Wacław Szybalski

Ostatnio gościliśmy w Lublinie profesora Wacława Szybalskiego z Uniwersytetu Wisconsin, członka zagranicznego PAN, doktora honoris causa UMCS i Uniwersytetu Gdańskiego. Prof. W. Szybalski zdobył światowe uznanie w wielu dziedzinach biologii, poczynając od genetyki komórek somatycznych, przez regulację bakteriofaga lambda, kończąc zaś na konstruowaniu narzędzi do analizy ludzkiego genomu. Powołał i redagował międzynarodowe czasopismo "Gene". W jego laboratorium szkolili się i pracowali uczeni z różnych kontynentów.

30 listopada 1998 roku na posiedzeniu Oddziałów Lubelskich PAN, PTG i PTBioch. prof. W. Szybalski wygłosił referat: "High fidelity cloning and rapid sequencing of the large genomes".

Wacław Szybalski urodził się we Lwowie w 1921 roku. Już jako student Lwowskiego Instytutu Technologicznego - w związku z brakiem w latach II wojny światowej tlenku glinu wysokiej jakości dla rozdziału chromatograficznego frakcji ropy naftowej - opracował dla tego celu metodę chromatografii bibułowej. Warto tutaj dodać, że chromatografię bibułową rozwinięto kilka lat później w Wielkiej Brytanii, zaś wynalazcy tej metody otrzymali Nagrodę Nobla. Takie były początki kariery naukowej Wacława Szybalskiego.

W latach 1945-49 pracuje na Politechnice Gdańskiej i uzyskuje tam tytuł naukowy doktora. Rok 1947 oraz lata 1949-50 spędził w Instytucie Technologii w Kopenhadze. W latach 1951-56 pracował w Laboratorium Cold Spring Harbor (USA). Wówczas właśnie tam formowały się zręby genetyki bakterii i wirusów. Pięć następnych lat pracował w Instytucie Mikrobiologii Uniwersytetu Rutgersa w New Brunswick a od 1960 roku jest profesorem onkologii w Uniwersytecie Wisconsin (USA).

Badania prowadzone przez W. Szybalskiego dotyczyły fizycznych, chemicznych i biologicznych właściwości kwasów nukleinowych, mechanizmu replikacji DNA, analizy molekularnej fagów a ostatnio analizy genomu ludzkiego.

Początkowo wiele uwagi poświęca zagadnieniom mutagenezy. Z Brysonem (Science, 1952) opracowuje metodę płytek gradientowych dla badań oporności bakterii na antybiotyki. Bada zagadnienia mutagenezy komórek ludzkich. Jako pierwszy zwraca uwagę na zależności między mutagenezą i onkogenezą. Pierwszy transformuje przy pomocy DNA komórki ludzkie.

Poważnym osiągnięciem prof. W. Szybalskiego było przebadanie zmian w DNA zachodzących po podstawieniu naturalnych zasad przez ich analogi, szczególnie 5-bromo- i 5-jododezoksyurydynę. Wyniki tych badań przyczyniły się do poznania mechanizmów mutacji: W. Szybalski udowadnia, że DNA jest głównym miejscem aktywności promieniowania. Następnie wykazuje, że mechanizm replikacji ludzkiego DNA przebiega w sposób semikonserwatywny. Doniosłym jego osiągnięciem było opracowanie metody mapowania delecji i inwersji w DNA przy zastosowaniu mikroskopii elektronowej. Udoskonalił metodę wirowania w gradiencie chlorku cezu. Następnie wykazał, że sekwencje insercyjne są swoistymi "genami skaczącymi". Dużo uwagi poświęca zagadnieniom procesu transkrypcji; określa jego kierunek i terminację, bada zjawiska antyterminacji transkrypcji. Doświadczenia W. Szybalskiego (Nature, 1972; Mol. Gen. Genet., 1973) antycypują - przyjęte po latach - pojęcie intronu.

Badania prof. Szybalskiego nad enzymami restrykcyjnymi, szczególnie nad modyfikacją ich specyficzności, mają istotne znaczenie dla inżynierii genetycznej (Science, 1988). Opracowuje nową metodę uzyskiwania oporności roślin na zakażenia wirusami. W tym celu stosuje geny wirusów roślinnych z negatywnymi mutacjami dominującymi w stosunku do zakażającego wirusa (Gene, 1991).

Ostatnio W. Szybalski ze swoim zespołem angażuje się z charakterystyczną dla niego energią w zagadnienia sekwencjonowania ludzkiego DNA. I w tej dziedzinie ma istotne osiągnięcia wprowadzając oryginalną technikę szybkiego sekwencjonowania dużych genomów.

Przed kilku laty recenzent jednego z projektów badawczych W.Szybalskiego pisze: "at the age of 72, the applicant appears to be just entertaining his creative prime".

Badania prof. Szybalskiego nad mechanizmem transkrypcji i jego kontrolą, biologią molekularną faga lambda a także osiągnięcia w opracowywaniu i stosowaniu precyzyjnych metod genetycznych i molekularnych sprawiły, że stał się autorytetem w wielu dziedzinach współczesnej biologii. Jako wybitny specjalista jest zapraszany do wygłaszania referatów plenarnych na licznych międzynarodowych zjazdach. W uznaniu zasług staje się prof. W. Szybalski członkiem honorowym wielu Uczelni, Akademii i Towarzystw Naukowych. Dwa uniwersytety - UMCS i Uniwersytet Gdański - nadały mu tytuły doktora honoris causa. Został mianowany dożywotnim członkiem American Association for Advancement of Science, członkiem Duńskiej Akademii Nauk Technicznych, honorowym członkiem Włoskiego Towarzystwa Biologii Doświadczalnej, Polskiego Towarzystwa Mikrobiologów, Polish Medical Alliance - Chicago. W 1995 roku prof. W. Szybalski zostaje członkiem zagranicznym PAN. Otrzymuje szereg nagród i odznaczeń, m.in. Nagrodę Niemieckiej Akademii Wiedzy i Literatury (Mainz, Niemcy), Nagrodę Alfreda Jurzykowskiego (USA), Hilldale Award, najwyższe odznaczenie Uniwersytetu Wisconsin, Złoty Medal G. Mendla nadany przez Czeską Akademię Nauk.

Powołał do życia i przez 20 lat redagował czasopismo "Gene", w którym publikowane są najnowsze osiągnięcia dotyczące klonowania i sekwencjonowania genów oraz ich struktury i funkcji.

Prof. W. Szybalski utrzymuje liczne kontakty z ośrodkami naukowymi całego świata, także polskimi. Kontakty z Polską polegają m.in. na udziale w zjazdach naukowych, wygłaszaniu referatów, pomocy w szkoleniu uczonych. W laboratorium prof. Szybalskiego przebywało na długoterminowych stażach ok. 65 osób z całego świata, a szczególnie Czechosłowacji, Węgier, Niemiec i z Polski, także z naszego ośrodka.

Opublikował ponad 360 prac doświadczalnych i przeglądowych. Poza własnymi badaniami oddziaływał na rozwój nauk biologicznych w Środkowo-Wschodniej Europie.

Rzadko się zdarza, aby jeden człowiek wniósł tyle do swojej dziedziny badań. Dorobek prof. W.Szybalskiego trudno ograniczać do zagadnień biologii molekularnej. Ma on przecież istotne osiągnięcia w dziedzinie genetyki bakterii i bakteriofagów. Jego szczegółowe badania nad regulacją ekspresji genów w stosunkowo prostym systemie faga lambda umożliwiło zrozumienie, jak komórki i organizmy kontrolują swój wzrost i rozwój.

Opracowywał metody wbudowywania analogów zasad organicznych do wirusów, bakterii i komórek zwierzęcych. Badał efekty zmian materiału genetycznego na funkcje biologiczne (szczególnie przy zwalczaniu nowotworów). Otrzymywał pierwsze mutanty w hodowlach tkankowych o określonym defekcie.

Prace prof. W.Szybalskiego zdobyły szerokie uznanie w świecie nauki. Stanowią istotny wkład do podstawowych zagadnień współczesnej biologii.

Wkład Wacława Szybalskiego do nauk biologicznych i technologii jest wyjątkowy ze względu na jego zakres, twórczość i ciągłość.

Genom - etyczne refleksje

Żyjemy w okresie niespotykanego wcześniej postępu w dziedzinie nauk biologicznych, wśród których prym zdaje się wieść genetyka molekularna. Osiągnięcia w dziedzinie genetyki okazują się jednak nie tylko fascynować. Prowadzone badania, a także praktyczne zastosowania odkryć w dziedzinie genetyki odczytywane są przez wielu jako zagrożenie. Aby móc odpowiedzieć na pytanie, czy obawy związane z praktycznym wdrażaniem postępu genetyki są słuszne, należy najpierw zweryfikować problem na poziomie samej genetyki analizując tak charakter prowadzonych badań, jak i ich skutki.
Z chwilą gdy przedmiotem badań są mikroorganizmy, rośliny i zwierzęta pytamy głównie o to, czy są to badania moralnie dopuszczalne i czy skutki ewentualnych modyfikacji genetycznych nie stanowią zagrożenia dla środowiska naturalnego i dla człowieka. Sam przedmiot badań nie budzi tutaj wprost moralnych kontrowersji. W przypadku zwierząt dodatkowo stawiany jest warunek, by prowadzenie eksperymentów nie wiązało się z zadawaniem im bólu, a same eksperymenty znajdowały uzasadnienie w wymiernej korzyści dla człowieka. Korzyści takie zostały tu już odnotowane (insulina rekombinacyjna, farmaceutyki w mleku zwierząt transgenicznych). Warunek bezpieczeństwa stawiany jest szczególnie ostro w odniesieniu do wprowadzania na rynek transgenicznej żywności, wiąże się on z trudnością przewidzenia wszelkich skutków transgenizacji. Ekspertami w tym miejscu mogą być oczywiście genetycy, którzy zasadniczo przyznają, że jest to żywność bezpieczna.
Perspektywa etyczna zmienia się w momencie, gdy badania genetyczne dotyczą wprost człowieka. Niezależnie od przyjmowanych systemów filozoficznych i światopoglądowych uznajemy bowiem, że w tym momencie mamy do czynienia z kimś, kogo nie możemy traktować tylko jako przedmiot badań. Budzących wiele emocji badań nad genomem człowieka nie można jednak w tym miejscu oskarżyć o naruszania ludzkiego dobra - badania dotyczą bowiem genomu - strukturalnej jednostki biologicznej ludzkiego organizmu, a nie człowieka jako takiego. Uzyskane w badaniach nad genomem informacje dotyczące konkretnego człowieka mogą być wykorzystywane z naruszaniem jego dobra (np. problem tzw. "paszportu genetycznego"), nie są to jednak zastrzeżenia do badań jako takich, ale do wykorzystywania ich skutków. Wykorzystywanie to natomiast okazuje się ambiwalentne. Osobny problem w badaniach nad genomem stanowi możliwość uznania za etycznie słuszne patentowania odkrytych fragmentów DNA. Wziąwszy pod uwagę, że mamy tu do czynienia z odkryciem, a nie wynalazkiem, już w punkcie wyjścia patentowanie wydaje się kontrowersyjne.
W sytuacji gdy badania dotyczą już nie tylko ludzkiego materiału biologicznego, ale rozwijającego się ludzkiego życia, etyka stawia pytanie o to, czy mają one wymiar terapeutyczny, czy eugeniczny, i w tym ostatnim wypadku opowiadać się będzie zdecydowanie przeciw ich prowadzeniu. Pamiętać jednak należy, że idee eugeniczne nie są dziełem biologów, ale humanistów. Gdyby zatem szukać odpowiedzialnych za pojawiającą się dzisiaj np. na poziomie życia prenatalnego tzw. redukcję terapeutyczną zarodków, biolog pozostawałby tym, który dysponuje "narzędziami", humanista natomiast ideologiem tworzącym jej moralne uprawomocnienie. To nie znaczy, że biolog pozostaje poza obszarem moralnej odpowiedzialności, to znaczy, że budzenie bądź przytępianie jego moralnej wrażliwości jest często - przynajmniej po części - zależne od humanisty.
Należałoby zatem pamiętać, że osiągnięcia współczesnej genetyki nie powstają w "próżni", że towarzyszy im określony etos społeczeństwa w dużej mierze kształtowany przez humanistów. Aby odpowiedzieć na pytania natury moralnej związane z postępem biologii potrzebny jest dialog pomiędzy przedstawicielami obu dyscyplin, dialog w którym często trudno będzie o jednoznaczne odpowiedzi - dotykamy wszak zupełnie nowych możliwości. W sytuacji takiej zasada ostrożności i odpowiedzialności wydaje się szczególnie ważna. Może się bowiem okazać, że zaryzykowaliśmy zbyt wiele ...

