Dołącz do nas na Facebooku

x

Nasza strona używa plików cookies. Korzystając ze strony, wyrażasz zgodę na używanie cookies zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki. Więcej.

Zapomniałem hasła
Nie mam jeszcze konta
Połącz z Facebookiem Połącz z Google+ Połącz z Twitter
Esensja
dzisiaj: 20 września 2019
w Esensji w Esensjopedii

Granice nauki: Miłe końca (poznawania genomu) początki

Esensja.pl
Esensja.pl
Grog
Od sformułowania darwinowskiej teorii ewolucji dzieli nas niemal 150 lat. Coś około 100 lat dzieli nas od potwierdzenia mendlowskiej koncepcji jednostek dziedziczenia – genów.

Grog

Granice nauki: Miłe końca (poznawania genomu) początki

Od sformułowania darwinowskiej teorii ewolucji dzieli nas niemal 150 lat. Coś około 100 lat dzieli nas od potwierdzenia mendlowskiej koncepcji jednostek dziedziczenia – genów.
„Klasyczny” darwinizm wzbogacony o „kwantowy” mechanizm dziedziczności, o geny, wraz z dokładanymi na przestrzeni lat uzupełniającymi koncepcjami ewolucyjnymi, dał początek współczesnej wersji teorii ewolucji, zwanej neodarwinizmem albo syntetyczną teorią ewolucji1).
Od odkrycia struktury nosiciela informacji genetycznej, podwójnej, skręconej helisy DNA, nagrodzonej Noblem, mija niecałe 50 lat i tyle samo czasu dzieli nas od złamania kodu genetycznego, czyli określenia liter alfabetu genów: zasad (nukleotydów) – adeniny, guaniny, cytozyny i tyminy) – A,G,C,T. Każde trzy kolejne nukleotydy na nitce (chromosomie) DNA kodują, teoretycznie, za pośrednictwem RNA, określony aminokwas, a dopiero łańcuch aminokwasów koduje białko. I oto geny, takie pakiety „sensownych” kodonów dające się przetłumaczyć na sekwencje budulca białek2), na aminokwasy, uważa się za odpowiedzialne za niemal wszystkie cechy danego gatunku, od białek tworzących danego osobnika, po jego zewnętrzny wygląd.
Liter języka genów, mieszczących się na 23 rozdziałach-chromosomach, mamy w sobie coś około 3 miliardów. Zdawać by się mogło, że poustawiane w rzędy geny są prostą maszynką Turinga do budowy aminokwasów, a dokładniej – maszynką z kombinatorycznym programem o czterech literach kodu generującym „I cingowe trigramy”3) – 64 kodony (trójki nukleotydów w rodzaju AAA, AAG, AGA, GAA, AAC itd.), które zapisują zaledwie 20 aminokwasów z możliwych 64 kombinacji.
Zdawało się tak dopóty, dopóki nie wyszło na jaw, iż wiele genów występuje we fragmentach poprzedzielanych rozległymi sekwencjami niemych nukleotydów, sekwencjami zasad, które niczego nie kodują. Potem przyszła pora na odkrycie, że tak naprawdę aminokwasy koduje zaledwie kilka procent łańcucha DNA, a reszta sekwencji nukleotydów powtarza się setki, tysiące razy w tzw. średnio powtarzalnym DNA (sekwencje nieme, eksony) oraz w wysoce powtarzalnych sekwencjach nukleotydów (sekwencje satelitarne, introny). A do tego ten niewielki procent genomu kodujący aminokwasy porozrzucany był w setkach, tysiącach kopii po wielu chromosomach naraz. Okazało się także, że z dziesięć tysięcy genów musi znajdować się w każdej komórce, bowiem bez nich komórka funkcjonować w ogóle by nie mogła, że niektóre geny budzą się i włączają tylko raz na krótki czas podczas rozwoju organizmu, wytwarzają określone białko, a potem milkną na zawsze, zasypiają. Że miejsce danego genu w łańcuchu DNA jest ściśle określone, bowiem po jego przestawieniu np. noga owada wyrastała nie tam gdzie powinna, że jeśli podczas podziału materiału genetycznego jądra komórki zostawi się nie parę, ale dwie pary kopii materiału genetycznego, to powstanie osobnik o normalnych rozmiarach, ale z dwukrotnie większymi komórkami i o dwukrotnie mniejszej ilości komórek, etc.
Nic dziwnego, że poznanie sekwencji genów od dawna budziło pożądanie uczonych. Usilnie doszukują się w genomie „świętego Graala” biologii, przepisu na dowolny gatunek, recepty wskazującej które geny, jak, kiedy i za co odpowiadają, jak dają różnorodność gatunków, jak prowadzą do np. wysokiego polimorfizmu gatunku ludzkiego, wśród którego nie ma dwóch identycznych ludzi.
