Analogia pomiędzy genami a książką nie jest idealna. Czytając powieść np. na stronie 15, nie zmieniamy treści tego, co zapisane jest na stronie 87. Ponadto książkę czytamy od pierwszej strony do ostatniej, po kolei. Z genami jest inaczej. Ale w tej analogii jest też sporo prawdy. Książki pisane są w jakimś języku, wyrazy składają się z liter, a zdania buduje się według konkretnych zasad. Z informacją genetyczną jest podobnie. Najłatwiej było poznać alfabet, bo ten, w przypadku genów, składa się tylko z czterech literek. Te litery to tzw. zasady azotowe nukleotydów, czyli: adenina, guanina, cytozyna i tymina. Ta ostatnia występuje tylko w zapisie DNA. W sekwencji tych właśnie liter zapisana jest informacja, tak jak w sekwencji 32 liter polskiego alfabetu zapisana jest dowolna informacja w języku polskim. Dla porównania: alfabet angielski ma o osiem liter mniej.

Znajomość alfabetu (liter) nie oznacza jednak znajomości języka. A znajomość języka nie daje możliwości przeczytania dowolnej książki w konkretnym języku. Książki są różne – jedne przeznaczone dla dzieci, a inne wysoko specjalistyczne, do których przeczytania i zrozumienia nie wystarczy sama znajomość języka, lecz również konieczna jest konkretna wiedza bazowa.

Książka i fundament

Kilkanaście dni temu magazyn „Science” wydrukował aż sześć różnych publikacji grupy naukowców (sercem konsorcjum było kilka amerykańskich uniwersytetów), którzy przeczytali całą książkę ludzkiego DNA. Przeczytali, choć wciąż są bardzo daleko do jej pełnego zrozumienia. Samo jednak przeczytanie to już ogromny sukces. W końcu nie sposób czegokolwiek zrozumieć bez zapoznania się z publikacją od deski do deski. No więc teraz mamy to już przeczytane. Oczywiście w wielu miejscach na świecie, od wielu lat setki naukowców (nie tylko genetyków) ciężko pracują, by zrozumieć ludzkie DNA. Dotychczas mogli to robić tylko fragmentarycznie, dzisiaj takie próby mogą już podejmować całościowo. – Opracowanie prawdziwie kompletnej sekwencji genomu człowieka to niesamowite naukowe osiągnięcie – powiedział dr Eric Green, dyrektor amerykańskiego National Human Genome Research Institute. – Dostarcza pierwszego pełnego wglądu w naszą matrycę DNA. Ta podstawowa informacja wspomoże wiele podejmowanych już wysiłków nad zrozumieniem funkcjonalnych różnic w genomie, co z kolei pomoże w genetycznych badaniach chorób – dodał.

Nie jest tak, że w genach zawiera się kompletny przepis na człowieka. W DNA nie jest precyzyjnie zapisane, kim jesteśmy i jacy jesteśmy lub będziemy. Ogromne znaczenie mają również czynniki pozagenetyczne, takie jak dieta czy środowisko, w jakim funkcjonujemy. Ale faktem też jest, że – i tutaj trzeba posłużyć się inną analogią – na konkretnym, znanym fundamencie nie da się wybudować dowolnego budynku. Owszem, ściany mogą być nieco wyższe, a dach bardziej lub mniej spadzisty, lecz fundament w sporej części definiuje to, jak obiekt będzie wyglądał. Dotychczas znaliśmy plany tylko części fundamentów, dzisiaj znamy je w całości. Na podstawie tej wiedzy o całym budynku możemy powiedzieć dużo więcej, niż potrafiliśmy to zrobić jeszcze wczoraj. Nasz obraz sytuacji jest pełniejszy wraz z rosnącą wiedzą na temat czynników pozagenetycznych.

Po co nam to?

W cytowanej wyżej wypowiedzi szef grupy badaczy wspomina, że dzięki odczytaniu pełnego genomu łatwiej nam będzie badać różnorodność niemal 8 mld ludzi na świecie, ale także lepiej przewidywać niektóre choroby. Ludzie – jako gatunek – są genetycznie zadziwiająco do siebie podobni. Oczywiście nie są identyczni (identyczne nie są nawet jednojajowe bliźnięta). Ta różnorodność to z jednej strony wyzwanie, a z drugiej ogromna szansa na to, by poznać naszą przeszłość i pochodzenie. Dzisiaj w dużej części na ten temat wciąż spekulujemy. W przyszłości domysły te zamienią się w konkretną wiedzę. Trzeba dodać, że kryje się za tym znacznie więcej, bo dokładne zrozumienie genetycznej różnorodności pozwoli także powiązać konkretne geny z konkretnymi chorobami. Choroby nie występują wśród wszystkich ludzi z takim samym prawdopodobieństwem. Dlaczego zatem u niektórych pojawiają się częściej, a u innych rzadziej? Czy to kwestia genów, różnic genetycznych? Może dzięki ich śledzeniu będziemy w stanie określić, które sekwencje zapisu są „winne” niektórym nowotworom czy chorobom wrodzonym?