Wiek XX był wiekiem genu, wiek XXI będzie wiekiem genomu.

          Ostatnie lata przyniosły znaczny postęp w badaniach naukowych materiału genetycznego. Dynamicznie rozwijająca się nowa dziedzina naukowa nazwana genomiką wniosła nową jakość do laboratoriów. Elektroforeza, PCR i podobne metody badawcze zostały zasilone "posiłkami" w postaci potężnych narzędzi takich jak, szybkie sekwencjonatory, mikromacierze DNA, analiza transkryptomu i proteomu, small interfering RNA i inne. Wszystkie te metody dostarczają w bardzo krótkim czasie bardzo wielu informacji, których analiza i interpretacja możliwa jest dzięki zastosowaniu nowoczesnych systemów informatycznych.
          Na stronach pisma "Nature" można obejrzeć lub ściągnąć na dysk swego komputera animacje przedstawiające zasadę procesu interferencji RNA. Jest to narzędzie, z którym związane są ogromne szanse badawcze dla nauki.

Animacja przestrzenna przedstawiająca replikacje DNA

          Zapraszam na stronę http://www.wehi.edu.au/. Warto zobaczyć umieszczone na tej stronie, niesamowite animacje przedstawiające proces replikacji DNA. Można je oczywiście ściągnąć i zapisać na swoim dysku. Są dostępne w formacie .mov więc, wymagany jest QuikTime Player by móc odtworzyć te animacje. Dla osób które nie mają tego programu przygotowane mamy pliki w formacie .avi do odtworzenia przy pomocy większości programów. Pliki te spakowane zostały WinRAR'em.

           DNA REPLICATION Camera: Above
           DNA REPLICATION Camera: Front
           DNA REPLICATION Camera: Back Left
           DNA REPLICATION Camera: Back Right
           Wszytkie animacje jednocześnie. DNA REPLICATION Camera: All

J.D.Watson F.H.Crick
"Molucular Structure of Nucleic Acids"
NATURE; April 25, 1953

M. Wilkins
"Molucular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids"
NATURE; April 25, 1953

          Zbieg okoliczności sprawił, że w krótkim przeciągu czasowym gdyż jedynie w odstępie dwóch miesięcy przyszło nam pożegnać na zawsze dwóch wybitnych uczonych zaangażowanych w największe odkrycie XX wieku.
          Maurice Wilkins zmarł 05.10.2004roku. Był pionierem w dziedzinie genetyki. To jego prace miały przeogromny wpływ na odkrycie struktury cząsteczki DNA. O ile J. Watson oraz F. Crick to najsłynniejsze osoby biorące odział w badaniach nad strukturą DNA o tyle Maurice Wilkins wraz z Rosalind Franklin stanowią parę naukowców często niedocenianych pod względem wkładu pracy nad budową tej cząsteczki. Nie wielu zdaje sobie sprawe z tego jak ważni to byli ludzie i jak bardzo pomogli Watsonowi i Crickowi. Portal "Wirtualna Polska" umieścił nawet notatkę o śmierci Wilkinsa, jednak umieszczone obok zdjęcie to podobizna niedawno zmarłego Cricka http://wiadomosci.wp.pl/.
          Wilkins używał jako metody badawczej dyfrakcji rentgenowskiej, którą to zastosował do badania struktury DNA. Otrzymał on obrazy DNA o bardzo dobrej jakości i wyrazistości. Właśnie te obrazy były tymi, które pomogły rozwiązać zagadkę DNA.

          Download PDF z orginalną pracą Wilkinsa "Molucular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids" Artykuł do pobrania, jako archiwum WinRAR.
          Wszystkie artykuły pochodzące z czasopisma "Nature" wydanego 25 kwietnia 1953 roku i traktujące o badaniach nad strukturą cząsteczek DNA dostępne są na stronie pisma "Nature". Komplet tych samych artykułów zapisanych w formacie .pdf jako jedno archiwum WinRAR`a można ściągnąć tutaj.
          Niedawno również zmarł Francis Crick współautor przełomowego odkrycia struktury DNA. W ubiegłym roku obchodziliśmy 50-cio lecie tego odkrycia. Zapraszam do zapoznania się z oryginalną pracą tych dwóch wybitnych naukowców, za którą to zostali uhonorowani nagrodą Nobla.
          Po dokonaniu tego przełomowego odkrycia nadal zajmował się tematyką biologii molekularnej badając sposób, w jaki informacja zapisana w DNA jest wykorzystana do syntezy białek. To on przedstawił "hipotezę kolejności", czyli że kolejność nukleotydów w cząsteczce DNA determinuje za pośrednictwem odpowiedniego kodu kolejność aminokwasów powstającego białka. Sformułował również "centralny dogmat" mówiący, że informacja z DNA przebiega w kierunku białka, ale nigdy odwrotnie. Przez ostatnie lata swej pracy, Francis Crick zajmował się problemem fenomenu układu nerwowego. Napisał na ten temat książkę, którą wydano również w języku polskim "Zdumiewająca hipoteza, czyli nauka w poszukiwaniu duszy". Głównym przesłaniem tej popularnonaukowej pozycji było uświadomienie szerokiemu czytelnikowi, że nasze odczucia emocjonalne i zmysłowe oraz świadomość są kontrolowane za pośrednictwem nieustających reakcji chemicznych w mózgu.
          Więcej informacji na temat odkrywców i historii odkrycia struktury DNA znajdziecie na Internetowej stronie tygodnika "Polityka".

  

Download PDF z orginalną pracą "Molucular Structure of Nucleic Acids"
Ten sam artykuł, jako archiwum WinRAR. Molucular Structure of Nucleic Acids

          Okolicznościowe logo wyszukiwarki internetowej Google z okazji pięćdziesiątej rocznicy odkrycia struktury DNA - 50th Anniversary of Understanding DNA - April 25, 2003

Genetyka cech ilościowych zwierząt w praktyce.

          Bardzo ciekawe opracowanie dotyczące metod hodowlanych z możliwością pobrania na swój komputer, udostepnione jest na stronie pana dr Tomasza Strabela http://jay.au.poznan.pl/~strabel/. Na stronie tej znależć można więcej interesujących dokumentów do pobrania oraz dwa programy pomocne przy obliczeniach w dziedzinach związanych z genetyką.
          Konspekt do pobrania w formacie PDF Genetyka cech ilościowych zwierząt w praktyce.

Folding@home

          Program Genome@home zakończył działalność 15 04 2004 r. Obliczone i zebrane dane wykorzystywane są przez uczonych z całego świata. Bezpośrednim następcą tego projektu stał się automatycznie program obliczeń rozproszonych Folding@home. Nadal pozwala on wspierać naukowców zajmujących się ludzkim genomem, tworzeniem protein i całą biochemią molekularną.
          Każdy, kto ma komputer i dostęp do Internetu może wykonywać obliczenia dla Folding@home. Często czynności wykonywane na komputerze wykorzystują minimalną część mocy obliczeniowej. Bez szkody dla komputera i bez szwanku dla innych czynności, które wykonujemy przy pomocy tej maszyny możemy pozwolić by w tle niezauważalnie trwał proces liczenia. Uruchamiany program pracuje z najniższym priorytetem. Oznacza to, że każda inna czynność, jaką wykonamy na komputerze, każde inne polecenie zostanie potraktowane jako ważniejsze od obliczeń. Dzięki temu obliczenia te nie spowolnią żadnego z procesów na komputerze i odbywają się niezauważalnie.
          Jak rozpocząć współprace z milionami ludzi na całym świecie przy tym projekcie? Polecam najpierw zajrzeć na stronę http://www.folding.prv.pl/ gdzie wszystko jest dokładnie opisane oraz umieszczono tam dużą ilość linków. Więcej informacji można zdobyć bezpośrednio u członków projektu Folding@Home, którzy wymieniają się informacjami w obrębie grupy dyskusyjnej.

Akademicka Telewizja Naukowa - programy o tematyce genetycznej

          Zapraszam do odwiedzenia multimedialnej telewizji ATVN. Misją jej, jak sami twierdzą autorzy tej internetowej akademickiej telewizji jest popularyzowanie nauki w Polsce. Odbywa się to poprzez udostępnianie wiedzy możliwie jak najszerszej rzeszy społeczeństwa. Mamy tu ogromny zbiór nagranych programów wideo, bohaterami, których są wybitni polscy naukowcy przedstawiający swoje osiągnięcia naukowe i opowiadający o dziedzinach naukowych w obrębie, których pracują. By móc korzystać z dobrodziejstw ATVN niezbędne jest zainstalowanie darmowego programu RealPlayer
          Ze swej strony polecam szczególnie te programy, które dotyczą genetyki.

Od genetyki do genomiki

artykuł lek. med. Ryszarda Feldmana

Niewiele jest w nas tego, co nie pozostaje pod kontrolą genów. Może nawet nic. Nasze człowieczeństwo i nasza tożsamość, nasze ego, jest zakodowane w sekwencji par zasad nukleotydów.

W ciągu najbliższej dekady pacjenci będą poddawani kompleksowym badaniom genetycznym, za pomocą których wykryje się u nich potencjalne i realne zagrożenia
chorobami lub choroby we wczesnym stadium zaawansowania.

Mówi się, że wiek XX był wiekiem genu, a wiek XXI będzie wiekiem genomu.

Człowiek, jak każda żywa istota, posiada swój indywidualny zapis genetyczny zawarty w podwójnych niciach DNA jądra komórkowego. Ten zapis nazywamy genomem. Składa się on z ok. 80 tysięcy genów, które utworzone są z nukleotydów z charakterystyczną dla każdego z nich kolejnością par komplementarnych zasad purynowych i pirymidynowych.

Liczba par zasad w naszym genomie jest bardzo duża - 3,5 miliarda lub nawet więcej! Wystarczająco duża, by za pomocą ich sekwencji ułożyć kod (rodzaj ciągu znaków) i zgromadzić niemal całą informację o nas samych: o naszej tożsamości i inności, odrębności gatunkowej, rasowej i osobniczej. To geny, a dokładniej - ściśle określona sekwencja ułożonych w nich par zasad, decydują, że mamy taki, a nie inny kolor skóry, włosów, kształt nosa, że jesteśmy wysocy albo niscy, że mamy skłonność do tycia albo jesteśmy szczupli, mimo zajadania się kremówkami.

Nasze geny decydują także o tym, kiedy zaczynamy dojrzewać, starzeć się i wreszcie o tym, jak długo "zgodnie z planem natury" będziemy żyć, o ile nie przytrafi się nam nieszczęśliwy wypadek. Ale i na to wpływ genów wydaje się być dość oczywisty, choć nie bezpośredni, bo przecież one decydują, jacy jesteśmy: spokojni albo wybuchowi, rozważni albo nieroztropni, ulegający niebezpiecznym pokusom, np. pokusie szybkiej jazdy samochodem. Od genów zależy, na co chorujemy, jak chorujemy, jak się bronimy przed chorobami.