Ecce genomus hominis
I oto prawie z początkiem nowego wieku, z wielką pompą, euforią, w atmosferze rywalizacji i z posmakiem skandalu o wyłączność praw do odkrycia, obiegła świat wiadomość o pełnym zsekwencjonowaniu ludzkiego genomu, a do publicznej wiadomości podano nieco na wyrost pierwsze wyniki badań nad ludzkim genomem. Wyniki badań dwóch zespołów naukowców, jednego rządowego, drugiego prywatnego4). 23 chromosomy kilku osób zsekwencjonowano dwiema metodami. Sekwencyjną, gen po genie, długą, żmudną, lecz dokładną, oraz losową, szybką, lecz nieco mniej dokładną i na dodatek kłopotliwą w scalaniu badanych sekwencji.
Najistotniejsze wyniki badań i pierwsze, jeszcze gorące, wnioski.
1. O człowieczeństwie świadczy zaledwie 30 do 40 tysięcy genów, a nie jak się spodziewano około stu tysięcy. To o kilka setek genów mniej od myszy, a mniej więcej tyle samo co u innych gatunków naczelnych (98% podobnych sekwencji identycznych, a i różnice tkwią jedynie w kolejności genów). A i ta ilość genów to często mniej od niektórych przedstawicieli np. gatunków roślinnych, tytoniu czy kawy. Pierwszy szokujący, zaskakujący wniosek, i pierwsze rozczarowanie, nieomal wielki zawód. Ecce homo, niby ukoronowanie i cel ewolucji biologicznej na Ziemi, nie ma wcale największej ilości genów. Z punktu widzenia ilości genów stoi zaledwie na przeciętnym szczeblu drabiny ewolucyjnej. Co prawda geny ludzkie są o wiele większe, bardziej złożone, z wyższym od genów innych gatunków potencjałem ekspresyjnym, ale jednak… Doświadczyliśmy nowej, małej rewolucji myślowej, którą porównać można do rewolucji kopernikańskiej: nie tylko Ziemia nie jest centrum układu słonecznego, Słońce nie jest centrum Galaktyki a ta centrum wszechświata, ale i homo sapiens pod względem ilości genów nie jest szczytowym zwieńczeniem ewolucji na Ziemi, a tym bardziej – jakby chciała to widzieć zasada antropiczna czy religia chrześcijańska – zwieńczeniem ewolucji Wszechświata.
2. Potwierdzono, że znaczna większość (od 70% do ponad 90%) genomu to informacyjnie puste, na pierwszy rzut oka bezsensowne powtórzenia sekwencji nukleotydów typu TATATAT… czy CGCGCGC, jakby nieproduktywne, bowiem niczego, żadnego białka, nie kodują, i sekwencje pozorujące geny. Potwierdzenie, że sekwencje nieme, średnio- i wysoce powtarzalne jak „śmiecie”, przewijają się po łańcuchach DNA, najdłuższych łańcuchach nukleotydów w chromosomach w świecie zwierząt. To zapewne wyróżnia człowieka. Zdumiewa niejednorodny rozkład genów pośród bezsensownych ciągów nukleotydów: są miejsca, gdzie pojawiają się sporadycznie, są miejsca, zwłaszcza na końcach chromosomów, tuż przed telomerami, gdzie pojawiają się wyjątkowo obficie, i gdzie ich zmienność jest najwyższa.
3. Zaledwie około 7% genomu świadczy o człowieczeństwie, a o różnicach pomiędzy ludźmi zaledwie jedna setna procenta. Straciło zupełnie sens pojęcie rasy, aczkolwiek ta 1/100 procenta z trzech miliardów, uwzględniając dwa stany danego genu jako włączony lub wyłączony, dać może, podobnie jak w komputerze, wyjątkowo wysoką liczbę kombinacji interakcji genów między sobą, a w konsekwencji – wysoką różnopostaciowość ludzi.
4. Kilka setek genów mamy wspólnych z bakteriami. Świadczyć to może albo o symbiozie organizmu człowieka z bakteriami, albo o wspólnym pochodzeniu niektórych genów u bakterii i u człowieka, a także poprzeć koncepcję tzw. fenotypu rozszerzonego, kiedy to geny bakterii zmieniają nosiciela, by ten realizował „cele” gospodarza. A kolejny wniosek to taki, że oto na poziomie genów łatwo jest przełamywać – co czyni się od jakiegoś czasu – barierę międzygatunkową. Znane są przecież transgeniczne organizmy, na przykład supermyszy z obcymi genami, czy, jak ostatnio, transgeniczna małpka Andi z odpowiedzialnymi za bioluminescencję genami meduzy. To, że mamy wiele genów bakterii, usprawiedliwia może dziwną podatność człowieka na choroby zakaźne czy wirusy, a i sama obecność genów bakterii skłania do przypisania genom „samolubności” czy „egoizmu”, z czego ucieszyłby się zapewne R. Dawkins, i zaakceptowania, że może naprawdę organizmy są jedynie nosicielami genów, a one same – geny – dbają o własną zmienność.
