Twoja wyszukiwarka

PIOTR KOSSOBUDZKI
GENOM W ZASIĘGU RĘKI
Wiedza i Życie nr 6/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 6/2000

"Znamy sekwencję całego DNA człowieka" oświadczyli w kwietniu przedstawiciele firmy Celera Genomics. Taka wiadomość spowodowała, że akcje przedsiębiorstwa błyskawicznie powędrowały w górę. Czy jednak entuzjazm inwestorów jest uzasadniony?

Craig Venter - prezes Celera Genomics - jest w świecie genetyków postacią niezwykle kontrowersyjną. Gdy w 1990 roku utworzono międzynarodowy projekt badania ludzkiego genomu (Human Genome Project, HGP), przyświecały mu szczytne idee. Zjednoczone wysiłki naukowców z całego świata miały doprowadzić do rozszyfrowania naszych genów, a zdobyta wiedza powinna być powszechnie dostępna i służyć całej ludzkości. Zakończenie projektu przewidziano na 2005 rok i była to prognoza niezwykle optymistyczna. Tymczasem już w roku 1992 Craig Venter, genetyk pracujący w amerykańskich Narodowych Instytutach Zdrowia (NIH), został szefem prywatnego instytutu badawczego TIGR, zajmującego się sekwencjonowaniem genów różnych organizmów, w tym człowieka. Rzucił wówczas rękawicę badaczom z HGP, obiecując znacznie szybsze poznanie naszego materiału genetycznego.

Jego działania budziły jednak sprzeciw naukowców. Venter przeszedł bowiem "na ciemną stronę mocy" - prowadzone przez niego badania były hojnie wspierane przez prywatne firmy biotechnologiczne i farmaceutyczne, wietrzące kolosalne zyski w znajomości ludzkich genów. Powstała poważna obawa, że sekwencje DNA badane przez instytut Ventera nie zostaną udostępniane pozostałym, "niekomercyjnym" badaczom, a nowo odkrywane geny będą chronione patentami . Laboratorium TIGR, wyposażone w najnowocześniejszy sprzęt do sekwencjonowania, superwydajne komputery i oprogramowanie, wyznaczyło jednak nową jakość w genomice.

Niezwykle ważną innowacją było wprowadzenie nowego sposobu analizowania sekwencji DNA, nazwanego metodą "strzelby śrutowej" ("shotgun") .

Wielki wyścig

W 1998 roku Venter współuczestniczył w utworzeniu nowej firmy - Celera Genomics Corporation, której zadaniem miało być jak najszybsze zbadanie pełnej sekwencji ludzkich genów. Przedsiębiorstwo Celera wyposażono w niewiarygodnie szybkie urządzenia do automatycznego sekwencjonowania. Każde z nich może analizować 1000 próbek DNA jednocześnie i pracować przez dwa dni bez interwencji człowieka. Korzystając z pełnej mocy 257 takich maszyn, Celera jest w stanie w ciągu jednego dnia poznać 100 mln nukleotydów sekwencję, nad którą laboratoria projektu HGP męczyłyby się przez kwartał! Venter wyznaczył termin zakończenia prac na 2001 rok - cztery lata przed badaczami HGP.

Taki "policzek" zmusił naukowców pracujących w ramach projektu badania ludzkiego genomu do przyspieszenia badań. Ogłosili, że oni również są już bliscy poznania kompletnej sekwencji genów człowieka, którą przedstawią w 2003 roku. Potwierdziła to publikacja pełnego zapisu 22. chromosomu w grudniu 1999 roku .

Pomimo że zażarta konkurencja, zaangażowanie naukowców i doskonały sprzęt dodawały skrzydeł rywalom w wyścigu do poznania ludzkiego genomu, nikt chyba nie spodziewał się jeszcze w tym roku informacji o zakończeniu prac. Dr Francis Collins, przewodzący "niekomercyjnemu" projektowi HGP, powiedział wręcz, że gdy ktoś przed 2002 rokiem powiadomi o zakończeniu prac nad sekwencjonowaniem ludzkiego genomu, to skłamie. A jednak! W kwietniu Craig Venter ogłosił, że kierowany przez niego zespół zna już kolejność wszystkich nukleotydów tworzących nasze DNA. Wywołało to ogromne poruszenie zarówno w świecie naukowców, jak i pośród graczy giełdowych inwestujących w firmy biotechnologiczne. W ciągu zaledwie dwóch dni akcje Celery na giełdzie poszły w górę o około 80%!

Sukces czy falstart?

Jeżeli przyjrzymy się bliżej osiągnięciu firmy Ventera, jego tryumfalne oświadczenie wydaje się mocno przedwczesne. Urządzenia zakończyły bowiem dopiero pierwszy etap prac poznano sekwencję nukleotydów w 70 mln fragmentów DNA anonimowego dawcy. Zastosowana technika "strzelby śrutowej" sprawia, że dopiero teraz rozpocznie się mozolny trud dopasowywania do siebie wszystkich elementów genetycznych puzzli.