Geny wreszcie kształtują "nasze wnętrze", naszą psychikę, to, co nas najwyraźniej odróżnia od innych, nawet najbliższych genetycznie osób. Są także bezwzględnym "strażnikiem" ograniczającym naszą swobodę i niezależność wyboru. Geny zakreślają nasze możliwości poznania. Z tego punktu widzenia myśl Kartezjusza cogito ergo sum jest nieprawdziwa. To bowiem, że myślimy tak, a nie inaczej, a nawet to, że w ogóle myślimy, wynika z tego, że jesteśmy tacy, jacy jesteśmy - a o tym, jacy jesteśmy, decyduje nasz kod genetyczny, nasze własne geny. Niewiele jest w nas tego, co nie pozostaje pod kontrolą genów. Może nawet nic. Nasze człowieczeństwo i nasza tożsamość, nasze ego, jest zakodowane w sekwencji par zasad nukleotydów.

Human Genome Project

W historii biologii i medycyny w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat zaszły dramatyczne zmiany związane z odkryciami w dziedzinie biochemii molekularnej i genetyki, dotyczącymi budowy i funkcjonowania takich niezwykłych struktur, jakimi są białka oraz kwasy nukleinowe: DNA i RNA. Wszystkie te odkrycia konsekwentnie (choć różnymi drogami) prowadziły i prowadzą badaczy do oczywistego już dziś celu, tj. do rozszyfrowania wszystkich struktur i mechanizmów, które inicjują, inspirują, nadzorują i kontrolują funkcjonowanie człowieka, czyli do zrozumienia w szczegółach, jaki jest i jak działa nasz kod genetyczny.

Jak powiedzieliśmy, ludzki genom zawiera ok. 3,5 miliarda par zasad purynowych i pirymidynowych, których sekwencja decyduje o budowie 80 tysięcy genów. Zsekwencjonowanie (ustalenie kolejności) par zasad w genach jeszcze na początku lat 80. wydawało się zadaniem przekraczającym ludzkie możliwości. Nie było bowiem odpowiednich narzędzi badawczych ani pieniędzy potrzebnych do zrealizowania tego może najbardziej ambitnego programu badawczego, jaki się zrodził w ludzkich umysłach.

W 1988 roku amerykański Kongres zatwierdzil wsparcie finansowe dla dwóch federalnych instytucji: Departamentu Energii (DOE - Department of Energy) i Narodowego Instytutu Zdrowia (NIH - National Institutes of Health), które umożliwiło rozpoczęcie przez nie realizacji projektu określonego nazwą Human Genome Project (HGP) - zadania ostatecznego rozkodowania sekwencji par zasad ludzkiego genomu. Wstępnie założono, że badanie będzie trwało co najmniej 15 lat i cel zostanie osiągnięty w 2005 roku.

W międzyczasie technologia badań nad genomem zaczęła się rozwijać w zawrotnym tempie, a do realizacji projektu włączyły się liczne ośrodki naukowe z innych krajów. Dzięki temu osiagnięcie wytyczonego celu stało się możliwe w czasie krótszym, niż pierwotnie zakładano. Dzisiaj panuje wśród badaczy przekonanie, że wstępne całościowe ustalenie składu genomu ludzkiego nastąpi w 2001 roku, a więc już bardzo niedługo. Oczywiście będzie to na razie wersja "robocza" z wieloma niedociągnięciami i lukami. Ostateczny cel prawdopodobnie będzie osiągnięty w kilka lat później. Jednak amerykańscy i angielscy optymiści mówią o 2003 roku jako przełomowym, kiedy już "wszystko będzie wiadome".

Cztery "A", czyli co chcemy uzyskać

Amerykanie, charakteryzując to, co ma być wynikiem badań w ramach HGP, używają (skrótowo) czerech określeń, zaczynających się na literą "a".

A więc ma on być:

• Accurate - czyli dokładny, pozbawiony błędów. Dokładność (bezbłędność) musi osiągnąć wartość 99,99%!

• Assembled - właściwie "zmontowany". Trzeba pamiętać, że różne ośrodki badawcze zajmują się sekwencjonowaniem wybranych (jakby "wyrwanych z szerszego kontekstu") wycinków jądrowego DNA. Zbadane już fragmenty muszą następnie być tak zestawione, by utworzyły podwójne nici DNA - takie jakie są w naturze, w naszych chromosomach.

• Affordable - przynoszące pożytek, określone korzyści. Muszą być w związku z tym stworzone tanie technologie pozwalające wykorzystywać w rozmaity sposób wyniki uzyskane w ramach HGP.

• Accessible - baza danych z opisem produktu powinna być dostępna dla szeroko rozumianego odbiorcy przez 24 godziny na dobę. Jest to niesłychanie ważne. Chodzi bowiem o to, by różne ośrodki badawcze, zajmujące się wykorzystaniem naukowym informacji o naszym genomie, miały bezpośredni, niczym nieskrępowany do niej dostęp. I ważne jest, by nie był on płatny! Trzeba wiedzieć, że uzyskane w ramach HGP informacje będą zapewne powszechnie wykorzystywane w badaniach nad naturą bardzo wielu zjawisk związanych z ludzkim życiem, z biologią człowieka, zwłaszcza zaś chorób, nie tylko monogenetycznych. Wydaje się, że dostęp do wiedzy o genomie może dramatycznie przyśpieszyć rozwój tych badań i przynieść wspaniałe rezultaty.
  
  Dlatego w 1996 roku grupa naukowców badających ludzki genom wystąpiła z niezwykłym apelem, by wiedza o ludzkim genomie była powszechnie dostępna, między innymi po to, by niepotrzebnie nie dublować różnych ważnych badań naukowych.
  
  Rezultatem tego wystąpienia jest m.in. fantastyczna baza danych w Internecie na stronie www.ncbi.nlm.nih.gov. w GeneBank w Ameryce. W bazie tej są już mapy genomów ogromnej liczby gatunków. Jest ona modyfikowana z tygodnia na tydzień. Już teraz można zobaczyć, na którym chromosomie, w którym dokładnie jego miejscu zaszła mutacja odpowiedzialna za określone schorzenie. Oczywiście - ta mapa jest jeszcze bardzo niepełna, ale z dnia na dzień obraz staje się bardziej dokładny. Dzięki zbiorom w GeneBank można dokonywać niezwykłych porównań ludzkiego genomu z genomem gatunków bardzo oddalonych w systematyce od człowieka, a więc nie tylko z genomem ssaków, np. myszy, ale też owadów (much), a nawet drożdży. Tu można dostrzec, jak wiele wspólnego mamy z najprostszymi formami życia.

Co nam to da?

Przede wszystkim należy podkreślić, że samo odkrycie sekwencji genetycznej nie oznacza jeszcze pełnej wiedzy o mechanizmach działania genów. Jest dopiero wstępem do jej uzyskania. Mówi się, że wiek XX był wiekiem genu, a wiek XXI będzie wiekiem genomu. Genetykę zastąpi genomika, która wyjaśni wszystkie owe mechanizmy.

Jednak nawet już dziś, choć mechanizmy te dopiero poznajemy, wyniki uzyskane dzięki pracom nad HGP mogą być wykorzystane w rozmaity sposób.

Dzięki "mapowaniu" genomu i badaniom porównawczym można np. dokładnie prześledzić występowanie jakichś genetycznych zaburzeń w określonych rodzinach na przestrzeni kilku pokoleń.

Ważne jest tu odnalezienie genetycznych markerów choroby, które w gruncie rzeczy są zmutowanymi fragmentami DNA (mutacjami), posiadającymi nieco odmienne od prawidłowej sekwencje zasad. Odszukano już 6000 takich właśnie markerów.

Mapy genomu pozwalają na reprodukowanie (klonowanie) określonych, "podejrzanych" fragmentów chromosomów lub nawet całych chromosomów. Chodzi o to, by mieć kopie tych fragmentów genomu do powtarzalnych wielokrotnie badań umożliwiających wykrycie defektu w sekwencji par zasad, a także opisanie zjawisk, jakie wynikają z tego defektu.

Mapowanie genetyczne pozwoli na izolowanie (określenie sekwencji zasad) i klonowanie genów odpowiedzialnych za określone schorzenia. Wyizolowano już 100 genów, które wiąże się z występowaniem określonych chorób. Można je już teraz, mając dostęp do Internetu, zobaczyć.

Odszukanie genu daje szanse zrozumienia istoty choroby na podstawowym poziomie. Ważne są tu mechanizmy, za pomocą których gen oddziałuje na struktury komórkowe (właśnie to jest jednym z zadań genomiki). Dopiero zrozumienie tych mechanizmów pozwoli zastosować odpowiednie leczenie oraz, co wydaje się jeszcze ważniejsze, wprowadzić metody zapobiegawcze.

Już od dłuższego czasu wykonuje się rozmaite testy genetyczne w celu wykrycia zmutowanych genów, będących sprawcami poważnych schorzeń. Dotyczy to na przykład rodzinnej hipercholesterolemii, hemochromatozy czy fenyloketonurii.

Wielkim sukcesem okazały się badania genetyczne w rodzinach, w których często po-jawia się rak piersi - zidentyfikowano mutacje genów BRCA1 i BRCA2 odpowiedzialnych za tę chorobę. Ważne wydają się wyniki badań nad identyfikacją genu odpowiedzialnego za chorobę Parkinsona, a także za jedną z postaci cukrzycy - MODY 2. Wiele już wiadomo na temat genetycznych "korzeni" rodzinnej polipowatości jelita grubego, która jest schorzeniem prowadzącym do raka jelita grubego.

Dzięki HGP będzie można badać zróżnicowanie genetyczne (polimorfizm genów: insercyjny albo delecyjny) w określonych populacjach, mniejszych i większych, np. u chorych z nadciśnieniem tętnicznym albo cukrzycą - i tworzyć mapy odchyleń od tzw. normy. Polimorfizm bada się u członków rodziny osoby z określonym schorzeniem, aby stwierdzić predyspozycje do danej choroby w tej rodzinie i określenie prawdopodobieństwa jej wystąpienia u poszczególnych jej członków.

Dzięki HGP nie tylko będzie można ustalać, jakie indywidualne funkcje pełnią określone geny, ale też osiągnięta zostanie wiedza na temat wzajemnego oddziaływania całych kompleksów genów i jego skutków fenotypowych. Ma to np. wielkie znaczenie w ustaleniu genetycznych związków pomiędzy różnymi chorobami.

Zidentyfikowanie, dzięki HGP, zmienności genetycznych pozwoli lekarzom stworzyć nową szczegółową genetyczną klasyfikację chorób umożliwiającą stosowanie indywidualnej terapii.

Jest to bardzo ważne. Każdy lekarz, nawet młody i niedoświadczony, wie, że tzw. standardowe leczenie wielokrotnie zawodzi u sporej grupy chorych. Niejednokrotnie "na nosa" szuka się optymalnej terapii i często się jej, mimo wysiłków, nie znajduje. Optymalnej - czyli skutecznej i pozbawionej działań niepożądanych. Terapie oparte na genetycznej klasyfikacji chorób uzyskanej dzięki wynikom HGP będą bardzo zindywidualizowane, a zatem optymalne.

Można tu przytoczyć klasyczny już przykład małej skuteczności leków wpływających na transmisję cholinergiczną w mózgu w chorobie Alzheimera. Dzięki badaniom genetycznym wiadomo, że niektórzy chorzy z genem dla apolipoproteiny E są mało podatni na leczenia takryną. Ci pacjenci powinni być leczeni inaczej. Jak? To pytanie pozostaje na razie bez odpowiedzi. Inny przykład: u niektórych chorych z hipercholesterolemią podawanie statyn jest nieskuteczne i wynika to ze zidentyfikowanego defektu genetycznego współistniejącego z chorobą. Ci chorzy nie mogą liczyć na statyny. Muszą otrzymywać coś w zamian. Co? To się najpewniej niedługo okaże.

