A genetikai örökség nem végzet, csak valószínűség

Valami minőségileg új veheti kezdetét: az összes gén értelmének, jelentőségének, egymás közötti összefüggésének megértése. Ezzel a megállapítással Falus András voltaképpen ott folytatta a gondolatmenetet, ahol Venetianer Pál akadémikus tavalyi, a génkutatás lehetőségeiről és távlatairól szóló előadása abbahagyta.

Ma már bárki, aki csatlakozni tud a világhálóhoz, szabadon felkeresheti azokat a genetikai adatbankokat, ahol naprakészen lehívható bármely emberi gén betűsorrendje, illetve a génről megjelent információk sora. Egyszerre vizsgálhatjuk akár az összes emberi gént, összjátékukat, s innen kezdve genomalapú, genomléptékű biológiáról (például az immunológia és a gyógyszertan esetében immunogenomikáról, illetve farmakogenomikáról) beszélhetünk.

E tudományos áttörés nagy jelentősége miatt szerencsére hamar elért a döntéshozó testületekhez is. Az Európai Unió 6. fejlesztési keretprogramja első számú tematikus prioritásként támogatja az emberi egészséggel kapcsolatos genetikai, genomikai kutatást és fejlesztést, illetve a populációk összehasonlítását lehetővé tevő biobankok létrehozását. Az a 2,25 milliárd eurós támogatás, amit a keretprogramban erre előirányoztak, minden idők egyik legnagyobb tudományos támogatásának számít, s összemérhető az Egyesült Államok ilyen irányú állami támogatásával.

GENOM, GENOMIKA, GENOMPROGRAMOK

A genom, azaz a genetikai állomány a gének és más genetikai információk összessége – az ember esetében az az adattömeg, amely egy 3 milliárd betűs szövegben rejlik. A szöveg a dezoxiribonukleinsav, a DNS, ez a sejtenként mintegy 2 méter (!) hosszú szálacska. (Az egész szervezetben mintegy 4,6 fénynapnyi hosszúságú DNS van – a Naprendszer legtávolabbi bolygója, a Plútó nem egészen hat fényórányira van a Naptól!)

Az emberben 23 pár nukleinsav-szál, azaz 23 pár DNS van, ezek a kromoszómák. A négybetűs ábécé (A, G, C, T) lineáris kódjának univerzalitása James Watson és Francis Crick zseniális modelljéből ismert. A két fiatal tudós bátor elképzelése a DNS szerkezetéről – mely Rosalind Franklin és Maurice Wilkins eredményeit is felhasználta – épp 50 éve jelent meg. A génsebészet technológiája (tehát a molekuláris eszközökkel, enzimekkel, hordozókkal, baktériumokkal, mesterséges és szintetikus nukleinsav-darabokkal végzett beavatkozás) lehetővé tette a betűsor elolvasását, s végül hozzájutottunk a 3 milliárd betű információjához (ha egy betű egy milliméter lenne, akkor a Duna teljes hosszának felelne meg ez az adatsor).

Kiderült, hogy az emberi genomnak csak nagyon kis, 1-2%-os hányadát képezik a gének. További néhány százalékában a gének másolását szabályozó régiók vannak, de óriási területeken csupa fehérjét nem kódoló DNS-szakasz található. Ezek nagy része ismétlődő nukleotidok sorozatát tartalmazza: régebben ezt „hulladék” DNS-nek nevezték, talán mert egyelőre lényegében fogalmunk sincs ezek jelentőségéről. Az emberi genom tehát nagyon „híg” – olyan, mint a Szahara felülnézetből, ahol sok szürke homok, de kevés színes oázis (vagyis gén) látható. Mindennek a jelentőségéről valóban keveset tudunk, de tudásunk fehér foltjai naponta satírozódnak be, és talán egy-két év múlva megértjük a fehérjéket nem kódoló, ismétlődő szakaszok jelentőségét is.

Az emberi genom feltárását célzó programokból kiderült, hogy az emberi rasszok nagyon hasonlóak: a DNS szintjén csupán 0,1%-nyi eltérés van a kaukazoid, negroid és orientál populációk között. A legnagyobb különbség a férfiak és nők között áll fenn, nem csupán a szexkromoszómák eltérése (az Y-kromoszóma jelenléte vagy hiánya) miatt, hanem a DNS egyéb módosulásai következtében. Átlagosan azonban minden ezredik nukleotid-betűnk mutáns, ezek a pontmutációk. Vagyis mintegy 3 millió eltérő pont van az emberi genomban egy másik ember genomjához képest.

