Genetikai alapismeretek

Kit ne érdekelne, milyen tulajdonságokat, vagy akár betegségre való hajlamot kapott a szüleitől, nagyszüleitől, és mit fog átadni utódainak másod- és harmadiziglen? Ez minden ember számára izgalmassá teszi a genetikát és felkelti érdeklődését az öröklésbiológia újdonságai iránt. Ebből meg aztán van bőven, a média egyik slágertémájáról van szó. Kinek ne akadna meg a szeme olyan híreken, amelyek a civilizáltnak mondott világ „járványáról“, az  elhízásról (és egyben a fogyókúrákról) szól? Ki ne kapná fel a fejét, ha az „édesszájúságról“ olvas egy „kis színes“ hírt az újságban vagy az interneten? Melyikünk ne használna köznapi beszédében olyan fordulatokat, hogy „kitől örökölte ez a gyerek stb., stb, stb.

Az elmúlt évtizedben a genetikában végbement egy óriási technológiai forradalom, ami miniatürizálást, automatizálást és az örökítő anyag, a DNS „nagyüzemi“ analízisét hozta magával. Ennek köszönhetően a genetika történetében először közeli lehetőséggé vált az emberiséget legnagyobb mértékben érintő, gyakori és a ritka betegségek genetikai alapjainak vizsgálata.

Meg tudjuk jósolni, ki tudjuk számítani előre az örökölt hajlamok hatását?

Valóban karnyújtásra vannak a betegségek okainak megismerése és ezek gyógyítása? Kiszámíthatóvá válhat a környezet (pl. táplálkozás, mozgás, fertőzés, stressz, fény stb.) hatása a mindennapi életünk minőségére vagy akár életünk hosszára? Lesz-e személyre szabott orvoslás a gyógyszerek kiválasztásában, adagolásban, vagy a védőoltások megtervezésében?

Korábban is sejtettük, hogy a genetika sokkal inkább valószínűség, mint sors. Ennek ellenére úgy gondoltuk, hogy amikor feltérképeztük a teljes emberi örökítőanyag, a genom betűsorrendjét (szekvenciáját), akkor megoldottuk az örökletes betegségek és hajlamok problémáját. Azt hittük, hamarosan kezdődhet a személyre szabott orvoslás.

Nos, sajnos, lássuk be, tévedtünk. Nem abban tévedtünk, hogy az örökítő anyag egyéni és etnikai jellegzetességei alapvetően fontosak, mert feltárásuk valóban közelebb visz a megelőzés és a gyógyítás sikeréhez. Abban tévedtünk, hogy az összefüggéseket hamarosan teljes mélységükben meg fogjuk érteni és eredményesebben tudunk majd beleavatkozni a biológiai folyamatokba.

Mit tudunk ma?

Mára kiderült, hogy az öröklődés tulajdonságai sokkal összetettebbek, mint azt képzeltük, az örökölt jellegek mintázatának, hálózatainak tulajdonságai általában sokkal fontosabbak, mint az egyes elemeké külön-külön. Kiderült az is, hogy sokkal jobban hat a környezet az örökölt jellegek “megszólalására és elcsendesedésére”, mint azt gondoltuk. Például, ha egy állapotos kismama dohányzik, ez a környezeti hatás nemcsak rá és a szíve alatt viselt gyermekére hat, de az embrió ivarsejtjeire is, tehát három generáció szenvedhet károsodást az anyuka káros szenvedélye következtében.