Ruszyła już produkcja leków oparta na genomice. Co więcej - amerykański Federalny Urząd ds. Żywności i Leków (FDA) zaaprobował aż 50 nowych leków, których działanie jest zgodne z wynikami badań genetycznych! Nie chodzi tu tylko o leki będące produktami ludzkich rekombinowanych genów lub o samą "czystą" terapię genową (zastępowanie zmutowanego genu "zdrowym" albo wprowadzanie genu fałszującego, hamującego jakąś patologiczną czynność), lecz o takie leki, których działanie oparto na rezultatach badań nad wpływem genów na określone struktury i mechanizmy wewnątrzcytoplazmatyczne i błonowe.

Nadzieja czy zagrożenie?

Entuzjaści HGP uważają, że w ciagu najbliższej dekady pacjenci będą poddawani kompleksowym badaniom genetycznym, za pomocą których wykryje się u nich potencjalne i realne zagrożenia chorobami lub choroby we wczesnym stadium zaawansowania. Dzięki temu będzie można ich poinformować o konieczności zastosowania profilaktyki lub wczesnego leczenia. Rozwinie się nowa gałąź medycyny - medycyna genetyczna. Jej specjaliści będą decydować o sposobie leczenia i kierować pacjentów do określonych placówek zajmujących się takim leczeniem.

Czy wyniki badań genetycznych będą w praktyce wykorzystywane tylko dla dobra pacjenta, dla dobra człowieka? Już dziś mówi się o tzw. genetycznej dyskryminacji. Osoby z wykrytymi (często utajonymi) defektami genetycznymi mogłyby np. nie znaleźć zatrudnienia albo mogłyby nie uzyskać odpowiedniego ubezpieczenia zdrowotnego. Wiedza o genomie poszczególnych osób powinna być więc odpowiednio strzeżona i chroniona bardzo precyzyjnymi regulacjami prawnymi - w Ameryce już dziś dużo się czyni w zakresie prawnej ochrony osób, które są badane genetycznie. Ale czy będziemy bezpieczni? Już teraz jest coraz mniej ochotników do badań genetycznych, ponieważ ludzie obawiają się, że wyniki takich badań mogą być użyte przeciwko nim.

Zostawmy jednak to zagadnienie; być może wrócimy do niego przy innej okazji. Warto tu natomiast postawić pytanie ogólniejsze.

Wyniki badań HGP stwarzają możliwość naprawy genomu człowieka. Taka naprawa będzie możliwa w najwcześniejszym okresie życia płodowego. Jak daleko zabrniemy w poprawianiu Natury? Na to - fundamentalne i nie retoryczne - pytanie trzeba będzie odpowiedzieć. I nie jest to pytanie skierowane tylko do badaczy, lecz do każdego z nas z osobna. Musimy się zastanowić, czy chcemy być tacy, jakimi nas stworzyła natura, czy może całkiem innym gatunkiem. Czas szybko płynie. Nie można zwlekać z odpowiedzią.

Gen ? funkcjonalna jednostka dziedziczności zbudowana z odcinka DNA o specyficznym układzie nukleotydów. Pojedynczy gen wyznacza sekwencję aminokwasów jednego łańcucha polipeptydowego. Zawiera informację genetyczną. Mogą być geny: alleliczne, letalne, mozaikowe, podzielone, semiletalny, strukturalny.
Genotyp ? całość inf. Genetycznej danego osobnika zlokalizowana w genach. Pod wpływem czynników środowiska genotyp oznacza zespół cech zew. Org.(fenotyp) terminem tym określa się również układ alleli jednego lub kilku genów.
Chromosomy ? struktury komórkowe będące podstawowymi składnikami jądra komórkowego. Zawierają DNA, białka histonowe i niehistonowe. Liczba, wielkość i kształt ich są stałe dla danego gatunku (kariotyp). Cechy morfologiczne chromosomów bada się najlepiej podczas metafazy i anafazy: w czasie interfazy nici DNA ulegają despiralyzacji (chromatyna)
Cecha dominująca ? cecha uwarunkowana dominacja jednego >allelu nad drugim. Allel dominujący przeważa Allel recesywny w wytworzeniu danej cechy.
Cecha recesywna ? cecha ustępująca, uwarunkowana przez Allel recesywny, nie ujawniający się w obecności allelu dominującego. C R ujawnia się tylko u osobników homozygotycznych.
Homozygoty ? komórka lub organizm wielokomórkowy mający identyczne allele w jednej lub więcej parach genów. Literami AA oznaczany jest osobnik homozygotyczny w odniesieniu do dominującej cechy A, literami aa ? w odniesieniu do recesywnej a. osobnik homozygotyczne wytwarzają gamety o takim samym składzie genetycznym.
Heterozygoty ? komórka lub org. Wielokomórkowy, który odziedziczył różne allele tego samego genu od każdego z rodziców. Heterozygota oznaczana jest literami Aa, wytwarza dwa rodzaje gamet A i a.
Plejotropia (polifenia) ? wpływanie jednego genu na występowanie kilku cech, pozornie nie związanych ze sobą. Plejotropia występuje, gdy pierwotny produkt działania genu uczestniczy bezpośrednio w różnych procesach zachodzących w organizmie. Plejotropizm to typ zjawiska mnogości skutków wywołanych jedna tylko mutacją.
lionizacja ? proces inaktywacji jednego chromosomu z pary X w każdej komórce kobiety. Zachodzi w trofoblaście w 12 dni po zapłodnieniu, a w zarodku po 16 dniach. Do inaktywacji dochodzi tylko w komórkach somatycznych, ponieważ rozrodcze, aby pozostały aktywne, potrzebują dwóch chromosomów X. przypadek decyduje czy w danej komórce inaktywacji ulega chromosom ojca czy matki.
Ekspresja genu ? stopień, w jakim ujawnia się działanie genu w trakcie rozwoju osobniczego poprzez wykształcenie danej cechy. Cechy uwarunkowane przez geny o tzw. Niecałkowitej ekspresji mają różny stopień rozwoju, uzależniony od czynników środowiskowych i oddziaływania innych genów. Geny o całkowitej ekspresji ujawniają daną cechę niezależnie od czynników środowiskowych.
I prawo Mendla ? czystości gamet ? mówi, iż geny wniesione przez rodziców znajdują się w komórkach potomka w stanie nie zmienionym i oddzielają się od siebie, przechodząc pojedynczo do wytwarzanych przez niego gamet. Jeżeli rodzice SA różnymi homozygotami wówczas 1 pokolenie jest jednolite, a pokoleniu 2 następuje rozszczepienie cech w stosunku 1: 2:1 na typy rodzicielskie, odpowiednio ? i ? oraz typy mieszkańców ? . w przypadku dominacji jednej z cech w pokoleniu 2 następuje segregacja fenotypów w stosunku 3:1
II prawo mendla ? niezależnej segregacji cech ?mówi, że cechy przekazywane są do komórek rozrodczych niezależnie. Wynikiem tego jest powstanie mieszańców o nowych kombinacjach cech rodzicielskich. W przypadku rodziców homozygotycznych różniących się dwoma parami genów w pokoleniu 2, stosunek fenotypów wynosi 9:3:3:1. obok form wykazujących taki same fenotypy jak rodzice (9 ? dominujący typ rodzicielski,1 ? recesywny typ rodzicielski), pojawiają się dwa rodzaje rekombinantów (odpowiednio 3 i 3). Aby dziedziczenie było zgodne z II prawem, geny determinujące badane cechy muszą być zlokalizowane w różnych chromosomach.
Transkrypcja ? proces syntezy RNA na podstawie matrycy DNA. Dzięki komplementarności zasad azotowych następuje przepisanie inf. Genetycznej na kod RNA. Nić DNA stanowi wzorzec, na podstawie którego enzymy zwane polimerazami RNA ustawiają w odpowiedniej kolejności nukleotydy RNA. Prowadzi to do powstania nici RNA komplementarnych do ?przepisywanej? nici DNA. W procesie dalszej obróbki enzymatycznej powstają z nich ostateczne cząsteczki mRNA, rRNA lub tRNA biorące później udział w procesie translacji.
Translacja ? proces, w wyniku którego informacja genetyczna zapisana podczas w transkrypcji w układzie nukleotydów RNA zostaje przełożona na sekwencję aminokwasów budujących syntetyzowane białko. Matrycę, na której powstaje białko, stanowi mRNA. Do poszczególnych kodonów mRNA stopniowo przyczepiają się cząsteczki tRNA powiązane ze specyficznym dla siebie aminokwasem, który wchodzi w skład struktury tworzącego białka. Następnie cząsteczki tRNA oddzielają się od mRNA i dostarczonego przez siebie aminokwasu. Proces translacji zachodzi wew. Rybosomów.
Mutacje ? potencjalne dziedziczne zmiany materiału genetycznego. Zależnie od poziomu organizacji materiału genet, na którym zachodzą mutacje wyróżniamy: punktowe (mutacje genowe, które dotyczą tylko jednego nukleotydu, jest zmianą sekwencji DNA prowadząca do zmiany lub braku ekspresji kodowanego białka); chromosomowe (aberracje chromosomowe ? zmiany strukturalne chromosomów spowodowane przemieszczaniem się ich odcinków w następstwie pękania); aneuploidalność (stan będący wynikiem nieprawidłowej segregacji chromosomów w czasie mitozy i mejozy, polegający na zmniejszaniu normalnej liczby chromosomów.
Zmienność ? występowanie różnic pomiędzy osobnikami. Obserwowany całkowity zakres zmienności danej cechy nosi nazwę zmienności genotypowej. Przyczyną występowania zmienności jest powstająca na drodze mutacji i rekombinacji genetycznej różnorodność genów. Zmienność genetyczna, czyli zmienność mutacyjna i rekombinacyjna, mająca char. Dziedziczny. Rodzaje zmienności genetycznej: !!!!!
Genetyka populacyjna ? (zw. Też ilościową) zajmuje się badaniem mechanizmów powstawania i utrzymywania się zmienności genetycznej w populacjach pod wpływem mutacji, selekcji, migracji i In. Czynników.
Główne osiągnięcia w genetyce ?
1865 ? ustalenia Mendla: dziedziczenie ma char. Cząsteczkowy, prawo czystości gamet, dobór pary genów jest niezależny.
1900 ? prawa Mendla, odkrycie grup krwi
1953 ? struktura DNA ?Crick, Watson,
1956 ? ustalenie liczby chromosomów 46
1961 ? opisanie kodu genetycznego
1970 ? synteza pierwszego genu In vitro
1979 ? uzyskanie insuliny za pomocą inżynierii genetycznej
1979 ? pierwsze udane zapłodnienie In vitro
Wskazania do diagnostyki prenatalnej ?
1.wiek matki 35 lat i więcej
2.poprzednie dziecko urodzone z wadą wrodzoną lub ciąża zakończona porodem martwego płodu albo śmiercią noworodka,
3.wykrycie aberracji chromosomalnej u jednego z rodziców, u obojga rodziców lub u poprzedniego dziecka,
4.występowanie w rodzinie wad sprzężonych z płcią oraz chorób metabolicznych,
5.nieprawidłowy obraz zarodka/płodu w badaniu USG,
6.w wywiadzie chorobowym ustalono działanie środowiskowych czynników teragennych (wirus różyczki, alkohol, promieniowanie jonizujące)
Choroby genetycznie uwarunkowane:
Albinizm ? brak melaniny, prowadzi do zwiększonej podatności na oparzenia skórne i raka skóry, zmniejsza ostrość wzroku i powoduje zaburzenia orientacji i w widzeniu przestrzennym. U osób z albinizmem brak jest aktywnej tyrozynazy w wyniku mutacji w genie kodującym ten enzym. Enzym kieruje produkcją melaniny, barwnika skóry i oczu. Dziecko, którego oboje rodzice są nosicielami mutacji w genie tyrozynazy, czyli heterozygotycznymi nosicielami, może z 50% prawdopodobieństwem odziedziczyć zmutowaną formę tego genu od każdego z rodziców i jego prawdopodobieństwo zachorowania wynosi 25%. (tego typu zjawiska noszą nazwę plejotropizm)
Zespół Taya ? Sacha ? wynika ze spichrzania lizosomalnego, w której występuje niedobór w lizosomach enzymu heksozoaminidazy, co prowadzi do gromadzenia się w nic elementów błon i w efekcie utratę normalnego funkcjonowania kom. Nerwowych, które zwykle zostają pozbawione osłonek mielinowych. Dziecko z tą choroba rozwija się najpierw normalnie, by po kilku miesiącach stanąć w rozwoju, potem cofać i przed 3 r.ż umiera. choroba ta jest dziedziczona w sposób autosomalny recesywny.
Zespół Marfana ? zmiana w genie zlokalizowanym na chromosomie 15, przyczyna: niedobór białka fibryliny, glikoproteidu wchodzącego w skład mikrofibryli tk. Łącznej. Osoby z ta choroba są wysokie, cechują się wydłużonymi palcami rąk i stóp, co określa się jako arachnodaktylię. Często stwierdza się wiotkość zastawki dwudzielnej w sercu, co powoduje wypadanie płatka tej zastawki. To choroba dziedziczona autosomalnie, charakteryzująca się osłabieniem tk. Łącznej, osłabione więzadła SA przyczyną płaskostopia i skolioz, stawy cechuje nadmierna ruchomość i predyspozycja do zwichnięć. Osłabieniu ulegają także więzadła podtrzymujące soczewkę oczną i niektórych przypadkach prowadzi to do krótkowzroczności. Może to prowadzić do przedwczesnej śmierci w 30 r.ż ale nie zawsze.
Dystrofie mięśniowe ? postępująca utrata siły mięśniowej, pogrubione łydki. Duchenne?a ? (przyczyna: dziedziczna mutacja uniemożliwiająca syntezę białka zwanego dystrofiną) kardiomiopatia i niewydolność układu krążenia, skolioza, rozwój intelektualny ograniczony, wysoki poziom kinazy kreatynowej w osoczu, a biopsja mięsni wykazuje zanik włókien mięśniowych i rozrost tk. Łącznej i tłuszczowej. Beckera ? dziedziczona także jako cecha recesywna sprzężona z chromosomem X. dystrofia miotoniczna - wpływa na pracę mięśni, polega na tym, że mięśnie mogą się kurczyć ale nie rozkurczać. Współistnieje cukrzyca, arytmia serca, zanik gonad.
Genetyczne uwarunkowania płci chromosomowej, biologicznej i psychicznej ? płeć chromosomowa jest determinowana w momencie zapłodnienia. W trakcie rozwoju embrionalnego wykształcają się nazady płciowe charakterystyczne dla określonej płci biologicznej i dochodzi do identyfikacji psychiki z własną płcią biologiczną.
Choroby sprzężone z płcią (aneuploidia) ? pojawia się z powodu nierozłączenia (nondysjunkcji) pary chromosomów, czyli chromatyd siostrzanych w anafazie. Powstają dwie komórki, z których jedna na kopię dodatkową chromosomu (trisomia), a w drugiej brakuje kopii tego chromosomu (monosomia). Dokładna przyczyna nondysjunkcji mejotycznej nie jest znana, częstość jej wzrasta wraz z wiekiem matki.
Choroby wywołane powtórzeniem kodonu
Zespół kruchego chromosomu X ? ekspresja genu kruchego chromosomu X następuje w OUN, jest spowodowana zwiększaniem się liczby powtórzeń tripletowych w locus FMR 1. w końcowej części chromosomu znajduje się sekwencja CGG powtarzająca się u ludzi ok. 5 do 50 razy. W przypadku powtórzeń zwykle ponad 200 razy, dochodzi do metyzacji genu, a tym samym do jego inaktywacji. Bezpośrednie wykrywanie mutacji genu kruchego chromosomu X można wykorzystać w diagnostyce prenatalnej ? amniocentezie lub biopsji kosmówki. W przypadkach podejrzenia nosicielstwa tej mutacji można kobietę poddać stymulacji hormonalnej, aby pobudzić owulację i uzyskać wiele kom. Jajowych.
Pląsawica Huntingtona -
Choroby genetyczne przyspieszające procesy starzenia fizycznego i psychicznego:
Progeria ? zespół przedwczesnej starości, zespół HUtchinsona i Gilforda, choroba autosomalny dominująca, dzieci cierpiący na te chorobę wyglądają jak starcy, siwieją bardzo wcześnie, łysieją, tracą zęby, pamięć i umierają z typowymi starczymi objawami przed okresem dojrzewania.
Alzheimer ? zaczyna się w ostatnim okresie życia, cechuje się zanikiem pamięci, zdolności do myślenia abstrakcyjnego, w końcu brak możliwości wykonywania najprostszych działań. Choroba dziedziczna w 40%, w sposób autosomalny dominujący. W mózgu tworza się starcze blaszki złożone z beta-amyloidu i zwyrodnienia włóknistego, w którym główna rolę gra zmienione białko tau. W efekcie dochodzi do znacznego utrudnienia przewodzenia w neuronach i w końcu do ich apoptozy. Zmniejsza się aktywność neuroprzekaźników.
Zespół Downa ?przyczyna: dodatkowa kopia chromosomu 21, która zaburza subtelną równowagę ekspresji genów. Zespół ten charakteryzuje się szczególnym wyglądem twarzy, obniżeniem napięcia mięśniowego, upośledzeniem rozwoju intelektualnego i fizycznego. Często stwierdza się u nich wady serca i In. Narządów wew. Dzieci są Aneuploidia ? pojawia się z powodu nierozłączenia (nondysjunkcji) pary chromosomów, czyli chromatyd siostrzanych w anafazie. Powstają dwie komórki, z których jedna na kopię dodatkową chromosomu (trisomia), a w drugiej brakuje kopii tego chromosomu (monosomia)
Uśmiechnięte i maja łagodne usposobienie. Dość szybko się starzeją. Wiek matki to główna przyczyna.
Choroby nowotworowe ? stały się obecnie jedną z głównych przyczyn śmierci, są natury genetycznej, mechanizm podziału komórkowego znajduje się w chromosomach, w genach. Mimo usilnych badań przyczyny wzrostu liczby komórek, z których powstają guzy są w dużej mierze nieznane. Pierwsze komórki powstające z podziału zygoty są totipotencjalne i dopiero po kilku podziałach, następuje ich zróżnicowanie na komórki tkanek stałych. Zahamowanie tempa podziałów jest warunkiem ich właściwego funkcjonowania. Jedynie w warunkach awaryjnych, uszkodzenia tkanki, istnieje możliwość ponownego przyspieszenia podziałów co prowadzi do regeneracji uszkodzonego fragmentu ciała. Komórkami dzielącymi się do późnej starości są kom. Nabłonka, w nich tez najczęściej tworza się nowotwory. Odkryto tzw. Onkogeny, geny, które SA niezbędne do wzrostu w życiu płodowym i w procesach regeneracyjnych

