Badania genetyczne: o tym, co można dziś wyczytać z naszego DNA, rozmawiamy z prof. Ewą Bartnik

PANI: Na przełomie XX i XXI wieku udało się odczytać ludzki genom. Co z tego wynikło?

EWA BARTNIK: Od razu chyba niewiele. Choć oczywiście traktowano to jak sensację. Powoli docierał do nas sens tego, czego udało się dokonać dzięki sile obliczeniowej maszyn. Po pierwsze, efekt sprowadził nas nieco na ziemię - okazało się, że mamy 20 tysięcy genów kodujących białka, mniej więcej tyle co muszka owocowa. Tak, jesteśmy panami świata, ale też jesteśmy jedną z jego części. Wcześniej szukanie poszczególnych genów było bardzo trudne, teraz dzięki obrazowi całości mieliśmy znaki drogowe. Od tego czasu poprawialiśmy technikę sekwencjonowania i przyspieszyły badania poszczególnych genów. Tak otrzymaliśmy coś w rodzaju genomu będącego punktem odniesienia. Bo jeśli mamy chorobę w rodzinie i badania wykazują 315 odchyleń od normy w genomie, musimy się dowiedzieć, która z nich za tę chorobę odpowiada. Jeżeli nie mamy punktu odniesienia, to skąd mamy wiedzieć, że ta piąta alanina powinna być czymś innym, i czy to dobrze, czy źle?

Rozumiem, że nasza wiedza o tym odczytanym genomie nie jest jeszcze tak duża, jak byśmy chcieli?

DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy, składa się z ciągu czterech podstawowych zasad: adeniny, tyminy, cytozyny i guaniny, dla ułatwienia oznaczanych literkami A, T, C i G. W ich sekwencjach zapisane są informacje o aminokwasach, z których budowane są poszczególne białka niezbędne organizmom żywym. Fantastyczny, skomplikowany mechanizm. Ale odkrycie sekwencji genów to nie to samo, co zrozumienie, do czego służy każdy z nich. Gdybyśmy, pani lub ja, miały nieodpartą chęć posiadania zapisu swojego genomu, jest to możliwe. Moja znajoma sprezentowała swoim synom pod choinkę sekwencję ich DNA. Nie wiem, co oni z tym zrobią. Bo samo sekwencjonowanie nie jest już problemem, teraz wyzwaniem jest trafna analiza tego, co odczytaliśmy.

Fascynującą informacją wynikającą z odczytania DNA jest to, że wszyscy jesteśmy Afrykanami. Może rozpowszechnianie wiedzy o tym, że kolor skóry, czyli to, ile zawiera ona melatoniny, wynika z wpływu klimatu w miejscach, do których migrowali nasi dalecy przodkowie, mogłoby pogrzebać na zawsze bezsensowną tezę o wyższości białego człowieka?

Ta idea jest mi bliska, bo mój ojciec był specjalistą od apartheidu. Niestety, nie dożył tej informacji. Jednak wydaje mi się, że poglądy oparte na nieracjonalnych przekonaniach są trudne do obalenia. Pewien procent osób da się przekonać, ale nie wszyscy. Warto też wiedzieć, że za wygląd naszych włosów czy oczu odpowiada kilkanaście genów, za kolor skóry prawdopodobnie jeszcze więcej, a za wzrost już kilkaset. Poza tym wygląd determinują nie tylko geny, ale także warunki, w jakich żyjemy, i nasze doświadczenia. To dobrze widać na zdjęciach bliźniąt jednojajowych w starszym wieku. Jeżeli żyją w odmiennych warunkach, zaczynają się różnić. Genów jest bardzo wiele, a te odpowiedzialne za cechy, które można by nazwać „rasowymi”, choć nie jest ostatnio modne słowo, stanowią znikomą część naszego genomu.