5. Zmienności genetycznej gatunku ludzkiego dostarczają osobniki męskie. Nie jest to wniosek aż tak odkrywczy, jakby się zdawało, a może zostać przeniesiony i na inne gatunki rozmnażające się drogą płciową. W ciągu okresu rozrodczego człowieka owulacja zachodzi ok. 400 razy, a ilość wytworzonych w tym samym okresie przez jądra plemników idzie w miliardy. Jeśli wiadomo, że statystycznie dochodzi do jednej mutacji na sto tysięcy replikacji materiału genetycznego, to ilość mutacji genetycznych musi siłą rzeczy być znacznie wyższa u osobników męskich niż żeńskich.
(Złudne) nadzieje genomiki
Panuje dziwne przekonanie, że geny są kluczem do poznania chorób genetycznych i że pozwolą leczyć wady genetyczne czy projektować ludzi o pożądanych cechach. A tymczasem pierwsze próby terapii genowych, przynajmniej tych ujawnionych, gdyż o niejawnych głucho, nie zawsze dały oczekiwane rezultaty. Stosuje się terapie genowe na wyrost, a także i na ślepo. Niektórych pacjentów terapii genowych udaje się nieco uzdrowić, a tymczasem inni umierają, bowiem geny wprowadzone tzw. wektorami, specjalnie spreparowanymi wirusami, powodują na przykład uboczne, wirusowe zniszczenie ważnych organów pacjenta i śmierć w kilka dni. Przypisuje się genom magiczne znaczenie, obarcza winą za złe i chwałą za pozytywne cechy charakteru i ciała, lub przypisuje wysoką moc sprawczą, której być może wcale nie posiadają. Geny podlegają mutacjom i tylko kodują odpowiednie białka, a i same białka to nie prosta sekwencja kombinacji 20 aminokwasów, ale jeszcze zwinięcia i skręcenia, białkowe struktury trzeciego- i wyższych rzędów, które dopiero świadczą o aktywności i przydatności białka. To białka dopiero budują organelle komórkowe, organelle formują komórki, komórki różnicują się w tkanki, tkanki wytwarzają organy, a suma tych ostatnich kształtuje organizm. Poznanie genomu to zaledwie inicjacja genomiki oraz, w dalszej kolejności, proteomiki – poznania białek, które prawdopodobnie lepiej będą sobie radziły z uzdrawianiem chorych genetycznie. Potem przyjdzie pora na „cellomikę” – budowę komórek o pożądanych własnościach, i wyższe „-miki”. I, oczywiście, rozpoznanie systemu odpornościowego organizmu.
Rozkład genów w chromosomach to wielki krok, ale zaledwie krok. Wszak geny to tylko wyrazy albo zdania proste! To dopiero – jeśli można użyć rozsądnej analogii5) – słowa wyłonione z pustyni liter (zasad A,C,G,T) tudzież z fonemów i morfemów (kodonów). Musimy nauczyć się rozumieć te wyrazy, interpretować je, znaleźć ich synonimy (bowiem różne kodony budują te same białka). Z wyrazów i zdań złożonych musimy nauczyć się rozpoznawania zdań złożonych (tzn. jednostek transkrypcji, czyli skryptonów lub operonów), i to zdań poprawnych genetycznie, prawdziwych, takich które przekładają geny na białka, a także i zdań fałszywych, które transkrypcji nie albo dokonują, albo ją przekłamują (mutacje). Musimy w układach zdań złożonych rozpoznać semantycznie poprawne dłuższe partie tekstu, wersy, formować je w akapity (jednostki reproduktywne genomu, czyli replikony). Z ciągów akapitów zrozumieć podział na rozdziały (odpowiadające właśnie 23 chromosomom). Należy pojąć, dlaczego cały tekst genetyczny, genom, tworzy rozdziały. W ramach dzieła genetycznego poznać należy komplementarny do nich język enzymów, dzięki którym DNA jest cięte kawałek po kawałku, replikowane za pośrednictwem RNA na białka oraz sklejane w potomne łańcuchy podczas podziału komórek (mitozy). I dopiero na końcu genom wraz z cytoplazmą, rozdzielony na tomy (rodzaje tkanek, organy), pozwoli poznać cały tekst „przepisu na człowieka” i w pełni wyprowadzić morfologię i cechy naszego gatunku. A przecież identyczną pracę należy powtórzyć dla każdego innego gatunku.