Nawet za pomocą potężnych komputerów zajmie to miesiące, a może nawet lata. Zdecydowanie łatwiejsze zadanie mają więc genetycy HGP, którzy wiedzą, jaki fragment ludzkiego DNA właśnie analizują. Przedstawiciele Celera Genomics podkreślili też sami, że na razie ukończono analizę materiału genetycznego tylko jednego człowieka, podczas gdy badacze "niekomercyjni" sekwencjonują DNA pobrane od dużej liczby dawców. Mogą więc stwierdzić, które fragmenty DNA są jednakowe dla wszystkich ludzi, a które różnią się między osobnikami. Taka wiedza może być cenną wskazówką diagnostyczną. Zarzuty stawiane współpracownikom Craiga Ventera przez naukowców HGP dotyczą ponadto niedokładności metody "shotgun" oraz zbyt małej liczby sprawdzeń otrzymanych wyników. Przy sekwencjonowaniu genomu bakterii założono, że ten sam materiał genetyczny musi być "przeczytany" sześciokrotnie, aby wyeliminować ewentualne błędy. Wyniki otrzymane przez Celerę opierają się podobno jedynie na trzykrotnym sekwencjonowaniu. Trudno jednak opinie przedstawicieli projektu badania ludzkiego genomu nazwać w pełni obiektywnymi.

Walka o genom

Niezależnie od rzeczywistej wartości wyników otrzymanych przez Celera Genomics, moment faktycznego zakończenia prac nad sekwencjonowaniem ludzkiego DNA zbliża się bardzo szybko. Co prawda, od znajomości kolejności nukleotydów w naszych genach do poznania ich funkcji i sposobu działania jeszcze bardzo daleka droga. Jednak doniesienia o sukcesie Craiga Ventera każą zastanowić się nad konsekwencjami. Ostra rywalizacja pomiędzy państwowymi ośrodkami naukowymi a laboratoriami prywatnymi pokazuje, jaką wagę (i jaką cenę) ma znajomość naszego DNA. Potwierdza to również fakt, że na długo przed zakończeniem sekwencjonowania genów człowieka przez firmę Ventera pięć potężnych koncernów biotechnolologicznych i farmaceutycznych wykupiło prawa do korzystania ze zgromadzonych danych. Wciąż nie jest więc pewne, czy badacze Celera udostępnią nieodpłatnie kompletne wyniki swoich badań. Jest bardzo prawdopodobne, że firmy komercyjne nie będą chciały rozdawać za darmo owoców swojej pracy. Przedstawiciele Celera Genomics pod wpływem presji opinii publicznej i środowisk naukowych zapewniają co prawda, że nie utajnią odczytanych sekwencji, ale starają się usilnie o prawo do patentowania nowo odkrytych genów. Do dyskusji na ten temat włączyli się ostatnio nawet Bill Clinton i Tony Blair. Przywódcy USA i Wielkiej Brytanii początkowo byli przeciwni przyznawaniu prawa własności do poszczególnych genów, ale ostatecznie w wydanym wspólnie oświadczeniu dopuścili taką możliwość, uzasadniając ją potrzebą finansowania kosztownych prac badawczych.

Sekwencjonowanie ludzkiego genomu powoli zbliża się ku końcowi. Będziemy więc z pewnością świadkami coraz częstszych dyskusji naukowców, etyków, biznesmenów i przedstawicieli prawa. Czy po ich zakończeniu będzie nas jeszcze stać na nasze własne geny?

Ze strzelbą na geny

Klasyczna technika sekwencjonowania polega na mozolnym analizowaniu kolejności nukleotydów (elementów, z których zbudowane są geny) we fragmencie DNA z określonego miejsca na chromosomie. Zupełnie inne rozwiązanie zaproponował Craig Venter (na zdjęciu poniżej). DNA badanego organizmu tnie się na ogromną liczbę części, które są następnie sekwencjonowane bez zwracania uwagi na ich położenie względem siebie na chromosomach.

Następny krok to próba dopasowania do siebie "tekstu" poszczególnych fragmentów tak, by uzyskać kompletny zapis. Zadanie to powierza się potężnym komputerom. Przypomina to nieco próbę złożenia pierwszych zdań "Pana Tadeusza" z fragmentów: "teś ja", "Litw", "k zdrowie!", "czyzno m", "czyzn", "oja! ty je", "a! ty jes", "o! Ojczy", "eś jak zd". Oczywiście "język genów" składa się tylko z czterech "liter", a odczytywane fragmenty są znacznie dłuższe: około 1000 znaków - nukleotydów. Nową metodę przetestowano, m.in. badając genomy mikroorganizmów. Badacze z TIGR-u błyskawicznie opublikowali pełny zapis DNA dwóch bakterii, ośmieszając wręcz "państwową" konkurencję, która przez 10 lat sekwencjonowała genom Escherichia coli.