Dawniej i dziś

Współczesna genetyka rozwinęła się dzięki wykorzystaniu zdobyczy fizyki i chemii oraz szybkiemu doskonaleniu wyposażenia laboratoriów.

Przełomowym osiągnięciem w tej dziedzinie, stanowiącym jednocześnie jedno z największych odkryć w historii biologii, było sformułowanie zasady i rozszyfrowanie kodu genetycznego. Badania prowadzone w latach 40. i 50. w zakresie biochemii oraz genetyki mikroorganizmów pozwoliły na wyjaśnienie chemicznej natury genu, procesów mutacji, mechanizmu działania genów, roli genów w biosyntezie białek oraz innych procesach metabolicznych. Umożliwiły też poznanie budowy DNA (kwasu dezoksyrybonukleinowego) i jego roli w przekazywaniu informacji dziedzicznej. Powstał nowy dział nauki - genetyka molekularna, a w niej od połowy lat 70. nowy kierunek - inżynieria genetyczna, która stwarza ogromne możliwości praktyczne.

Rozwinęły się biotechnologie wykorzystujące osiągnięcia genetyki, w hodowli roślin i zwierząt oraz w mikrobiologii. Inżynieria genetyczna znajduje zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu farmaceutycznego, (np. w produkcji insuliny w bakteriach), w procesach biotechnologicznych, wykorzystuje mechanizmy biosyntezy białek. Coraz więcej wiedzy uzyskujemy w badaniach nad chorobami dziedzicznymi człowieka, poznajemy przyczyny chorób nowotworowych, potrafimy już diagnozować i próbujemy leczyć defekty genetyczne na drodze terapii genowej. Genetyka człowieka zaczęła wykorzystywać zdobycze ze wszystkich dziedzin genetyki na potrzeby medycyny.

Równolegle z pracami nad genomami wybranych bakterii, roślin i zwierząt, zakończono już opracowanie sekwencji ludzkiego genomu, czyli całej informacji genetycznej człowieka. Mamy do czynienia z wielkim i złożonym międzynarodowym przedsięwzięciem. Program HGP (Human Genom Project), zapoczątkowany w amerykańskich laboratoriach, codziennie przynosi zaskakujące odpowiedzi i rodzi dalsze pytania.



Status społeczny

Zawód genetyka należy do profesji prestiżowych. O genetyce mówi się sporo w mediach, a znani genetycy są otoczeni aurą wtajemniczonych w istotę życia. Ich badania są szeroko komentowane w całym świecie; np. badania związane z genomem człowieka są rodzajem światowego spektaklu.

Atak klonów. Szansa czy zagrożenie dla kultury? - problem klonowania człowieka, niezależnie od jego stanu faktycznego jest wydarzeniem kulturowym. Autorzy zamierzają zwrócić uwagę na ten aspekt zdarzenia jako problemu dla współczesnej kultury. Wykład nie będzie więc polemiką z propagatorami klonów ludzkich na płaszczyźnie argumentów teologicznych, lecz bardziej kulturowych, ks. prof. dr hab. Paweł Bortkiewicz, mgr Paulina Michalska, Wydział Teologiczny, Zakład KNS
12 października 2005, godz. 13.20-13.50, Ośrodek Nauki PAN, Sala Duża, ul. Wieniawskiego 17/19, Poznań
Kontakt: ks. prof. dr hab. Paweł Bortkiewicz, tel. [phone], e-mail: [e-mail]

Czym jest biologia dziś, a czym będzie jutro? - zadaniem wykładu jest ukazanie podstawowych problemów współczesnej biologii, w tym pytań i odpowiedzi na nie: (1) co bada biologia?, (2) prezentacja różnorodności współczesnej wiedzy biologicznej (jej struktura), (3) wskazanie najważniejszych pytań, stawianych obecnie przez biologów: pytanie o przyczyny ewolucji (=dlaczego?), pytanie o rozwój - czyli funkcję (=jak?), pytanie o genezę, czyli pochodzenie (historię) (= w jaki sposób?). Stan obecny badań biologicznych skłania do poszukiwania nowych zastosowań wiedzy biologicznej. W zakończeniu wykładu wskazane zostaną także nowe obszary poznawczych zastosowań biologii. Podjęte tematy zostaną zilustrowane prostymi przykładami biologicznymi, prof. dr hab. Krzysztof Łastowski, Wydział Nauk Społecznych, Instytut Filozofii
12 października 2005, godz. 9.30-10.00, Collegium Biologicum UAM Morasko, ul. Umultowska 89, Poznań
Kontakt: Tomasz Puton, e-mail: [e-mail], www.knpuam.amu.edu.pl

Architektura życia. Nie-molekularna biologia komórki - zamierzeniem wykładu jest pokazanie potęgi i piękna wzajemnych oddziaływań pomiędzy elementami budującymi komórkę - podstawową jednostkę tego, co nazywamy życiem. Choć bowiem wszystko, co żyje musi dostosować się do praw fizyki rządzących naszym światem, to przystosowania świata "mikro" odbiegają znacząco od tego, do czego jesteśmy przyzwyczajeni w skali "makro". W wykładzie spróbujemy odpowiedzieć na kilka podstawowych pytań: skąd komórka wie, "kim" jest i gdzie się znajduje? Czy komórka jest "workiem z enzymami i genami", czy raczej skomplikowaną siecią oddziałujących ze sobą makrocząsteczek? Jak regulowany jest kształt i liczba komórek w organizmie? Znajdą tu również swe miejsce informacje o znaczeniu otoczenia komórki dla jej prawidłowego funkcjonowania, prof. dr hab. Przemysław Wojtaszek, Wydział Biologii, Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii
12 października 2005, godz. 10.10-10.40, Collegium Biologicum UAM Morasko, ul. Umultowska 89, Poznań
Kontakt: Tomasz Puton, e-mail: [e-mail], www.knpuam.amu.edu.pl