Dopiero tak odczytane dzieło genetyczne pozwoli być może zbudować Graala biologii, odpowiednika wielkiej unifikacji w fizyce, biologiczną „teorię wszystkiego”. Z jej aksjomatami, logiką, gramatyka, syntaktyką, pragmatyką, semantyką, strukturą, wykładnią… Jak widać horyzont nakreślany przez początki genomiki miast się przybliżać – oddala. Zdobyta wiedza o genomie poszerzy o nim krąg niewiedzy.
Z horyzontu ewolucji
Ewolucja na ukształtowanie genomu (nie tylko człowieka) miała setki milionów lat czasu, a nawet miliardy lat, jeśli weźmiemy pod uwagę życie na Ziemi. Struktura genomu, nieme i aktywne jego obszary, rozproszenie bądź skupienie genów, wcale nie muszą świadczyć o losowym, przypadkowym doborze sekwencji nukleotydów w trakcie rozwoju ewolucyjnego, doborze drogą z zakrętami, powtórzeniami, nawrotami, błędami kopiowania etc. Budowa genomów kilku gatunków, ilość i struktura genów w genomie, różnice w genomach różnych gatunków, różne geny, chromosomy, ilości chromosomów, złożoność genów, zdają się potwierdzać tezę ewolucjonistów, iż ewolucja naprawdę szła metodą prób i błędów, że nie była ukierunkowana na żaden cel, a jedynie na przetrwanie najlepiej przystosowanego, pomimo że pozornie tworzyła coraz to wyżej złożone organizmy. A przecież ewolucji podlegały nie tylko geny, ale i kreowane białka, komórki, tkanki, organy, organizmy.
Opierając się choćby o przykład (dziś już nie do końca prawdziwej) zasady rekapitulacji6), czyli powtarzania rozwoju rodowego (filogenezy) podczas kolejnych stadiów rozwoju płodowego (ontogenzy), podobnych zasad doszukiwać by się należało i w sekwencji genów. Powtórzenia głównych przełomów ewolucji, tyle że na poziomie genomu. Doszukiwać się przyczyn, z powodu których w genomie nieme sekwencje zaczynają stopniowo bądź nagle fragmentami „przemawiać”. Podsekwencji wspólnych z jednoniciowymi DNA jednokomórkowych prokariotów, albowiem odziedziczyliśmy po prokariotach transpozony, skaczące po nici powtórki genów, w postaci na przykład tzw. sekwencji Alu, które stanowią 5% naszego niemego DNA i także zmieniają swoje miejsca. Doszukiwać się podsekwencji wspólnych z organnellami późniejszych komórek złożonych, eukariotów (eukarioty, komórki i bakterie uważane są wszak za symbiotyczne organizmy złożone z prokariotów). Poznać mechanizmy powstania chromosomów, powstania jądra komórkowego z pełnym zapisem genetycznym. Sposobów ekspresji genów, regulacji transkrypcji, czyli mechanizmów włączania i wyłączania odpowiednich genów podczas rozwoju płodowego, a w konsekwencji przyczyn różnicowania się komórek organizmu w tkanki. I tak dalej. A człowiek złudnie myśli, że z samej sekwencji nukleotydów w mig pozna tajemnicę genomu.
Są jednak wskazówki, że może ewolucja nie działała ślepo, że z liter kodu nie tworzyła genomu na chybił trafił, losowo, metodą prób i błędów, z materiału już dostępnego. Być może jej ślepota nie była zupełna, albowiem odzwierciedlać musiała prawa natury, których ograniczeniom i regułom jednak nieustannie podlegała. Dlaczego tak można sądzić? Albowiem istnieje już szereg odkryć i prac, które sugerują, że genom istotnie ukrywać może w sobie wiele tajemnic. Jakich?
kontynuacja w kolejnym numerze
koniec
1 kwietnia 2001
1) Neodarwinizm, dość rozległa teoria ewolucyjna, a także inne koncepcje ewolucyjne, oraz zupełnie nowe, możliwe do wymyślenia i zaistnienia „teorie ewolucji”, wymagałyby zupełnie, ale to zupełnie odrębnego artykułu…
2) Istnieją także białka bezkodowe, priony, odpowiedzialne wcześniej za chorobę scarpie u owiec czy kuru u Papuasów-kanibali z Nowej Gwinei, a obecnie za chorobę „szalonych krów”.
3) Takie małe „Tao genetyczne” – ukłon w stronę F. Capry z jego „Tao fizyki”.
4) „Initial sequencing and analysis of the human genome”, International Human Genom Sequencing Consortium; Nature, vol. 409, 15 Feb 2001; www.nature.com „The Sequence of the Human Genome”, Celera Genomics i inne; Science, vol. 291, 16 Feb 2001; www.sciencemag.org
5) Bernard-Olaf Küppers „Geneza informacji biologicznej. Filozoficzne problemy powstania życia” ; PWN, Warszawa 1991
6) Słynna lapidarna sentencja E. Haekla: „ontogeneza powtarza filogenezę”.

