z danymi o genomie myszy, zwierzęcia najczęściej wykorzystywanego do badań biomedycznych. Już dziś znamy lokalizację 113 genów myszy podobnych do genów z 22. chromosomu człowieka. U myszy leżą one jednak w różnych chromosomach. Gdy porównamy mapy genów rozmaitych ssaków, będziemy mogli odtworzyć historię przegrupowywania się fragmentów DNA w genomach naszych wspólnych zwierzęcych przodków.

Poznawanie struktury DNA jest pierwszym krokiem do poznania budowy białek. Jednak na pełną informację o ich strukturze (nie wspominając nawet o funkcjach) przyjdzie nam jeszcze długo poczekać. W tej dziedzinie nieocenione usługi odda niewątpliwie nowa metoda całościowej oceny aktywności genów, zwana technologią DNA-chipów. Takie zaawansowane techniki pozwolą na identyfikację różnic między poszczególnymi ludźmi (dziś ocenia się, że różnice między naszymi indywidualnymi DNA zdarzają się raz na tysiąc nukleotydów). Od uzyskania takiej wiedzy już tylko krok do indywidualizacji leczenia dowolnych chorób i dobierania optymalnych leków dla każdego pacjenta. Nawiasem mówiąc, z 22. chromosomem wiąże się co najmniej 27 różnych genetycznych chorób człowieka. Tu właśnie znajdują się geny podejrzane m.in. o udział w schizofrenii.

CAŁA NAPRZÓD!

Struktura 22. chromosomu człowieka nie zawiera żadnych sensacji, których istnienia dotychczas by nie podejrzewano. Jej poznanie stanowi dobrą, optymistyczną prognozę niezbyt odległego w czasie zakończenia badań podstawowych nad genomem człowieka. Jednocześnie uświadamia nam, iż problem dogłębnego zrozumienia naszej biologii jest ciągle przed nami. Genetycy długo jeszcze nie dowiedzą się, czym właściwie jest człowiek. Kto wie, czy odpowiedź na to pytanie jest w ogóle możliwa?