Prace nad ludzkim DNA, które pozwoliły odczytać jego sekwencję w 2001 roku, zaczęły się dużo wcześniej. W latach 50. odkryto jego kształt – podwójną helisę. Odkrywcy, trzech mężczyzn, dostali za to Nobla. Jednak przyczyniła się do tego mało znana kobieta…

Rosalind Franklin, brytyjska chemiczka i krystalografka. Pochodziła z bogatej rodziny, w której panie miały służyć do celów ozdobnych i prokreacyjnych. Rosalind się wyłamała z tego schematu, a potem także jej siostra, która zrobiła doktorat z historii. James Watson i Francis Crick, uznani za odkrywców podwójnej helisy i nagrodzeni za to Noblem, wykorzystali zdjęcie rentgenowskie DNA wykonane przez Rosalind, na którym widać było ten kształt. Zobaczyli je bez jej wiedzy i zgody. Potem Watson opisywał ją w swojej książce „The Double Helix” jako nieprzyjazną, nieatrakcyjną i niekompetentną naukowczynię, która nie rozumiała znaczenia swoich danych. Po latach wyraził żal z powodu swoich seksistowskich słów i przyznał, że Franklin była ofiarą niesprawiedliwego traktowania w środowisku naukowym. Ona wprawdzie nie dostała Nobla, ale dostał go w 1982 roku jej uczeń Aaron Klug. To właśnie on twierdził, że Franklin była w latach 50. o krok od odkrycia struktury DNA. Dla mnie jest istotne, a sama Rosalind nie czuła, że czegoś ją pozbawiono - miała poczucie własnej wartości i wiedziała, jakie znaczenie mają jej odkrycia.

Wróćmy do genomu. Okazuje się, że nadal rozumiemy tylko 2 proc. zawartych w nim genów.

Te dwa proc. DNA to geny, w których zapisana jest informacja o białkach. Co do pozostałych 98 proc. nie całkiem wiemy, do czego służą. Częściowo to są sekwencje na końcach chromosomów i w tak zwanych centromerach, istotne dla podziałów komórkowych. Pojawiają się także sekwencje powtórzone, które mają znaczenie dla różnych procesów komórkowych. Może część tych sekwencji, które nie są genami kodującymi białka, mają funkcje regulacyjne. Może ich funkcją jest tworzenie właściwej odległości między genami. Nie wiemy i może nigdy nie poznamy ich wszystkich funkcji. Poruszający jest poziom skomplikowania organizmu.

Ale naukowcy cały czas próbują?

Oczywiście i nigdy nie wiadomo, do czego przydadzą się ich badania. Proszę zauważyć, jak szybko mimo naszej ogromnej niewiedzy udało się stworzyć szczepionki na covid. Wszystko dzięki pracom biochemiczki Katalin Karikó, Węgierki pracującej w Stanach, która miała świetny pomysł, żeby badać, co się stanie, gdy do komórki wprowadzimy RNA (kwas rybonukleinowy, który pełni funkcję nośnika informacji genetycznej). Uznawano, że to, co robi, nie ma sensu, a teraz właściwie zasługuje na Nobla. Dobrze pamiętam też poprzednią plagę, czyli AIDS w latach 80. Wprawdzie do dzisiaj nie mamy szczepionki i chyba jej nie będzie, bo to wirus nieludzko zmienny, ale dość szybko udało się opracować jeden lek, a potem drugi i kolejne. I udało się dzięki badaniom cyklu życiowego tego wirusa, mimo że od czasu do czasu pojawiają się głosy, że takie podstawowe badania są zbędne.

Na Netfliksie można obejrzeć serial dokumentalny „Selekcja nienaturalna” o metodzie CRISPR pozwalającej edytować DNA. Autorzy zderzają dwie wizje jej przyszłości: technologia w rękach wielkich korporacji farmaceutycznych lub w rękach ludzi – w filmie były naukowiec NASA sprzedaje wysyłkowo stworzone przez siebie zestawy do wykonania ingerencji we własne DNA lub innych stworzeń w warunkach domowych.

Domowa ingerencja w DNA to oczywiście metoda na zrobienie pieniędzy. (śmiech) Jak on zamierza ingerować w genom? Zrobi sobie fosforyzującą plamkę na skórze? Bo można zadziałać tylko miejscowo. Druga rzecz to kwestia terapii genowych, które są nieprawdopodobnie drogie, jak leczenie SMA (rdzeniowego zaniku mięśni). Istnieją sugestie, że firmy farmaceutyczne przesadzają z tymi cenami, a mówimy o milionach dolarów. Ale też terapgenowa jest wyspecjalizowaną i zindywidualizowaną procedurą – geny wprowadza się do DNA pacjenta za pomocą specjalnego wirusa. Czy mimo to musi być tak droga? Może będą tańsze i lepsze metody, ale na to musimy poczekać.

Naukowcy o tym dyskutują?