Rośliny z probówki - organy rozmnażania płciowego u roślin nasiennych są trudno dostępne dla eksperymentowania nad zapładnianiem. W warunkach naturalnych łagiewka pyłkowa ma bardzo długą drogę do pokonania zanim dotrze do zalążka. Na swojej drodze łagiewka pyłkowa napotyka bariery blokujące zapłodnienie, szczególnie na terenie słupka obcego gatunku. Metoda zapładniania in vitro dostarcza licznych możliwości pominięcia tych barier oraz umożliwia ratowanie zagrożonych obumarciem mieszańcowych zarodków w ich wczesnym stadium rozwojowym, prof. dr hab. Maciej Zenkteler, Wydział Biologii, Instytut Biologii Eksperymentalnej
12 października 2005, godz. 11.00-11.30, Collegium Biologicum UAM Morasko, ul. Umultowska 89, Poznań
Kontakt: Tomasz Puton, e-mail: [e-mail], www.knpuam.amu.edu.pl

Zielona energia z odnawialnych źródeł biomasy - "Żyjemy w świecie, w którym nic nie jest dane raz na zawsze" R. Kapuściński
Biomasa jako zasadnicze źródło energii odnawialnej może być pozyskiwana z upraw roślin takich jak wierzba, róża bezkolcowa, ślazowiec pensylwański, rdest sachaliński, miskant olbrzymi i miskant chiński, odpadów z produkcji rolnej (słoma różnych zbóż, wytłoki rzepaku) czy też odpadów leśnych. Wspieranie rozwoju odnawialnych źródeł energii i uzyskanie 7,5% udziału energii zielonej w bilansie energii całkowitej staje się wspólnym strategicznym celem w ograniczaniu emisji CO2 i efektu cieplarnianego. Dlatego warto poznać bliżej zagadnienia związane z uprawą, rozmnażaniem i ochroną roślin energetycznych, produkcją peletów z tzw. zrzezków i urządzeniami do spalania biomasy, prof. dr hab. Elżbieta Zenkteler, Wydział Biologii, Instytut Biologii Eksperymentalnej
12 października 2005, godz. 11.40-12.10, Collegium Biologicum UAM Morasko, ul. Umultowska 89, Poznań
Kontakt: Tomasz Puton, e-mail: [e-mail], www.knpuam.amu.edu.pl

Prywatne życie ptaków - w powszechnej opinii ptaki uchodzą za przykłady wzorowych małżonków i rodziców. Jednak dzięki intensywnym badaniom terenowym i korzystaniu z metod genetyki molekularnej, taki obraz postrzegania ptaków zmienia się diametralnie. Okazuję się, że wśród ptaków zdrady małżeńskie są na porządku dziennym, pojawia się dzieciobójstwo, układy homoseksualne oraz strojenie się samców w kolorowe piórka dla wiarołomnych sąsiadek. W trakcie wykładu zostaną zaprezentowane techniki badań wspomnianych rodzajów zachowań, przedstawione będą liczne przykłady i ich współczesna biologiczna interpretacja, prof. dr hab. Piotr Tryjanowski, dr Adrian Surmacki, Wydział Biologii, Instytut Biologii Środowiska
12 października 2005, godz. 12.20-12.50, Collegium Biologicum UAM Morasko, ul. Umultowska 89, Poznań
Kontakt: Tomasz Puton, e-mail: [e-mail], www.knpuam.amu.edu.pl

Rodowód człowieka - historia naszego gatunku rozpoczęła się w Afryce ponad 6 milionów lat temu. Najprawdopodobniej właśnie wtedy pojawiły się dwie linie ewolucyjne, z których jedna doprowadziła do nas, a druga - do szympansa. W ramach wykładu zostanie przedstawiony przegląd kopalnych form hominidów (dwunożnych istot człowiekowatych) od najwcześniejszego późnomioceńskiego Orrorina do najpóźniejszego reprezentanta archaicznego człowieka - neandertalczyka, dr Katarzyna Kaszycka, Wydział Biologii, Instytut Antropologii
12 października 2005, godz. 13.00-13.30, Collegium Biologicum UAM Morasko, ul. Umultowska 89, Poznań
Kontakt: Tomasz Puton, e-mail: [e-mail], www.knpuam.amu.edu.pl

Genetyka zachowania - odkrycia ostatnich lat w genetyce, a szczególnie osiągnięcia w poznaniu genomu człowieka, budzą fascynację tą dyscypliną naukową. Zbliżamy się do poznania związków między genami a zachowaniem. Na tym polu działalności genetyka scala się z psychologią, farmakologią i psychiatrią, dążąc, w konsekwencji, do odpowiedzi na pytanie, dlaczego ludzie się różnią, prof. dr hab. Lech Urbaniak, Wydział Biologii, Instytut Biologii Eksperymentalnej
12 października 2005, godz. 13.40-14.10, Collegium Biologicum UAM Morasko, ul. Umultowska 89, Poznań
Kontakt: Tomasz Puton, e-mail: [e-mail], www.knpuam.amu.edu.pl

Czy możemy kształtować naszą osobowość na miarę własnych marzeń? - każdy "zwykły" człowiek jest osobą wyjątkową, ale wielu z nas nie zdaje sobie z tego sprawy i chce zmienić swoją osobowość pod naciskiem rodziny, mody czy "wewnętrznej" potrzeby. Zastanowimy się, czy jest to możliwe? Czy wyposażenie genetyczne, z jakim się rodzimy, stanowi przeszkodę w tych dążeniach? Czy może geny są naszymi sprzymierzeńcami?, prof. dr hab. Lila Hryniewiecka, Wydział Biologii, Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii
12 października 2005, godz. 14.20-14.50, Collegium Biologicum UAM Morasko, ul. Umultowska 89, Poznań
Kontakt: Tomasz Puton, e-mail: [e-mail], www.knpuam.amu.edu.pl

Owca Dolly - owca, pierwszy w historii ssak, który przyszedł na świat wskutek sklonowania komórek dorosłego osobnika.

Dolly urodziła się 5 lipca 1996 roku jako wynik eksperymentu naukowców Roslin Institute w Edynburgu. Wraz z nią urodziło się także 254 innych sklonowanych organizmów, jednak większość obciążona była mutacjami i błędami genetycznymi, pozostałe były zniekształcone - wszystkie zostały uśmiercone.

W czasie życia owieczki Dolly zebrano dużo informacji na temat rozwoju sklonowanego organizmu. Zaobserwowano między innymi, że wiek materiału genetycznego sklonowanego organizmu jest identyczny z wiekiem dawcy. Tym samym Dolly miała biologicznie 6 lat w chwili urodzenia, tyle ile miała owca-dawczyni. Prawidłowość ta powoduje między innymi, że klon nie jest pozbawiony wad genetycznych wieku starczego dawcy i ma mniejszą odporność na choroby.

Dolly została uśpiona ze względu na nieuleczalną chorobę płuc po 6 latach 14 lutego 2003 roku (owce żyją średnio 11-12 lat). Wcześniej cierpiała także na zwyrodnieniową chorobę stawów. Wydała na świat 6 zdrowych jagniąt. Po śmierci została wypchana i zaprezentowana publiczności w edynburskim muzeum 11 kwietnia 2003.

Imię zawdzięcza amerykańskiej piosenkarce country Dolly Parton.

Klonowanie - w potocznym rozumieniu proces tworzenia idealnej kopii z oryginału.

W biologii mianem klonu określa się organizmy mające identyczny lub prawie identyczny materiał genetyczny. Klonami są więc organizmy powstałe w procesie rozmnażania wegetatywnego, takie jak kolonie bakterii, jednokomórkowców, odrośla i rozmnóżki roślin etc.

Termin klonowanie jest używany w kilku znaczeniach:

1. Klonowanie to proces tworzenia organizmów mających taką samą informację genetyczną jak dawca. Szczególnym przypadkiem jest twinning, czyli powstawanie lub otrzymywanie bliźniąt monozygotycznych, gdzie nie można wyróżnić dawcy.

2. Klonowanie organizmów oznacza procedurę otrzymywania organizmów o takiej samej informacji genetycznej, z reguły poprzez procedurę transferu jądra z komórki somatycznej do komórki jajowej pozbawionej uprzednio jądra. W przypadku klonowania roślin stosuje się procedurę odróżnicowania komórek dawcy do komórek merystematycznych.

3. Klonowanie genów - w genetyce i biologii molekularnej proces wyosobniania genu. Polega na łączeniu fragmentów materiału genetycznego z wektorem molekularnym i ich namnażaniu w innym organizmie. Otrzymuje się w ten sposób wiele kopii tego samego genu. Termin klonowanie genów odnosi się też do identyfikacji genów poprzez wykorzystanie procedury klonowania genów. Jeśli pojedynczy fragment genomu jest przenoszony z jednego wektora do drugiego, taki proces określa się mianem subklonowania.

Opanowano obecnie metody klonowania wielu gatunków roślin i zwierząt. W przypadku zwierząt zazwyczaj stosuje się technikę polegającą na przeniesieniu jądra komórki somatycznej pobranej z klonowanego osobnika, do komórki jajowej pozbawionej jądra. Proces ten tworzy funkcjonalną zygotę. Zygota ta może, jeśli się jej na to pozwoli, rozwinąć w żywego osobnika. Dawca komórki jajowej z reguły pochodzi z tego samego gatunku. Transfer jądra do komórki jajowej innego gatunku rzadko jest skuteczny.

Klony otrzymane w procesie transferu jądrowego nie są w 100% genetycznie identyczne z dawcami. W trakcie tego procesu wymienia się bowiem tylko materiał genetyczny zawarty w jądrze komórkowym pozostawiając RNA mitochondrialny biorcy. Mitochondrialne RNA ma jednak minimalny wkład w dziedziczenie cech genetycznych.

Owca Dolly - pierwszy sklonowany ssak

Marcin, 10.10.2004

Owca Dolly - pierwszy sklonowany ssak - w momencie urodzenia miała juz 6 lat!

Ponieważ wiek materiału genetycznego sklonowanego organizmu jest identyczny z wiekiem dawcy. Tym samym Dolly miała biologicznie 6 lat w chwili urodzenia, tyle ile miała owca-dawczyni. Prawidłowość ta powoduje między innymi, że klon nie jest pozbawiony wad genetycznych wieku starczego dawcy i ma mniejszą odporność na choroby.

Dolly urodziła się 5 lipca 1996 r. (o istnieniu poinformowano świat dopiero w 1997) jako wynik eksperymentu naukowców Roslin Institute w Edynburgu. Wraz z nią urodziło się także 254 innych sklonowanych organizmów, jednak większość obciążona była mutacjami i błędami genetycznymi, pozostałe były zniekształcone - wszystkie zostały uśmiercone.

Nie miała ojca, ale za to aż trzy matki. Jedna dała materiał genetyczny, druga - komórkę jajową (a dokładniej - samą cytoplazmę bez jądra), trzecia zaś nosiła Dolly w brzuchu.

"Główna matka", dawczyni materiału genetycznego (uzyskanego z wymienia) w chwili urodzenia się Dolly od dawna już nie żyła.

Imię zawdzięcza Dolly Parton, amerykańskiej piosenkarce o obfitym biuście.

Dolly została uśpiona ze względu na nieuleczalna chorobę płuc po 6 latach 14 lutego 2003 roku (owce żyją średnio 11-12 lat). Wcześniej cierpiała także na zwyrodnieniową chorobę stawów. Wydała na świat 6 zdrowych jagniąt. Po śmierci została wypchana i zaprezentowana publiczności w edynburskim muzeum 11 kwietnia 2003.

