Znajdź zawartość

Dwudziestego kwietnia 2008 roku rozpoczęło się niezwykłe spotkanie specjalistów związanych z naukami o życiu (ang. life science). Tematem spotkania jest jeden z najambitniejszych i jednocześnie najbardziej kontrowersyjnych projektów badawczych nadchodzących lat - biologia syntetyczna, czyli próba stworzenia całkowicie nowego życia w laboratorium. Nowa dyscyplina, za której ojca uznaje się jednego z najważniejszych badaczy ludzkiego genomu, Craiga Ventera, stawia sobie za cel "okrojenie" genomów mikroorganizmów do absolutnego minimum, a następnie stworzenie nowego gatunku o możliwie prostej informacji genetycznej. Pozwoliłoby to (przynajmniej teoretycznie) na stworzenie taniego w utrzymaniu i bardzo wydajnego "narzędzia" do takich zadań, jak produkcja leków czy neutralizowanie zanieczyszczeń. Krytycy biologii syntetycznej upatrują w niej wielkie zagrożenie dla ludzkości i środowiska naturalnego. Przestrzegają oni, że już teraz jest możliwe zamówienie przez Internet odpowiednich sekwencji DNA, a następnie zsyntetyzowanie na ich podstawie groźnych białek lub nawet - potencjalnie - całych wirusów (interesujący artykuł opublikowało czasopismo New Scientist). Zdaniem przeciwników tej dyscypliny, jej rozwój jest potencjalnie niebezpieczny i powinien zostać zabroniony. Pracujący dla Laboratorium Biologii Molekularnej Uniwersytetu Cambridge dr Philipp Holliger ocenia swoją pracę następująco: Naukowcy uczą się, jak projektować życie aż do najdrobniejszych szczegółów. Nie wiemy jeszcze wystarczająco wiele, by stworzyć wyrafinowane dzieła, lecz nasza wiedza wciąż się rozwija. Naukowiec będzie jednym z prelegentów w czasie konferencji. Większość badaczy zajmujących się biologią syntetyczną, co oczywiste, broni swoich działań. Podkreślają przede wszystkim możliwe korzyści osiągalne dzięki ich odkryciom. Richard Kitney, pracownik Imperial College London: Biologia syntetyczna reprezentuje nowe podejście do inżynierii. Pomogła nam stanąć na czele nowej rewolucji przemysłowej, w czasie której nowe paliwa, leki, terapie i czujniki mogą być wytwarzane z materiałów biologicznych. Jako przykład podawane są np. mikroorganizmy, których zadaniem byłoby wchłanianie z powietrza dwutlenku węgla i przetwarzanie go na paliwa węglowodorowe. Historia manipulacji genetycznych nie jest nowością. Do tej pory jednak przedsięwzięcia z nimi związane, takie jak tworzenie roślin genetycznie zmodyfikowanych, były stosunkowo proste. W większości przypadków polegały na zwiększeniu genomu organizmu o zaledwie jeden gen, którego białkowy produkt spełniałby pożądane zadania. Zupełnie nowym wyzwaniem jest przeprowadzenie procesu odwrotnego: jak najsilniejsze "okrojenie" genomu bakterii aż do stanu, w którym pozostają w nim jedynie geny absolutnie niezbędne do przeżycia. Tak przygotowana "minimalna" forma życia mogłaby być wzbogacona o dodatkowe geny, tworząc w ten sposób tanią i łatwą do wykorzystania "matrycę" do produkcji organizmów zmodyfikowanych na potrzeby nowoczesnej biotechnologii. Spotkanie, które odbywa się w siedzibie Imperial College London, zakończy się jutro.