Bardziej gorąca jest dyskusja, która się toczy już od kilku lat: czy ograniczymy się do terapii genowej osób, które są chore, czy będziemy ingerować w organizm w stadium wczesnego zarodka. To jest trudny dylemat. Gdyby było możliwe spowodowanie, aby bez ryzyka mogło się urodzić zdrowe dziecko zamiast chorego, to trudno znaleźć argument, by tego nie robić. Jest też inne pytanie: jeżeli mamy wydać 2 miliony dolarów na konkretną osobę, czy nie lepiej wydać te 2 miliony dolarów w Afryce, gdzie jest strasznie dużo ludzi z anemią sierpowatą, po to, żeby dać im szczepionki i leki poprawiające ich życie. Takie dyskusje mają bardziej społeczny niż naukowy charakter i zazwyczaj obie strony mają przekonujące argumenty. Ale faktem jest, że w wielu krajach Afryki nie ma pieniędzy nawet na podstawową terapię, szczepionki czy antybiotyki.

W pani książce „Co kryje się w naszych genach?” czytałam o pomyśle stworzenia specjalnie dla biednych obszarów Azji „złotego ryżu”, czyli genetycznie zmodyfikowanego ryżu zawierającego witaminę A. Pomysł został zrealizowany, ale nigdy go nie wykorzystano.

Wyjaśnijmy, że niedobór witaminy A powoduje zaburzenia widzenia, a przewlekły – ślepotę. Liczba ludzi cierpiąca z powodu niedoborów tej witaminy jest na tyle duża, że wprowadzenie tego gatunku ryżu miałoby ogromne znaczenie. Nie mówiąc już o tym, że ryż jest absolutnie podstawowym pokarmem dla sporej części świata. Ale reakcja zielonych i organizacji Greenpeace na rozpowszechnienie ziaren takiego ryżu była tak gwałtowna, że pomysł zarzucono. Mimo że ponad stu laureatów Nobla podpisało się pod listem do przeciwników GMO w obronie złotego ryżu. Inny przykład, pochodzący od mojego kolegi prof. Pawła Golika: w Meksyku są trzy rośliny genetycznie modyfikowane – kukurydza, soja i bawełna. Nikt nie ma obiekcji wobec soi i bawełny, ale kukurydza jest problemem. Po pierwsze dlatego, że jest ona tam czymś tradycyjnym i prawie religijnym, a po drugie, modyfikowana kukurydza jest amerykańska i subwencjonowana, więc wypiera tę rodzimą. Obiekcje wobec GMO w takim przypadku są zrozumiałe. Jakie jest moje zdanie? Rośliny genetycznie modyfikowane to po prostu rośliny lepiej przystosowane.

A obiekcje, że to jest nienaturalne?

Teraz mamy sezon truskawek. Truskawki powstały z krzyżówki wykonanej, o ile dobrze pamiętam, przez francuskich rolników. Połączono dwa gatunki poziomek: pochodzące z Chile i z USA, które nigdy inaczej by się nie spotkały. Nie wiem, jaka część nas nosi okulary, ilu z nas żyje dzięki temu, że kiedyś dostaliśmy antybiotyk czy szczepionkę. Naturalność? Bez przesady. Wokół nas naturalne są chyba tylko grzyby i poziomki w lesie.

Badania nad DNA mają też wpływ na kryminalistykę. Szybkość rozwoju tej dziedziny powoduje, że coraz trudniej używać badań DNA do chwytania sprawców przestępstw.

Rzeczywiście, jesteśmy w stanie rozpoznać już tak małe ilości DNA, że na miejscu zbrodni możemy znaleźć dosłownie wszystko. Również DNA osób, obok których sprawca stał w metrze tydzień wcześniej. Ale z drugiej strony zdarzają się przypadki wykrycia sprawców przestępstw sprzed lat lub odwrotnie – uniewinnienia tych, których za zbrodnie skazano. Niedawno w Australii uwolniono z więzienia kobietę, która spędziła w nim 20 lat. Wszystko z powodu głupiej teorii zakładającej, że jeżeli w rodzinie umrze przedwcześnie więcej niż dwoje niemowlaków, zapewne matka jest morderczynią. Tej kobiecie umarło czworo niemowląt w wieku od 19 dni do kilkunastu miesięcy. Sąd uznał, że jest winna. Dwa lata temu zrobiono badania DNA i okazało się, że to był podwójny pech – dwoje z tych dzieci miało gen, który spowodował ich śmierć, dwoje kolejnych - inny, również śmiertelny. Kobieta przesiedziała 20 lat, nie tylko z okropną traumą po tym, jak zmarło jej czworo dzieci, ale także z odium dzieciobójczyni. Były też po czasie wyjaśnione wypadki znęcania się nad dziećmi – jak się później okazało, dzieci cierpiały na genetyczną chorobę powodującą ogromną kruchość kości. Zdaję sobie sprawę, że tutaj drogi genetyki krzyżują się z poufnością danych, ale uważam, że jeśli ktoś gwałcił i mordował, niech odpokutuje nawet po 20 latach, a niewinni niech nawet po tak długim czasie zostaną uniewinnieni. Poza tym dzisiaj w sprawach karnych DNA rzadko traktowane jest jako podstawowy dowód, raczej ma charakter pomocniczy.