Genom człowieka

1.Projekt genomu człowieka
2.Naukowcy i ich odkrycia
3.Genom człowieka odczytany
4.Geny a choroby mózgu
5.Mutacje genomowe i czynniki mutagenne
6.Badania nad żywieniem
7.Genomika

1.Co to jest „projekt genomu człowieka” oraz gdzie można zapoznać się z wynikami tych prac?
Międzynarodowy projekt badawczy „Genom człowieka” (Human Genom Project, HGP) został opracowany dla realizacji trzech podstawowych celów:
- stworzenia mapy genomu dla określenia relatywnej pozycji poszczególnych genów,
- opracowania fizycznej mapy pozycji genów,
- oznaczenia sekwencji zasad w genomie.
W 1989 r. została założona międzynarodowa organizacja Human Genome Organisation (HUGO) dla koordynacji bardzo szerokiej współpracy międzynarodowej w tym zakresie. Dane eksperymentalne pozyskiwane w ramach HUGO są zawarte w wielu bazach danych, np. mapowanie genów w Genome Database, dane sekwencyjne DNA w US Genbank i w European Molecular Biology Laboratory.
W lutym 2001 r. naukowcy skupieni wokół Human Genome Project oraz Celera Genomics ogłosili, że kod genetyczny człowieka składa się tylko z ok. 30 tys. genów. Stwierdzono również, że tyle samo w przybliżeniu genów ma szympans, a mysz zaledwie o 300 genów mniej. Genom człowieka zawarty jest w 23 parach chromosomów z cechami dziedzicznymi rodziców, które znajdują się w jądrach wszystkich komórek ludzkiego ciała.
Wpływ genów na zdrowie, zdolności i umiejętności człowieka nie jest jednak tak duży, jak wcześniej sądzili naukowcy. Ponadto kod genetyczny różnych ras człowieka jest prawie taki sam. Na takie stwierdzenie pozwoliło rozszyfrowanie DNA przedstawicieli rasy białej, Afroamerykanów, Chińczyków i Latynosów, w wyniku którego stwierdzono, że wszyscy mają aż 99,99% wspólnych genów.
W genach zapisana jest struktura i właściwości wszystkich białek. To właśnie od ich budowy i funkcjonowania zależy życie człowieka. Teraz uwaga naukowców została skupiona głównie na badaniach, których celem jest zdobycie całej wiedzy o funkcji i budowie białek (proteomika).
Wyniki badań opublikowanych w 2000 r. zostały podważone przez innych naukowców, którzy twierdzą (sierpień 2001 r.), że w przeprowadzonych badaniach pominięto co najmniej połowę genów człowieka. Niektórzy przedstawiciele prywatnych amerykańskich firm biotechnologicznych twierdzą, że ludzki DNA może zawierać nawet 140 tys. genów! Jedno jest pewne. Dalsze badania w tej materii są niezbędne.
Pomimo wątpliwości, poznanie genomu człowieka należy uznać za kolejne wielkie osiągnięcie inżynierii genetycznej. Stwarza to nowe możliwości, np. w medycynie, kiedy to powszechnie będzie można stosować terapie genowe dla leczenia nieuleczalnych chorób36

Projekt poznania ludzkiego genomu
Projekt poznania ludzkiego genomu (eng. Human Genome Project) był to program naukowy mający na celu poznanie sekwencji wszystkich par komplementarnych tworzących ludzki genom, zawierający ok 30 tys. genów.

Historia projektu

Początkiem Projektu ludzkiego genomu była podjęta w roku 1990 przez Departament Energii USA (en. United States Department of Energy) oraz Narodowy Instytut Zdrowia USA (en. U.S. National Institutes of Health) decyzja o przydzieleniu na ten cel 3 mld dolarów. Decyzji zakładała, że w ciągu 15 lat (do roku 2005) uda się poznać ludzki genom. Jednak decyzja władz USA wywołała szeroki oddźwięk na świecie. Do projektu włączyło się wiele krajów. Jednocześnie nastąpił znaczy postęp w technice automatycznego sekwencjonowania DNA. W efekcie wstępny opis genomu człowieka opublikowano już w roku 2000. Dnia 26 stycznia prezydent USA Bill Clinton oraz premier Wielkiej Brytanii Tony Blair ogłosili ten fakt na wspólnej konferencji prasowej.

Do projektu należały następujące państwa:
Chiny
Francja
Niemcy
Japonia
Wielka Brytania
USA
Dnia 14 kwietnia roku 2003 opublikowano dokument stwierdzający zakończenie sekwencjonowania 99% genomu z trafnością 99,99%.
Do tak szybkiego zakończenia projektu przyczynił się udział prywatnej korporacji Celera Genomics. Firma ta opracowała technikę sekwencjonowania nazywaną shotgun sequencing. Sprowadzała się ona do szatkowania całego DNA na drobne fragmenty i analizowania ich zawartości. Program komputerowy zbierał uzyskane kombinacje par komplementarnych w swojej pamięci. Dzięki wyszukiwaniu podobieństw możliwe stało się ponowne uporządkowanie pociętych genów w całość. Jednak w odróżnieniu od organizacji rządowych Celera Genomics postanowiła zablokować dostęp do odkrytych przez siebie sekwencji korzystając z prawa patentowego.
Konkurencja pomiędzy naukowcami z żyłką do interesów oraz tymi finansowanymi z budżetu doprowadziła do ciekawej sytuacji. Naukowcy umówili się, że opublikują dane w lutym 2001 roku, ale w różnych czasopismach naukowych. Badacze z instytucji rządowych umieścili swój artykuł w Nature, a ci z Celera Genomics w Science. Okazało się, że naukowcy poznali 90% genomu. Co ciekawsze praca obu zespół raczej się uzupełniała niż dublowała. Wynikało to, z innych technik badawczych.
Projekt ludzkiego genomu był jednym z międzynarodowych programów badań genetycznych. Ważne okazało się poznanie genomów innych interesujących organizmów (np. bakterii coli, myszy, muszki owocówki czy ryżu, albo nicieni).Wiele z tych egzotycznych organizmów było ważne jako modele oddziaływaniamiędzy sobą genów w istotach żywych.

Postawione cele

Celem badania ludzkiego genomu było nie tylko poznanie miliardów par komplementarnych składająych się na nasze DNA z minimalnym prawdopodobieństwem błędu. Chodziło również o identyfikację funkcjonalnych genów zawartych w tym morzu informacji. Proces ten jak dotąd się nie zakończył. Jednak już rozpracowane dane zaskoczyły naukowców. Okazało się, że genom człowieka opisuje zaledwie 30 tys genów kodujących białka. Reszta genomu koduje nie białka lecz wytwarzane na podstawie DNA cząsteczki RNA. Najnowsze badania biochemiczne wykazały, że już samo RNA jest w stanie przeprowadzać, szereg reakcji chemicznych w komórce. Dodatkowo zauważono zjawisko blokowania ekspresji niektórych genów przez ich komplementarne kopie w innym miejscu genomu. Obraz jaki wyłonił się z projektu ludzkiego genomu skłania badaczy do wielkiej powściągliwości w głoszeniu triumfu nauki nad naturą. DNA bardziej przypomina bardzo złożony program komputerowy niż zestaw przepisów na różnie białka. Jego "hackowanie" może zająć nauce całe dziesięciolecia.

Korzyści

Praca nad zastosowaniem wiedzy o genomie w medycynie dopiero się rozpoczęła. Jednak już teraz niektórzy naukowcy próbują zastosować uzyskane w projekcie informacje w rozwoju biotechnologii i medycyny.
Nie mniej ważny był sam rozwój technik badania DNA. Dzięki projektowi ludzkiego genomu nastąpił postęp w badaniu nukleotydów zawartych w żywych organizmach. Dziś poznanie genomu grożącego pandemią zarazka nie zajmuje już lata tylko tygodnie albo miesiące. Obecnie sekwencja ludzkiego DNA jest zapisana w bazie dostępnej w Internecie. Rozwinięto oprogramowanie, które pozwala na znalezienie jakiego sensu w genetycznej informacji. Dziedzina informatyki zajmująca się analizą DNA to bioinformatyka.
Przełomowym wynalazkiem związanych z projektem ludzkiego genomu są chipy DNA. Na układ półprzewodnikowy nanosi się tysiące fragmentów kwasu dezoksyrybonukleinowego. Jeżeli w badanej próbce znajdzie się kawałek DNA komplementarny do jednego z tych fragmentów, to odpowiadające mu pole na chipie zostanie aktywowane. W efekcie możliwe staje się błyskawiczne określenie poziomu ekspresji zawartych w próbce genów. Ekspresja wiąże się bezpośrednio ze stanem żywego organizmu, z którego pobrano DNA. Oczywistym zastosowaniem może być tutaj diagnostyka medyczna oraz dalszy rozwój badań genetycznych.
Porównywanie genomu różnych istot żywych daje też ogromne korzyści biologii ewolucyjnej. Zgodnie ze współczesnymi teoriami to gen jest przedmiotem ewolucji, a nie poszczególne osobniki. Badanie historii poszczególnych genów zawartych w żywych organizmach pozwala na prześledzenie ich drogi ewolucyjnej. Przykładem może być tutaj porównanie ilości genów ssaków i płazów. Okazuje się, że stałocieplność wiąże się ze zmniejszeniem ilości genów, ponieważ wszystkie reakcje chemiczne zachodzą w stałej temperaturze. Genom nie musi w takiej sytuacji zawierać różnych wariantów enzymów działających w szerokim zakresie temperatur

2. Prawie wszystkie osiągnięcia genetyki są bardzo świeżej daty. Dopiero w czasie II wojny światowej wysunięto przypuszczenie, że DNA jest substancją odpowiedzialną za przekazywanie informacji genetycznych

Poznanie jej struktury uznawane jest dotąd za największe z osiągnięć naukowych XX wieku. Dokonało tego w 1953 r. dwóch mało wtedy znanych naukowców - Amerykanin James Watson i Anglik Francis Crick. Dziewięć lat później uhonorowano ich za to Noblem.

Kod DNA

Nasze ciało zbudowane jest z około 600 miliardów komórek. Każda zawiera przeciętnie kilka tysięcy białek, w tym wiele enzymów. Wszystkim tym zarządza informacja ukryta w drobnych włókienkach, w długich, cienkich drobinach DNA (kwasu deoksyrybonukleinowego). Geny mieszczą się na chromosomach. Chromosom znaczy dosłownie "ciałko barwiące się" i istotnie, chromosomy po zastosowaniu odpowiednich barwników stają się dobrze widoczne na tle innych składników jądra komórkowego. Ich obserwacja wymaga jednak mikroskopu - najcieńsze z nich są grubości od 100 do 200 nanometrów (1 nanometr = 0,000 001 milimetra). Większość ma od 100 tys. do 10 mln atomów.

Całe DNA zawarte w jądrze ludzkiej komórki (czyli ludzki genom) ma półtora metra długości.

Ogólna sekwencja zdarzeń prowadzących od pojedynczej komórki do całego organizmu była znana na długo, nim poznano kod genetyczny. Cząsteczka DNA, pomimo swej znacznej długości i niewiarygodnego bogactwa kodowanych informacji, składa się zaledwie z czterech rodzajów zasad - adeniny, guaniny, cytozyny i tyminy - częściej podpisywanych tylko pierwszymi literami - A, G, C i T. Jak za pomocą czterech elementów zapisać 20 różnych aminokwasów - cegiełek budujących białka? Proste: trzeba każdemu z aminokwasów przyporządkować trzy zasady - AAA, AAG, AGA, GAA, AAC i tak dalej. Liczba aminokwasów i tak nie wyczerpuje wszystkich 64 możliwych kombinacji.

Fenyloalanina była pierwszym aminokwasem, której przyporządkowano właściwą trójkę, a stało się to w 1961 r. Cztery lata później znane już były nukleotydy, czyli sekwencje trójkowe wszystkich aminokwasów. Wkrótce też odkryto genetyczne znaki przestankowe, czyli sygnały decydujące, kiedy ma zostać rozpoczęta i zakończona produkcja białka.