Komentarze

Dodaj komentarz

Imię:
Treść:
Działanie:
Wynik:

Dodaj komentarz FB

Najnowsze

Moją matką była kula dyskotekowa<br/>Fot. Agnieszka ‘Achika’ Szady

Noc Kultury 2019 w Lublinie – fotorelacja
Agnieszka ‘Achika’ Szady

18 VII 2019

Prezentujemy fotorelację z bardzo małego wycinka Nocy Kultury – małego, bo gdyby chcieć odwiedzić i sfotografować wszystkie atrakcje, reporter musiałby istnieć w kilku osobach.

więcej »

Wspomnienie o Maćku
Paweł Laudański

4 VI 2019

To była końcówka lat osiemdziesiątych – 1988, choć raczej 1989 rok. Warszawa, Empik przy ul. Dąbrowskiego. Spotkanie poświęcone polskiej fantastyce socjologicznej, mającej najlepsze lata już za sobą, choć wtedy niewielu pewnie zdawało sobie z tego sprawę. Wśród prowadzących – On, redaktor działu prozy polskiej w miesięczniku „Fantastyka”, pisma, które zdobywało się wtedy spod lady, i to pomimo nakładu oscylującego w okolicy 150 tysięcy sztuk. Maciej Parowski, jeden z idoli mojej młodości.

więcej »

Ten dziwny wiek XIX: Trudne początki
Miłosz Cybowski

23 II 2019

Za początek Wielkiej Emigracji uważa się przybycie anonimowego polskiego żołnierza do Paryża w październiku 1831. Rozpoznany przez Francuzów, pozostał on w centrum spontanicznej manifestacji, która tylko dowiodła francuskiej sympatii dla Polski.

więcej »

Polecamy

Wielka historia i jeszcze większa nie-historia

Miejsca, które warto odwiedzić:

Wielka historia i jeszcze większa nie-historia
— Wojciech Gołąbowski

Palisada nad Olzą
— Wojciech Gołąbowski

Małysz w drewnie i czekoladzie
— Wojciech Gołąbowski

Jurajskie Betlejemowo
— Wojciech Gołąbowski

Co dwa młyny to nie jeden
— Wojciech Gołąbowski

Dziewczyna z końskim ogonem w garści
— Agnieszka ‘Achika’ Szady

Skrawek Japonii na ziemi oświęcimskiej
— Wojciech Gołąbowski

Osiemset lat w 4½ godziny
— Agnieszka ‘Achika’ Szady

Fauna i flora morska na Podbeskidziu
— Wojciech Gołąbowski

Tajemnice wschodniej strony Wisły
— Agnieszka ‘Achika’ Szady

Zobacz też

W trakcie

zobacz na mapie »
Copyright © 2000- – Esensja. Wszelkie prawa zastrzeżone.
Jakiekolwiek wykorzystanie materiałów tylko za wyraźną zgodą redakcji magazynu „Esensja”.