Podczas słynnego procesu O.J. Simpsona w latach 90. mechanizm pozostawiania DNA był już znany naukowcom, ale powszechnie go nie rozumiano. Przedstawienie takiego dowodu na sali sądowej dzisiaj mogłoby doprowadzić do skazania znanego sportowca za dwa morderstwa, a wtedy na przysięgłych nie zrobiło to wrażenia.

Ten dowód mógł być rozstrzygający, ale wtedy wykorzystywanie DNA w kryminalistyce dopiero się zaczynało. To była pierwsza duża sprawa, w której użyto wiedzy o DNA, bezskutecznie. Na pocieszenie można dodać, że Simpson nie tylko został później skazany w procesie cywilnym, a następnie aresztowano go za napad i znalazł się w więzieniu.

Co mogą nam powiedzieć badania DNA? Czy warto je przeprowadzać?

Są tak zwane badania rekreacyjne sprawdzające, czy mam w uszach twardy wosk czy miękki albo czy jestem wrażliwa na kofeinę. Właściwie nie wiem, po co je robić, ale można. Są też badania, które są naciąganiem ludzi, sugerujące optymalną dietę czy idealny sport na podstawie badania kilku genów. To zupełnie nie ma sensu. Natomiast są też badania genetyczne, które warto robić z dwóch powodów. Pierwszy to choroby genetyczne. Jeżeli w naszej rodzinie występuje choroba genetyczna, warto wiedzieć, jaki ma typ dziedziczenia: wystarczy jeden zły gen po jednym rodzicu czy trzeba mieć dwa po obojgu. Można zapytać, czy warto wiedzieć, że mamy ten gen, czy nie. Moim zdaniem warto ze względu na przyszłość i potomstwo. Takie badania powinno się przeprowadzać w porozumieniu z genetykiem, ale ich jest w Polsce niewiele ponad stu i czekanie na wizytę może trwać długo.

A co w wypadku chorób nowotworowych w rodzinie?

Jeśli występują w rodzinie, warto się badać, bo w wypadku nowotworów wczesne wykrycie ma duże znaczenie. Inna sytuacja: zachorowaliśmy na nowotwór. Wtedy badanie genetyczne też ma sens. Badanie sekwencji DNA całego nowotworu i porównanie z sekwencją DNA ze zdrowej tkanki tego samego pacjenta pozwala sprawdzić, czy w tym nowotworze są zmienione geny, które można zaatakować konkretnym lekiem. Nie jest to jeszcze rutynowa metoda, i nie w każdym przypadku się sprawdza, ale jest to metoda przyszłości.

A badania pochodzenia?

Jest ich coraz więcej. Na początku można było badać linię chromosomu Y (ojca), teraz już badania są bardziej wszechstronne. Mnie osobiście mało interesuje, gdzie moi praprzodkowie zeszli z drzewa. Ale warto pamiętać, że dokładność informacji, skąd pochodzili, zależy przede wszystkim od zasobów bazy danych, jaką ma do dyspozycji firma. Te bazy teraz rosną i przydają się nie tylko do badań komercyjnych, ale także do badań naukowych czy ścigania przestępców. Zawsze powtarzam moim studentom, że jeśli mają zamiar popełnić przestępstwo, niech zadbają o to, żeby ich ciocia nie badała swojego DNA.

Ewa Bartnik - Genetyczka, profesorka nauk biologicznych, wykładowczyni akademicka, popularyzatorka nauki. Urodziła się w 1949 roku w Warszawie, i tu studiowała. Jest członkinią Komitetu Genetyki Człowieka i Patologii Molekularnej PAN, Komitetu Bioetyki przy Prezydium PAN i Rady Upowszechniania Nauki PAN oraz autorką książek: „ABC genetyki” i „Co kryje się w naszych genach?”.