A genomszekvencia legfontosabb kezdeti ígérete az volt, hogy hozzásegít a betegséget okozó gének és fehérjék, más szóval terápiás célpontok azonosításához, megnyitván ezzel az utat új gyógyszerek és gyógymódok kifejlesztéséhez. Az elmúlt évtized tapasztalata azt mutatja, hogy ez a cél csak részben teljesült. Bár a betegségeket okozó gének azonosításának folyamatát kétségkívül forradalmasította, a genomszekvencia nem váltotta be a gyógyításban játszott szerepéhez fűzött kezdeti reményeket. Ennek legfontosabb oka az, hogy döntően szerkezeti információval szolgál (pl. gének száma, szerkezete, nagysága, sorrendje, elhelyezkedése), de viszonylag kevés betekintést nyújt a gének működését és a gének által kódolt fehérjék egymáshoz való kapcsolásának mintázatát illetően (pl. milyen folyamatokban vesznek részt, mely sejtekben, szövetekben milyen időzítéssel működnek stb. ).

Merre tartunk?

Az informatika fejlődése lehetővé teszi az egyes gének működési összefüggéseinek olyan szintű vizsgálatát, amelyre korábban nem volt lehetőség. A jelenlegi kutatások egyik legfontosabb célkitűzése az összes gén funkciójának egyidejű vizsgálata. Ezt egészíti ki a környezeti hatások vizsgálata. A környezeti hatások egy része nem a betűsorrendet (szekvenciát) befolyásolja, hanem az egyes gének átíródását, azaz, hogy az adott gén által kódolt fehérje megjelenik-e a szervezetben, és milyen mennyiségben. Ez utóbbi hatások vizsgálatát nevezzük epigenetikának. A teljes rendszer áttekintését célzó megközelítésre szolgál a rendszerbiológia, vagy rendszer-szemléletű biológia (systems biology) elnevezés, amely egy teljesen új világot nyitott meg a kutatók, orvosok, biotechnológusok, matematikusok számára.

Egy kis emlékeztető az alapvető genetikai ismeretekről

A genetika legfontosabb felfedezései (a DNS, mint örökítőanyag azonosítása; az öröklődés törvényeinek felismerése; a DNS szerkezetének leírása) sorába illik a teljes emberi örökítő anyag (genom) szekvenciájának (betűsorrendjének) megállapítása a 2000-2003-as években. Ez a genomot alkotó mintegy 3,2 milliárd építőelem (négyféle nukleotidbázis) kapcsolódási sorrendjének megállapítását jelenti. A szekvencia sikeres leírása vitathatatlan mérföldkő a genetikában, de milyen hatással volt a genetika fejlődésére az elmúlt évtizedben? Elmondhatjuk, hogy a genomszekvencia a genetika olyan alapdokumentumává vált, ami nélkül a genetikai tudományok további fejlődése csaknem elképzelhetetlen. Olyan ez, mint egy könyv szövege, betű- és szóhalmaza, ami, mint szükséges (de nem elégséges) feltétel a „szöveg“ megértésben. Önmagában ezzel az „írásjeltömeggel“ még nem tudunk mit kezdeni, a nyelv, a nyelvtan ismerete nékül csak értelmetlen ákom-bákomnak látjuk azt.

Forrás: 123rf.com

A szekvenálás legközvetlenebb eredménye az összes fehérjét kódoló mintegy 24-27 ezer gén azonosítása. Az emberi gének viszonylag csekély száma (hasonló a fonalféregben vagy kukoricában találtakhoz!) rávilágított arra, hogy a biológiai komplexitást nemcsak a génkészlet nagysága, hanem magukban a génekben rejlő egyedi sokféleség (diverzitás) és a kapcsolatláncok változatossága határozza meg.

Ezalatt elsősorban a gének működését szabályozó mechanizmusok összetettségét kell érteni és azt, hogy egy gén számos különböző fehérjeláncot kódolhat. A gének katalogizálásán túlmenően a genomszekvencia megadta a gének pontos helyét és sorrendjét is a kromoszómákon. Ez az egyszerű információ óriási jelentőségű a genetikában, mert lehetővé teszi azt, hogy egy kromoszómaszakaszhoz kapcsolódó tulajdonsághoz vagy betegséghez géneket rendelhessünk hozzá. A genom szekvenciát megelőző korszakban hasonló betegség-gén hozzárendelés megállapítása több éves kutatómunkát igényelt.