Dzięki dzisiejszym pracom nieporównywalnie łatwiej osiągalne będzie pełne odczytanie genomu pojedynczych osób. A to z kolei umożliwi odczytanie wszystkich wariantów DNA każdego z nas. Medycyna zindywidualizowana, czyli dostosowana do specyfiki konkretnego pacjenta, to wciąż przyszłość – jednak dzisiaj już nie tak daleka jak jeszcze wczoraj.

Pierwszy krok

Opracowana właśnie kompletna mapa ludzkiego genomu zostanie udostępniona publicznie. Dzięki temu naukowcy na całym świecie będą mogli wykorzystywać ją w swoich badaniach. Cały zapis ludzkiego DNA składa się z ponad 3 miliardów par zasad (a więc tych „genetycznych liter”). Przy okazji najnowszych badań naukowcy odkryli prawie 2000 nieznanych wcześniej genów.

Niektórzy twierdzą (przychylam się do tego zdania), że opracowanie pełnej mapy ludzkiego genomu wymagało większego wysiłku niż lądowanie człowieka na powierzchni Księżyca. Ale to wciąż dopiero pierwszy krok. Najnowsze odkrycia w sprawie DNA nie oznaczają więc, że jutro będziemy w stanie leczyć tych, których nie potrafimy wyleczyć dzisiaj. Od razu nie poznamy odpowiedzi na wszystkie genetyczne pytania. Na to potrzeba czasu i wysiłku. Ale mamy już kompletny zestaw informacji, żeby tego wszystkiego dokonać. •

Największy projekt

Historia dokładnego mapowania ludzkiego genomu ma zaledwie trzy dekady. W 1990 roku amerykański Narodowy Instytut Zdrowia razem z – co zaskakujące – Departamentem Energii przeznaczył na ten cel 3 mld dolarów. Gdy zaczynano prace, nie istniały jeszcze szybkie i w dużej części automatyczne metody sekwencjonowania DNA. Do zadania, które nazwano Human Genome Project, oprócz USA i Wielkiej Brytanii dołączyły Japonia, Niemcy, Francja i Chiny. Pierwsze wstępne wyniki zostały opublikowane w 2000 roku. Na konferencji prasowej ówczesny prezydent USA Bill Clinton oraz premier Wielkiej Brytanii Tony Blair powiedzieli, że „uczymy się języka, przez który Bóg stworzył świat”, oraz że odkrycie to „jest najważniejszą, najbardziej cudowną mapą, którą rodzajowi ludzkiemu udało się stworzyć”. Gdy sekwencjonowaniem DNA zaczęły zajmować się prywatne firmy, zespół rządowy otrzymał dodatkowe finansowanie, by mógł wcześniej skończyć swoje badania. Powód był prosty. Prywatne firmy nie ukrywały, że te fragmenty DNA, które zostaną przez nie odczytane, zostaną opatentowane, a każdy kto – nawet w celach badawczych – będzie chciał mieć do nich dostęp, będzie musiał za nie zapłacić. Wówczas rozpoczął się prawdziwy wyścig, a prywatne laboratoria (np. firmy Celera Genomics) pracowały 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu. Ich imponujące tempo wynikało z faktu, że bazowały na badaniach i wynikach zespołu rządowego. Na przełomie XX i XXI wieku znane było blisko 92 proc. ludzkiego genomu. W ciągu ostatnich dwóch dekad poznano pozostałe 8 proc. Dlaczego potrzebowano aż 20 lat, aby odczytać zaledwie 8 proc. ludzkiego genomu? Bo na pierwszy ogień naukowcy wzięli najprostsze do poznania fragmenty DNA. Na koniec – słusznie licząc na to, że z czasem zostaną opracowane nowe, szybsze i bardziej niezawodne techniki – zostawili to, co najtrudniejsze. Na przykład często powtarzające się sekwencje, w tym te, które są blisko końcówek chromosomów, czyli telomerów. Gdy zaczynano odczytywać ludzki genom, nie istniały metody badawcze, które umożliwiałyby badanie takich sekwencji. Gdy tylko się pojawiły, pomogły odczytać pierwszą kompletną, pozbawioną luk sekwencję ludzkiego genomu.