Czym jest DNA i co robią w nim geny?
Choć kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) został zidentyfikowany już w 1869 roku, całkiem nowa era w historii nauki i biologii pojawiła się w 1953 roku. To wtedy James Watson, Francis Crick oraz Rosalind Franklin i Maurice Wilkins przyczynili się do opisania budowy DNA, jako struktury podwójnej helisy.
Ale czym jest DNA, czy to po prostu jakaś substancja w naszej komórce? Jeśli tak, czemu akurat ona jest tak ważna?
Prof. Rafał Płoski wyjaśnia:
DNA jest faktycznie substancją chemiczną, która znajduje się w jądrze komórkowym każdej komórki, poza erytrocytami. W jądrze mamy 46 cząsteczek DNA, 23 od matki i 23 od ojca, które łącznie mają długość około 2 metrów, w każdej komórce. DNA jest zapisem tego, z czym się rodzimy, to jakby przepis na organizm człowieka. Ilość informacji zawarta w naszym DNA jest porównywalna do płyty DVD z półtoragodzinnym filmem. Nukleotyd, podstawowa jednostka DNA składa się z trzech części: cukru, reszty fosforanowej oraz 4 zasad azotowych: A, T, C, G. Kolejność tych liter stanowi o zapisie, a mamy w sobie 3 mld par tych zasad.
Czym wobec tego są geny i jaka jest ich relacja względem DNA?
Gen jest fragmentem DNA, który został wyodrębniony przez człowieka i jest on odpowiedzialny za powstanie, kodowanie jednego białka. Bez tego białka człowiek byłby tylko warstwą popiołu, rozleciałby się natychmiast, to jak dom bez cegieł. Uszkodzenie genu zatem równa się uszkodzeniu konkretnego białka.
Wiedza o genach to wiedza o nas samych
Prawdziwym kamieniem milowym po odkryciu samej struktury DNA był Projekt Poznania Ludzkiego Genomu (Human Genome Project), zakończony na początku XXI wieku (2003 r.). Wówczas zsekwencjonowano, czyli przeczytano litera po literze, całą ludzką „taśmę” genetyczną.
Dzięki temu przełomowi oraz współczesnej, niesamowicie szybkiej technologii odczytu DNA wiemy dziś rzeczy, które jeszcze kilkadziesiąt lat temu brzmiały jak literatura science-fiction. Czyli na przykład to, że:
- Wszyscy ludzie na Ziemi są do siebie genetycznie podobni w aż 99,9 proc. Cała niezwykła różnorodność naszego gatunku – od koloru oczu i wzrostu, po podatność na konkretne schorzenia – kryje się w zaledwie 0,1 proc. różnic w genomie.
- Rzadko kiedy pojedynczy gen odpowiada za złożoną cechę czy chorobę. Organizm to skomplikowana sieć powiązań, nie możemy więc wskazać jako winowajcy jednego „złego” genu.
- Samo posiadanie „wadliwego” genu nie wyrokuje automatycznie o naszym losie. Istotne jest, aby zwracać uwagę na nasz styl życia, bo to jego elementy mogą te geny „włączać” lub „wyciszać”.
Co jeszcze jest taką nieoczywistością, ciekawostką dotyczącą genów? Prof. Płoski wyjaśnia:
Dla mnie niesamowite jest, że genom zawiera tylko 23 tysiące genów. Człowiek wydaje się istotą wielowymiarową, a tworzy go jedynie te 23 tysiące białek i z tego prostego planu powstaje coś tak skomplikowanego, jak organizm ludzki. Fascynujący jest szczególnie mózg z jego fantastycznymi cechami, jak np. instynkt czy wyrazy twarzy wskazujące podstawowe emocje, co jest wspólne i niezależnie od wychowania, rasy czy koloru skóry.
Instrukcja zdrowia: jak dzielimy choroby genetyczne
Na wstępie warto wyjaśnić różnicę między chorobami genetycznymi, które z pewnym procentowym prawdopodobieństwem wydarzą się w kolejnym pokoleniu, a tymi, do których wystąpienia potrzeba czegoś więcej niż wadliwego genu. Jaka jest zatem różnica? Ekspert tłumaczy:
Choroby dziedziczne to choroby, których przyczyną jest uszkodzenie w jednym, konkretnym genie, który został nam przekazany w komórce jajowej lub plemniku. Jeśli „litera” w kodzie ulegnie zmianie, białko nie działa prawidłowo. Do takich chorób jednogenowych (monogenowych) zaliczamy m.in.: pewne formy niedosłuchu, zaburzenia widzenia kolorów, mukowiscydozę, chorobę Huntingtona, dystrofię mięśniową Duchenne’a, hemofilię czy rdzeniowy zanik mięśni. Tych chorób jest bardzo dużo, ale każda nich jest rzadka. Ich cechą charakterystyczną jest to, że są przewidywalne, możemy ocenić, w jakim procencie zachoruje na nie kolejne pokolenie. I mamy również choroby wielogenowe, gdzie nie dziedziczy się samej choroby jako gotowego wyroku, lecz pewną tendencję, predyspozycję genetyczną do jej rozwoju. Aby jednak choroba faktycznie się ujawniła, przekazane geny muszą trafić na czynniki środowiskowe. Tutaj zaliczyć możemy m.in. cukrzycę typu 2, miażdżycę, nadciśnienie, większość nowotworów.