Dwóm zespołom naukowców udało się nadać wiele właściwości zarodkowych komórek macierzystych komórkom ludzkiej skóry. Wykorzystanie komórek dorosłego człowieka zamiast komórek płodu z pewnością przyspieszyłoby prace nad terapiami z wykorzystaniem komórek macierzystych. Obecnie jedną z głównych barier w ich prowadzeniu są względy etyczne. Zaletą takich przeprogramowanych komórek skóry jest fakt, że każda komórka uzyskana do celów terapeutycznych może być zoptymalizowana pod kątem konkretnego pacjenta. Prawdopodobnie lepiej nadają się one do prowadzenia terapii niż komórki macierzyste pozyskiwane z embrionów – mówi James Thompson, autor jednego ze studiów. Wyścig o „przeprogramowanie” dorosłych komórek w komórki macierzyste rozpoczął się w ubiegłym roku, gdy uczeni z uniwersytetu w Kioto poinformowali o zakończonych sukcesem eksperymentach na myszach. Dzięki wprowadzeniu odpowiednich genów z dorosłych komórek uzyskano komórki macierzyste. Thompson i jego zespół pracowali z ludzkim materiałem. Użyli oni wirusów, które przetransportowały cztery geny – OCT4, SOX2, NANOG i LIN26 – do komórek skóry. Japończycy użyli podobnej techniki co Thompson, jednak wykorzystali nieco inną kombinację genów. Dzięki temu byli w stanie przeprogramować 1 na 5000 komórek. Amerykanom pod kierownictwem Thompsona udało się to zrobić z 1 na 10 0000 komórek. Teraz powinniśmy być w stanie wygenerować komórki macierzyste dopasowane do indywidualnego pacjenta i jego choroby – mówi Shinya Yamanaka z Kioto. Specjaliści pochwalili osiągnięcia swoich kolegów z USA i Japonii. Zauważają, że dzięki nim unikniemy kontrowersji etycznych, a poza tym, jeśli metody sprawdzą się w praktyce, będziemy w stanie produkować linie komórek macierzystych, których genom będzie identyczny z genomem pacjenta. Ryzyko odrzucenia zostanie więc wyeliminowane.

Najnowsze badania wykazały, że pod względem genetycznym różnimy się od innych naczelnych bardziej, niż dotychczas sądzono. Zwykle mówi się, że od szympansów dzieli nas tylko 1- lub 2-procentowa różnica w genomach. Jednak odsetek, o którym tu mowa, to różnica pomiędzy nukleotydami w genach, które mamy wspólne. Natomiast z punktu widzenia ewolucji ważna jest również liczba kopii tego samego genu. Dotychczas ocena tych różnic była trudna, gdyż by je wyszczególnić konieczne jest zsekwencjonowanie całych genomów. Obecnie, gdy zsekwencjonowano już genomy kilku gatunków ssaków, zadanie to stało sie prostsze. Matthew Hahn i jego koledzy z Indiana Univeristy postanowili zbadać, w jakim tempie sześć gatunków ssaków kopiowało różne geny lub je traciło. Przyjrzeli się 120 000 genów wchodzących w skład 10 000 grup genów. Okazało się, że u naczelnych zmiany te zachodziły szybciej niż u psów czy gryzoni. Jeszcze szybsze zmiany zaobserwowano w genomie ludzi. U Homo sapiens ewolucja genomu zachodzi 1,6 raza szybciej niż u małp i 2,8 raza szybciej niż u zwierząt nienależących do naczelnych. Uczeni zauważyli, że dzięki tym szybkim zmianom aż 6,4% z 22 000 genów człowieka nie występuje u szympansów. Genom można wyobrazić sobie jako drzwi obrotowe – geny ciągle wchodzą i wychodzą – mówi Hahn. Jego zdaniem to właśnie szybkość wymiany genów dało nam ewolucyjną przewagę.

Zakończono prace nad rozszyfrowaniem kodu genetycznego winorośli. Wiedza ta pomoże we wzmacnianiu smaku i zwalczaniu chorób niszczących plony. Naukowcy z Włoch i Francji wybrali do badań winorośl właściwą (Vitis vinifera), którą uznaje się za pramatkę innych odmian. Wybraliśmy winorośl, ponieważ zajmuje ważne miejsce w dziedzictwie kulturowym ludzkości już od neolitu – twierdzą akademicy zrzeszeni we Francusko-Włoskim Publicznym Konsorcjum Charakteryzowania Genomu Winorośli (Public Consortium for Grapevine Genome Characterisation). Po uzyskaniu ostatecznych wyników okazało się, że w genomie winorośli za zapach odpowiada dwa razy więcej genów niż u innych zbadanych wcześniej roślin. Dzięki pracom międzynarodowego zespołu udało się prześledzić genetyczną ewolucję gatunku, która zachodziła w ciągu 200 mln lat. Zsekwencjonowanie genomu V. vinfera to czwarty tego typu projekt w przypadku roślin okrytonasiennych i pierwszy wśród roślin uprawnych. Inne wybrane rośliny okrytozalążkowe, to: topola, ryż i rzodkiewnik pospolity. Naukowcy odkryli, że u winorośli występują duże rodziny genów bezpośrednio powiązanych z cechami zapachowymi wina. Szczególnie ważne są te dla tanin i terpenów. Odnaleziono też genetyczne podstawy cennego antyutleniacza wina: resweratrolu.