NUKLEINSAV-CHIPTECHNOLÓGIA ÉS BIOINFORMATIKA

A géntechnológiai áttörés fontos eleme egy olyan eljárás, amit DNS-chiptechnológiának neveznek. Bevezetéséhez egy Kaliforniában élő magyar származású kutató, Steven Fodor is jelentős mértékbe hozzájárult. Alapja, hogy egy kis felület síkban meghatározott pontjaira ismert nukleotid-sorrendű DNS-szálakat visznek fel. Ezt az elrendezést a számítógép rögzíti – tehát két koordináta alapján egyértelműen meghatározható, hogy melyik ponton mely génnek (bármely emberi vagy más fajhoz tartozó génnek, például fertőző vírusok, baktériumok génjének) megfelelő szakasz található. Egy ilyen chipen több ezer vagy akár tízezer nukleinsav-pontocska is elhelyezhető 1-2 négyzetcentiméteren, más szóval az összes emberi gén reprezentánsa elfér egy kis lemezen.

A második lépésben a minta felvitele történik. Megfelelő módon izolálják a DNS-t vagy a küldönc RNS-t a szövetből vagy vérmintából, megjelölik, majd a jelölt mintát ráöntik a DNS-chipre. Minthogy a megfelelő nukleinsav-darab csak a vele „komplementer” szakaszhoz tud kötődni a lemezke felszínén, a mintában lévő nukleinsav-darabkák a megfelelő pontokon lévő szálakkal kapcsolódnak, ami „felülről” könnyen látható. A számítógép letapogatja a lemez felszínét és jelzi, hogy mely pont „pozitív”, majd a memóriából azonnal előhívható, mely DNS-elemnek megfelelő nukleinsav-szakasz volt a mintában. ĺgy lehet például fertőzéseket nagyon gyorsan kimutatni a megfelelő mikroba nukleinsavjának egyedisége alapján.

Ez már igazi „nanotechnológia”: pár nanogramm-pikogramm (azaz a gramm milliárd, illetve ezermilliárd része) tömegű minta is elég lehet a munkához. A módszer hatalmas előnye, hogy a génmintázat számítógépesen rögzíthető, tárolható és összehasonlítható más mintákkal. Kialakult az „in silico” genomika, tehát számítógép előtt lehet korszerű, jelentős tudományos munkát végezni. Nem kell mást tenni, „csak” megfelelő kérdéseket feltéve a nemzetközi adatbázisokról lehívni a megfelelő mintázatot, és összehasonlítani a helyben kapottal.

Az eljárásban a „génhalászat” lehetősége is fantasztikus, hiszen ezúttal nem eddigi tudásunk, határozza meg, hogy mely géneket analizáljuk, hanem a chipre felvitt összes gén esetleges eltérésére rákérdezünk. Döbbenetesen nő a vizsgálható kérdések köre, és robbanásszerűen kiterjedt a vizsgálható genetikai háttér is.

A genomprogramok és a chiptechnológia mellett a genomika harmadik oszlopa a bioinformatika. Talán már érzékelhetővé vált, milyen hatalmas adathalmazt kapunk minden egyes chip leolvasáskor. Például csak ezer, elvileg független pont esetén és csak az igen-nem lehetőségeket tekintve ez 21000 (kb. 10300), vagyis kimondhatatlanul sok variációt jelent. Ezt az adatfeldolgozást csak számítógépek képesek elvégezni.

A számítógépes elemző eljárás lényege, hogy a különböző – például egy-egy beteget jelző – mintákból nyert chipmintázatokon a komputer összerendezi a mennyiségileg hasonló adatokat, illetve egyéneket. Az egymás mellé rendezett adatok tengerében kirajzolódik az addig nem látható összefüggés. A bioinformatikus szakma – amelyet most kezdenek oktatni világszerte – bizonyára a legkeresettebb foglalkozások közé tartozik majd a következő években.

A BETEGSÉGMEGELŐZÉSTŐL A SPORTIG

A melanoma a legrosszindulatúbb emberi bőrrák, amely egyre nagyobb számban fordul elő. Európában, az USA-ban és Ausztráliában évi 100 000 új melanomást diagnosztizálnak, és évente több mint 20 000 beteg hal meg (Magyarországon kb. 1200 új beteg és több mint 300 haláleset van évente). Ijesztő, hogy az elmúlt években megduplázódott az előfordulások száma. A betegség kezdetben alig észlelhető: egy-egy kicsit megváltozott anyajegy, bőrkiemelkedés kezd el nőni leggyakrabban a hajas fejbőrön, a felsőtesten vagy a karokon. Ezek könnyen és problémamentesen eltávolíthatók. Az igazi veszélyt a metasztázis, tehát a tumorsejtek más szervekre, szövetekre való észrevétlen átterjedése jelenti: gyakran mire eltávolítják a bőrdaganatot, a tumorsejtek már a májban terjednek.