Prof. Płoski podkreśla, że w przypadku tych drugich nie da się określić procentu ryzyka, wynikającego z tej predyspozycji, ponadto w różnych szerokościach geograficznych, populacjach czy w utartym stylu życia ta sama choroba może powstać z wady w zupełnie innych genach.
Ale poza chorobami jednogenowymi i wieloczynnikowymi, które są dziedziczone (jako konkretna choroba lub tylko predyspozycja), mamy jeszcze choroby, których przyczyną jest tzw. mutacja de novo. To również choroby genetyczne, ale nie pochodzą one od rodziców, nie miała jej żadna z wcześniejszych generacji. Specjalista podkreśla:
Mutacja to proces powstawania czegoś nowego, jakiegoś wariantu genu, którego nie odnajdujemy u rodziców. Może być on prawidłowy i wtedy zmiana nie wpływa na organizm, nie wywołuje żadnych efektów. Ale może też powstać patogenny wariant genu. Jego przyczyną może być spontaniczna zmiana w DNA, powstała w wyniku błędu podczas replikacji którychś z obecnych w organizmie 3 mld komórek. Także zbyt duże uszkodzenie DNA (widoczne choćby jako czerwona skóra po promieniowaniu UV, wywołującym nawet stan zapalny), którego organizm nie jest w stanie naprawić. Prowadzi to do chorób genetycznych de novo. Proces mutacji wzrasta wskutek ekspozycji na toksyczne, trujące substancje (jak choćby dym tytoniowy), które uszkadzają DNA, wymuszając naprawę. One powodują nowotwory, upośledzają płodność, być może również rozwój mózgu. I wystarczy tu jedna zmutowana pozycja w genie.
Genetyka w gabinecie lekarskim: od teorii do codziennej praktyki
Wiedza o DNA dawno przestała być wyłączną domeną akademickich laboratoriów. Trafiła bezpośrednio do gabinetów lekarskich, tworząc fundament medycyny personalizowanej – podejścia, w którym nie leczy się uśrednionej “statystycznej choroby”, lecz konkretnego pacjenta.
Przełom jest szczególnie widoczny w diagnostyce chorób rzadkich oraz w onkologii. Zamiast wielomiesięcznego poszukiwania przyczyn niepokojących objawów, wykonuje się kompleksowe sekwencjonowanie DNA (np. panelowe lub całoeksomowe WES). Na co pozwala taka metoda? Prof. Płoski mówi:
W onkologii, kompleksowe sekwencjonowanie DNA pozwala na jednoczesne odczytanie i przeanalizowanie setek genów powiązanych z nowotworami podczas jednego badania laboratoryjnego. Dzięki temu można precyzyjnie określić defekt genetyczny i natychmiast postawić trafną diagnozę. I leczyć pacjenta w sposób spersonalizowany, bo nowotwór jest dobrze określony. I wtedy różne błędy genetyczne są leczone różnymi lekami, odchodzimy od leczenia narządu, a leczymy człowieka z konkretnym wadliwym wariantem, który chorobę spowodował. Dodatkowo okazuje się, że leki pierwotnie stosowane w leczeniu nowotworu konkretnego organu, mogą być stosowane na zupełnie inne nowotwory, jeśli przyczyną jest ten sam wadliwy gen.
Przyszłość, która dzieje się na naszych oczach
Wprowadzenie wiedzy o DNA do powszechnej praktyki medycznej to dopiero początek drogi. Trwają intensywne badania nad terapiami genowymi, które pozwolą na stałe korygować błędne zapisy w DNA pacjentów cierpiących na nieuleczalne dotąd choroby dziedziczne. Co jeszcze jest przyszłością genetyki?
Prof. Rafał Płoski komentuje:
Na pewno dojdziemy do momentu, w którym będziemy rozumieć dokładnie wszystko, co sekwencjonujemy dzięki nowoczesnym metodom. Na tę chwilę rozumiemy 1 proc. tego, co wychodzi z sekwencjonowania. Mamy wariant, o którym wiemy, badamy ten wariant i w oparciu o to budujemy leczenie. Natomiast milion innych wariantów, które posiada człowiek, pomijamy, bo tego nie rozumiemy, a one też mają znaczenie. Może rozpracujemy te 3 mld par zasad w ciągu jakichś 50 lat. Wielką nadzieją jest tutaj sztuczna inteligencja i komputer kwantowy, bo jest masa danych do opracowania.
Genetyka przestała być abstrakcyjną dziedziną nauki. Stała się matrycą, dzięki której medycyna zyskuje możliwość przewidywania chorób, zanim pojawią się pierwsze objawy oraz leczenia ich u samego źródła. Świadomość własnego profilu genetycznego daje nam unikalne narzędzie do świadomego dbania o zdrowie i podejmowania właściwych wyborów medycznych.
Informacje o kampanii „Genetyka Ratuje Życie!” dostępne są na stronie: https://genetykaratujezycie.pl/