Od momentu, kiedy James D. Watson i Francis Crick zaproponowali swój doceniony przyznaniem Nagrody Nobla dwuniciowy model strukturalny DNA, minęły 54 lata. Tyle czasu Watson musiał czekać, by zobaczyć swój zsekwencjonowany genom. Crick nie dożył tego momentu, zmarł w 2004 roku. Watson oddał DNA do badań dwa miesiące temu. Projekt kosztował 1 mln dol. Jego realizacją zajęły się dwie placówki: Houston's Baylor College of Medicine i należące do firmy farmaceutycznej Roche 454 Life Sciences. Sekwencjonowanie ludzkiego genomu zakończono w 2003 roku. W ¾ badania sfinansował rząd USA (przeznaczył na ten cel 300 mln dol.), a w ¼ instytucje prywatne (100 mln dol.). Według naukowców sporządzających mapę genów noblisty, przedsięwzięcie może przyspieszyć proces obniżania kosztów tego typu badań. Nic nie zachęca lepiej niż zaangażowanie kogoś znanego... Richard Gibbs, dyrektor centrum sekwencjonowania genomu z Baylor, poinformował, że u Watsona odnaleziono kilka mutacji, m.in. predysponującą do zachorowania na nowotwór. W wieku dwudziestu kilku lat sławny zoolog rzeczywiście stoczył walkę z rakiem skóry. Zgodził się on na udostępnienie danych na temat swojego genomu w Internecie. Miałoby to służyć 2 celom: 1) dalszemu badaniu oraz 2) przekonaniu opinii społecznej, że nie należy się obawiać udostępniania takich informacji. Noblista uważa, że lęki dotyczące dyskryminacji na tle genetycznym są rozdmuchane. Nie powiększą zaś na pewno nietolerancji, która jest już obecna w naszym życiu codziennym. Siedemdziesięciodziewięcioletni Watson nie chciał wiedzieć, czy może zapaść na chorobę Alzheimera. Wyjaśnił, że skoro nie ma na nią lekarstwa, wielu ludziom, w tym jemu samemu, taka świadomość nic nie da...

Ludzie stykają się i żyją z bakteriami wywołującymi wrzody żołądka już od 60 tysięcy lat. Międzynarodowy zespół badawczy śledził pochodzenie Helicobacter pylori, które łączy się również z nowotworami żołądka. Okazało się, że mikroorganizmy migrowały razem z naszym gatunkiem, wydostając się z Afryki w przewodzie pokarmowym Homo sapiens. Ludzie i Helicobacter ewoluowali, a raczej koewoluowali, w bliskim powiązaniu, ze specyficznymi szczepami zakażającymi przez bardzo długi czas określone populacje — powiedział dr Francois Balloux z Uniwersytetu w Cambridge. Jesteśmy niemal pewni, że pierwsza infekcja miała miejsce bardzo dawno temu, jeszcze przed opuszczeniem kontynentu afrykańskiego. Naukowcy z Wielkiej Brytanii, Niemiec, USA, Francji, RPA i Szwecji analizowali sekwencje DNA bakterii i ich gospodarzy. W ten sposób natrafili na ślad odkrycia, które pomoże zrozumieć biologię Helicobacter pylori i jego wirulencję (Nature). Za pomocą specjalnego programu komputerowego przeprowadzono symulację rozprzestrzeniania się omawianego mikroorganizmu na kuli ziemskiej. Genetyczne różnice między bakteriami odzwierciedlały "dywersyfikację" genomu człowieka, jaka dokonała się po opuszczeniu Afryki. Obszary zdobywane przez Helicobacter pokrywały się z rejonami kolonizowanymi przez nasz gatunek. Helicobacter pylori żyją w żołądku. Szacuje się, że ponad połowa ludzi na świecie to nosiciele bakterii. Większość nie zaczyna chorować, u niektórych dochodzi jednak do owrzodzenia żołądka lub dwunastnicy. Dolegliwość leczy się przeważnie antybiotykami.