Amerikai kutatók a májáttétben szenvedő és az attól mentes betegek chipmintázatait betáplálták a számítógépbe, hogy a komputer válassza ki azokat a géneket, amelyek együttes kifejeződése az egyik vagy a másik csoportra leginkább jellemző. A számítógép a kb. 2000 génből hét olyan gént választott ki, amelyek együttes kifejeződése esetén a májáttét bekövetkeztének valószínűsége szinte 100%. Ha viszont akár csak egyikük is hiányzik, ugyanennyi az esélye a májrák elkerülésének. Ha az orvos a genomikai elemzés alapján előre tudja az áttéttel kapcsolatos nagyfokú kockázatot, a legradikálisabb kezelési stratégiát alkalmazhatja (kemoterápia, besugárzás). Ám ha „megjósolható”, hogy nem lesz májáttét, nem kell a legkeményebb és sok hátrányos következménnyel járó kezelési formákat bevetni.

Sajnos ez a megközelítés ma még a világon mindenhol kísérleti stádiumban van, de az orvosbiológiai és üzleti, egészségbiztosítási motivációk igen erősek, s rengeteg laboratórium dolgozik jelenleg is azon, hogy ezek az eljárások a mindennapi gyakorlat részévé váljanak.

A humán genomika egyik legizgalmasabb és legkihívóbb területe a sportgenomika – hiszen a genetika nem csak a betegségekről szól. Tudjuk, hogy egy bizonyos edzésadagra genetikailag eltérő emberek más teljesítménnyel reagálnak. Meglepően nagy számú olyan ún. „jelölt” gént találtak, amelyeknek bizonyos változatai bizonyos sportágakban egyeseknek nagyobb esélyt adnak azonos edzésmunkát végző társaikhoz képest, de ezek a tényezők csak egy faktorát jelentik a sikeres sportteljesítménynek. Ugyanakkor a sportgenomika a várhatóan hamarosan megjelenő géndopping kimutatására, illetve a sportsérülések sikeresebb gyógyítására is alkalmas lehet.

AZ ŐSSEJTEK – A NYILVÁNOS VITÁK FÓKUSZÁBAN

Őssejteknek (pontosabban törzssejteknek) az olyan, még nagyon sokféle potenciális fejlődési lehetőséggel rendelkező sejteket nevezzük, amelyek érésük során valamely sejtcsoport kialakulásáért felelősek. A legelső és legtökéletesebb őssejt a megtermékenyített petesejt, hiszen szervezetünk minden sejtje ebből alakul ki. Ezek az „omnipotens” sejtek biológiai hatóanyagok (növekedési faktorok, hormonok) és más sejtekkel való érintkezések hosszú során mennek át, és potenciális fejlődési lehetőségeik egyre szűkülnek. A csontvelő sejtjeiből már csak a vérképző szervek sejtjei alakulnak ki, bár az utóbbi időben felvetődött, hogy a változás iránya nem is annyira egyirányú, mint azt eddig hittük. Éppen az emberi genomprogramok adtak hatalmas mennyiségű információt arról, hogy milyen „útjelző” táblák működnek az emberi szervezetben, és hogyan zajlik ez a működés.

Bár ma sokkal többet tudunk az embrionális őssejtekről, felhasználásuk kikerülhetetlen etikai kérdéseket vet fel, hiszen nem lehet egy emberi embriót csak azért létrehozni, hogy például májszövetet készítsünk belőle. Etikus alternatív megoldás lehet a köldökzsinór-őssejtek alkalmazása, hiszen világra jöttünkkor mindannyiunkhoz tartozik egy ilyen struktúra, benne igen sok multipotens őssejttel. Még reménytelibb az igazi felnőtt őssejtek megtalálása és felhasználása. Ennek kutatása még messzebb áll az alkalmazhatóságtól, de számos máj-, bőr- és zsírszövetsejt potenciális őssejtként való alkalmazása került napirendre a legutóbbi időkben.

MIRE KÉPES A GENOMIKA ÉS MIRE NEM?

A genetika/genomika zavarba ejtően sok, teljesen új etikai, jogi és világnézeti kérdést vet fel. A világ törvényhozói új kihívások előtt állnak, sosem látott helyzetekre kell választ adni, új kérdésekben kell konszenzust teremteni.

A genomléptékű biológia és orvostudomány új paradigmájának megvannak a maga határai. Falus András szerint például az idegműködés, a pszichikai tevékenység, a tudat kérdéseit csak egy bizonyos szintig lehet a molekuláris genetika/genomika eszközeivel vizsgálni, még akkor is ha ma már számos pszichikai jelenség (pl. szorongás, agresszió, drogfüggés) mögött ismerünk hajlamosító genetikai tényezőket. Az a mintegy százmilliárd idegsejt, ami a központi idegrendszerünkben kb. 1014 szinaptikus kapcsolatot képez, egy magasabb működési minőséget hoz létre, amelynek vizsgálata más módszereket is igényel.

A genomika csodálatos birodalmának feltárása az emberi intellektus egyik legnagyobb teljesítménye. Talán ezért is igaz, hogy korunk bővülő tudása a tudóst szerénységre inti, hiszen egy kevéssel már jobban – bár még mindig csak résnyire – belelátunk az életfolyamatok elképesztő bonyolultságába.