Centrum badawcze Rothbert Institute rozpoczyna program o nazwie Projekt Matuzalem. Jego celem jest zsekwencjonowanie genomu 100 osób, które żyją co najmniej 100 lat. Uczeni chcą w ten sposób poznać tajemnicę długiego życia. Ocenia się, że wieku 100 lat dożywa 1 osoba na 7000. Wiele ze staruszków cieszy się dobrym zdrowiem jeszcze w wieku ponad 90 lat, mimo iż nie prowadzą szczególnie zdrowego trybu życia. Dobrym przykładem może być tutaj komik George Burns, który przeżył 100 lat i 2 miesiące paląc przez większość życia olbrzymią liczbę cygar. Jedna z kobiet, którą chcemy zbadać, ma ponad 100 lat, a jeszcze dwa lata temu grała w tenisa – mówi Jonathan Rothberg. Marzę o tym, by znaleźć u tych osób modyfikację genetyczną, która powoduje, że żyją tak długo – dodał. Rothberg jest również założycielem firmy Rohe 454 Life Sciences, która specjalizuje się w rozwijaniu technologii sekwencjonowania DNA. To właśnie ta firma zsekwencjonowała genom Jamesa Watsona, jednego z odkrywców DNA. Projekt ten kosztował o cały rząd wielkości więcej, niż sekwencjonowanie tradycyjnymi metodami, ale jego celem było pokazanie możliwości technicznych 454 Life Sciences. Genom staruszków będzie sekwencjonowany inną techniką. Uczeni skupią się tylko na regionach kodujących DNA, które stanowią około 1% całego genomu. Dlatego zbadanie DNA 100 osób będzie kosztowało tyle, co zsekwencjonowanie całego genomu Watsona. Rothberg podkreśla, że badanie całego genomu w tym wypadku nie ma sensu. Nasza wiedza dotycząca ludzkiego genomu niemal w całości (w 95%) dotyczy właśnie rejonów kodujących. Innych części DNA na razie naukowcy niemal w ogóle nie rozszyfrowali. Projekt Matuzaloem to nie pierwsza próba znalezienia odpowiedzi na zagadkę długowieczności. Rothberg informuje jednak, że różnica w podejściu do badań jest ogromna. Poprzednio uczeni skupiali się na całym genomie, więc mogli przeoczyć sporo szczegółów. Całościowe skanowanie DNA nie pozwala na wykrycie wielu rzeczy. W samym genomie Watsona znaleziono 170 000 drobnych różnic, których nie wykazało badanie całościowe. Ze zdaniem Rothberga zgadzają się inni specjaliści. To może być bardziej bezpośredni i szybki sposób na badanie genomu – mowi Thomas Perls, dyrektor New England Centenarian Study w Boston Medical Center. Perls uważa przy tym, że w DNA stulatków z jednej strony może brakować mutacji czyniących ludzi podatnymi na schorzenia związane z wiekiem (np. na chorobę Alzheimera czy choroby serca), a z drugiej mogą występować jakieś mutacje utrzymujące ich przy życiu.

Dr Craig Venter był człowiekiem, który koordynował sekwencjonowanie ludzkiego genomu w sektorze prywatnym. Od 8 lat pracuje nad innym, choć pokrewnym, bo też związanym z genetyką, projektem. Chce stworzyć sztuczne organizmy. Jakiś czas temu jego zespół złożył do urzędu patentowego wniosek z opisem ogólnej metody budowania życia z zestawu genów. Wg Ventera, takie organizmy miałyby być używane do wytwarzania biopaliw i absorbowania gazów cieplarnianych. Poczynania naukowców wzbudziły jednak sprzeciw części obrońców środowiska, m.in. kanadyjskiej organizacji ETC, która monitoruje poczynania sektora biotechnologicznego. Jej przedstawiciele zaapelowali do urzędników, by odrzucili wniosek.

Czy istnieją sekwencje zabronione w genomie, tak niebezpieczne, że zagrażałyby życiu? Pewna grupa badaczy sądzi, że tak. Podczas gdy większość projektów sekwencjonowania skupia się na poszukiwaniu genów zachowywanych przez ewolucję tak w ramach jednego, jak i pomiędzy gatunkami, celem tego zespołu jest wytropienie zabójczych sekwencji DNA i łańcuchów aminokwasów. To jak poszukiwanie igły, której tak naprawdę nie ma stogu siana — twierdzi Greg Hampikian, profesor genetyki na Boise State University w Idaho. Muszą istnieć sekwencje kodujące białka "niebiokompatybilne", np. przez to, że wiążą się z pewnymi ważnymi elementami komórek. Dlatego zostały wyeliminowane z obiegu. Może być też tak, że są letalne dla jednych gatunków, a dla innych nie. Takich właśnie sekwencji szukamy. Aby tego dokonać, Hampikian i jego kolega Tim Anderson napisali specjalny program. Wylicza on wszystkie możliwe sekwencje nukleotydów (do pewnej z góry oznaczonej liczby elementów) i skanuje genetyczną bazę danych NIH w poszukiwaniu najmniejszej niewystępującej tam sekwencji. Takie, które nie pojawiają się w genomie jednego gatunku, ale są odnajdywane w "przepisie genetycznym" drugiego, nazwano "nullomerami", a nieobecne u żadnego gatunku starterami zdegenerowanymi. Zespół rozmyślnie poszukuje najkrótszych niewystępujących sekwencji, żeby zminimalizować szanse, że nie ma ich po prostu przez przypadek. Jak do tej pory wyodrębnił osiemdziesiąt sześć 11-nukleotydowych "zestawów", których nigdy nie odnaleziono u człowieka. Zidentyfikowali także ponad 60 tys. piętnastonukleotydowych sekwencji oraz 746 łańcuchów pięciu aminokwasów, których ze świecą szukać u jakiegokolwiek gatunku. Reprezentują one największy możliwy zestaw śmiertelnych sekwencji — komentuje Hampikian, który podejrzewa, że liczba ta będzie się zmniejszać równolegle z rozbudowywaniem genetycznej bazy danych. Hampikian chce sprawdzić, czy śmiertelne sekwencje mają jakiekolwiek znaczenie dla żywych komórek. Dlatego chce przetestować na komórkach ludzkich i bakteryjnych 20 takich peptydostarterów (czy spowodują one śmierć lub sprowokują układ odpornościowy do działania itp.). Spośród innych możliwości warto wymienić chociażby skonstruowanie "samobójczego genu". Dołączano by go np. do organizmów modyfikowanych genetycznie i aktywowano, aby zniszczyć je, gdy staną się niebezpieczne.

Uczeni pracujący nad nową mapą ludzkiego kodu genetycznego ze zdziwieniem stwierdzili, że pozwala ona podważyć dotychczasową teorię, jakoby wszyscy ludzie na Ziemi mieli w 99,9% identyczny genom. Okazuje się, że różnice mogą sięgać nawet... 10 procent. Tworząc nową mapę naukowcy nie skupiali się na pojedynczych różnicach w DNA, które czynią nas wyjątkowymi. Zwrócili za to uwagę na różnicę w dużych powtarzających się fragmentach DNA, zwanych CNV. Uczeni z kilkunastu centrów badawczych na całym świecie zidentyfikowali już około 3000 genów, które różnią się liczbą kopii pewnych fragmentów DNA. Ta różnica może mieć wpływ na działanie danego genu i wpływać np. na odporność poszczególnych ludzi na tą samą chorobę. Akademicy porównali DNA 270 zdrowych osób z Chin, Japonii, Nigerii i Stanów Zjednoczonych. Zidentyfikowali 1447 różnych CNV, która stanowiły około 12% ludzkiego genomu. Około 285 z nich było związanych z takimi chorobami jak schizofrenia, łuszczyca czy choroba wieńcowa. Dzięki nowej mapie my i nasi koledzy pracujący w klinikach będziemy w stanie odnaleźć niewykrywalne wcześniej różnice w genomie pacjenta. Mapa CNV pozwoli nam dowiedzieć się, które ze zmian są charakterystyczna dla danej choroby – powiedział doktor Nigel Carter z Wellcome Trust Sanger Institute. Uczeni odkryli również, że geny ważne dla układu odpornościowego czy rozwoju mózgu oraz jego aktywności, charakteryzują się dużą liczbą CNV. Sądzę, że badania te na zawsze zmienią genetykę – stwierdził James Lupski, zastępca dyrektora Wydziału Genetyki Człowieka i Genetyki Molekularnej w Baylor College of Medicine w Teksasie. Dowiedzieliśmy się, że różnice między ludźmi nie są jedynie wynikiem zmian w pojedynczych parach zasad czy polimorfizmu pojedynczych nukleotydów – dodał.