Chromosomy

O ile nosicielem informacji genetycznej jest DNA, o tyle nosicielem genów są chromosomy.

W 1956 roku po raz pierwszy policzono chromosomy człowieka. Towarzyszyło temu wielkie poruszenie wśród naukowców. Dlaczego? Bo wcześniej przez 30 lat pisano, że mamy ich 48. Kiedy H. Tjio i A. Levan donieśli, że jest ich zaledwie 46, nikt im początkowo nie wierzył. Dlaczego najbliższe nam ewolucyjnie małpy mają ich o dwa więcej? Naukowcy zdumieli się, gdy przeliczyli chromosomy innych zwierząt. I tak niektóre węże mają ich 54, a kury nawet 78. Stwierdzenie, że liczba chromosomów odpowiada pozycji w drabinie ewolucyjnego rozwoju lub oddaje stopień komplikacji organizmu, byłoby kuszące, jednak zbyt duża liczba wyjątków nie pozwala uczynić z niego zasady.

W 1959 r. uczeni z Edynburga jako pierwsi przekonali się, czym grozi niewielki choćby nadmiar lub niedobór chromosomów. P. Jacobs i J. Strong opisali wyniki badań nad komórkami mężczyzny cierpiącego na zespół Klinefeltera (małe jądra, brak zarostu, obniżona płodność, powiększone piersi). Doliczyli się 47 chromosomów; dodatkowy chromosom (to chromosom płciowy X, chorych opisuje się więc jako XXY) spowodował "wymieszanie" obu płci w okresie rozwoju. Ich odkrycie pozwoliło później wyjaśnić przyczynę zespołu Turnera nękającego dla odmiany wyłącznie kobiety (drobne macice, niski wzrost, częsty brak jajników). Okazało się, że każda ich komórka zawiera tylko 45 chromosomów (brak jednego "iksa", czyli X0).

Gen

Najbardziej użytecznym, a zarazem nadużywanym przez media terminem w całej nauce o dziedziczeniu jest słowo "gen" - pisze Anthony Smith w książce "Ciało".

Istnienie genu wykazał 140 lat temu Grzegorz Mendel, katecheta z Moraw, choć sam termin powstał później. W 1910 roku wprowadzono go na określenie abstrakcyjnej jednostki dziedziczenia, odpowiedzialnej za pojedynczą cechę danego gatunku. Z czasem okazało się, że ponad 4 tys. nękających ludzi chorób spowodowanych jest wadą w pojedynczym genie leżącym w którejś z 23 par chromosomów. Wszystkie inne choroby, poza zakaźnymi i urazami ciała, też mają podłoże genetyczne, tylko że do zachorowania przyczynia się kilka(naście) genów - rak, cukrzyca, nadciśnienie itp., itd. Naukowcy zrozumieli, że poznanie funkcji naszych genów może zrewolucjonizować medycynę. Będziemy mogli wady genetyczne korygować lekami albo wręcz wymienić całe "chore" geny na zdrowe.

Dziesięć lat temu rozpoczął się Human Genome Project (HGP) - gigantyczny program biologiczny porównywalny pod względem kosztów i technologicznego rozmachu jedynie z wysłaniem astronautów na Księżyc. Pierwszy jego etap zakłada zlokalizowanie wszystkich ludzkich genów, w drugim zaś bada się ich funkcje.

W kwietniu 2000 r. naukowcy ogłosili, że udało im się poznać - litera po literze - zapis zawarty w całym DNA pojedynczego człowieka, zaś pod koniec czerwca zapewniali, że są bliscy zakończenia pierwszego etapu projektu poznania wszystkich naszych genów.

Planowane na 2003 rok zakończenie programu powinno zaowocować pojawieniem się nowych leków na cukrzycę, nadciśnienie, schizofrenię i inne choroby o podłożu genetycznym.

Droga do poznania ludzkiego DNA
* 1953 - James Watson i Francis Crick odkrywają strukturę DNA
* 1957 - potwierdzenie "dogmatu" biologii molekularnej: informacja z DNA przechodzi do RNA, a stamtąd do białek
* 1966 - złamanie kodu genetycznego: każda trójka zasad RNA koduje jeden aminokwas - cegiełkę, z których zbudowane są wszystkie tworzące organizm białka
* 1983 - rozpoczyna się poszukiwanie genów odpowiedzialnych za dziedziczne choroby, takie jak np. mukowiscydoza czy pląsawica Huntingtona


Program poznania genomu człowieka
* 1985 - pierwsze spotkania na temat opracowania szczegółowej mapy ludzkich genów
* 1990 - oficjalny start obliczonego na 15 lat i mającego kosztować 3 mld dolarów programu Human Genome Project (HGP)
* 1992 - Amerykanin Craig Venter zastosował metodę "wyławiania" istotnych informacji ze stosów genetycznego "śmiecia" stanowiącego ok. 95 proc. naszego genomu
* 1995 - rozpoczyna się rozszyfrowywanie ludzkiego genomu - zakończenie prac zaplanowano na rok 2005
* 1998 - Venter zostaje dyrektorem Celera Genomics w Rockville w stanie Maryland, prywatnej firmy badającej genom człowieka. Wbrew opiniom najlepszych ekspertów Celera zaczęła odczytywać genom inną metodą, która okazała się znacznie szybsza i przybliżyła termin pełnego odczytania "księgi życia" o całe dwa lata
* 02.12.1999 - ustalenie zawartości pierwszego ludzkiego chromosomu
* 11.01.2000 - Celera ogłasza, że rozpracowała już ponad 90 proc. zapisu ludzkiego DNA
* 06.04.2000 - Celera zsekwencjonowała pełny zapis genetyczny jednej, anonimowej osoby
* 15.06.2000 - opublikowanie pierwszej roboczej wersji pełnego ludzkiego genomu
* 11.02.2001 - odczytanie prawie pełnego zapisu genetycznego człowieka
* 2003 - planowana data zakończenia prac nad ludzkim genomem w ramach Human Genome Project

3.Genom człowieka odczytany!
26 czerwca 2000 roku skończył się wstępny etap poznawania genomu człowieka. Naukowcy z firmy biotechnologicznej Celera Genomics i laboratoriów należących do programu Human Genome Project ogłosili, że udało im się ustawić we właściwej kolejności wcześniej zsekwencjonowane fragmenty ludzkiego materiału genetycznego.
Komórkowy alfabet genetyczny wykorzystuje cztery litery, czyli cztery nukleotydy DNA: adeninowy (A), guaninowy (G), cytozynowy (C) i tyminowy (T). Prawidłowy przebieg procesów życiowych organizmu zależy od struktury białek, która jest zakodowana w kolejności (inaczej mówiąc - sekwencji) nukleotydów w DNA. Zmiana budowy genów i kształtu cząsteczek białek może prowadzić do uszkodzenia komórek i choroby całego organizmu. Nasze życie w dużym stopniu zależy od genów zamkniętych w naszych komórkach, więc rozszyfrowanie całego materiału genetycznego człowieka ma ogromne znaczenie i dla lekarzy, i dla biologów.
Dzięki naukowcom poznaliśmy prawdziwą kolejność ponad trzech miliardów nukleotydów ludzkiego genomu. Jednak obecnie dysponujemy tylko przedmową do instrukcji obsługi człowieka, która jeszcze nie została napisana przez genetyków. Minie jeszcze wiele lat, zanim bezcenne informacje dotyczące sekwencji ludzkiego DNA zostaną wykorzystane w jakikolwiek praktyczny sposób. Dlaczego?
Przede wszystkim dlatego, że w tej chwili nie da się łatwo odróżnić wszystkich genów ukrytych w naszym genomie od tych fragmentów DNA, które nic nie kodują i nie wpływają bezpośrednio na życie komórek. Kolejny etap badań nad ludzkim materiałem genetycznym będzie polegał właśnie na wyławianiu ważnych genów z morza niekodujących sekwencji DNA (a geny zajmują tylko kilka procent naszego materiału genetycznego). Poszukiwanie genów w niezwykle długich cząsteczkach DNA jest bardzo trudne, ale konieczne - sama sekwencja genomu ludzkiego nie ma dużego znaczenia dla naukowców i lekarzy, jeśli nie wiadomo, które jej fragmenty są genami i w jaki sposób te geny działają.
Wskazanie lokalizacji poszczególnych genów w genomie człowieka i rozszyfrowanie roli tych genów w procesach życiowych komórki może być jeszcze trudniejszym zadaniem niż odczytanie sekwencji ludzkiego DNA i na pewno potrwa przynajmniej kilka lat. Jednocześnie genetycy spróbują stworzyć szybsze metody analizy dużych grup ludzkich genów, na przykład udoskonalając płytki genowe. Dopiero wtedy wiadomości uzyskane podczas badań nad genomem człowieka nabiorą praktycznego znaczenia.
Może w przyszłości lekarze będą mogli szybciej i sprawniej rozpoznawać wiele chorób? Może zbadanie zestawu genów człowieka pozwoli określić jego skłonności do niektórych schorzeń i wcześniej zapobiegać tym chorobom, na które dana osoba jest najbardziej narażona? Może na podstawie badań DNA uda się dobierać leki szczególnie silnie działajace na pacjentów wyposażonych w pewne zestawy genów? Może nosiciele niekorzystnych genów będą musieli poddawać się przymusowej sterylizacji, żeby skłonności do chorób dziedzicznych nie rozprzestrzeniały się w populacji ludzkiej? Może dzięki badaniom nad ludzkim genomem uda się stworzyć skuteczniejszą broń biologiczną? Hm... Sposób wykorzystania nowo zdobytej wiedzy zawsze zależy tylko od człowieka, który tą wiedzą dysponuje. Zobaczymy, co przyniesie przyszłość...


4.Geny a choroby mózgu”

Nośnikiem informacji genetycznej jest kwas deoksyrybonukleinowy, DNA, który składa się ze szkieletu cukrowo-fosforanowego i zasad azotowych. Diploidalny genom człowieka to 3 miliardy par zasad. Specyficzny sposób kondensacji umożliwia „upakowanie” ok. 2 m dwuniciowego DNA do wielkości 23 par chromosomów w każdej komórce. Obecnie wiadomo, że człowiek dysponuje zestawem 30-40 tysięcy genów kodujących białka. Wszystkie jądrzaste komórki danego osobnika mają identyczny genom, ale w danym momencie w komórce jedynie część genów ulega ekspresji czyli „przepisywania” na białka. Ok. 80% wszystkich genów ulega ekspresji jedynie w określonym czasie i określonych komórkach, pozostałe 20% to tzw. geny metabolizmu komórkowego. Jednakże szacuje się, że w mózgu człowieka ekspresji ulega ponad połowa wszystkich genów.
Ogromny postęp metodyczny, jaki dokonał się w ostatnich latach dzięki międzynarodowemu projektowi badawczemu Genom Człowieka, pozwala co prawda na poszukiwanie wad w genach na podstawie analizy DNA pochodzącego z limfocytów uzyskanych z 10 ml krwi obwodowej, jednak dalej są to badania żmudne i kosztowne.
Pierwszą chorobą mózgu, dla której jeszcze w latach 80-tych zidentyfikowano podłoże genetyczne, była pląsawica Huntingtona. Badania te trwały wtedy 10 lat i kosztowały ok. 100 mln dolarów. Chorobę tę warunkuje defekt w pojedynczym genie. Jednak inne choroby mózgu wydają się być wynikiem skomplikowanych oddziaływań wielu genów i same w sobie stanowią złożony problem diagnostyczny i badawczy. Mimo tych trudności identyfikuje się obecnie geny mogące warunkować wystąpienie takich schorzeń neurologicznych jak choroba Parkinsona czy choroba Alzheimera oraz schorzeń psychiatrycznych jak depresje czy schizofrenia. Wraz z identyfikacją tych „wadliwych” genów prowadzi się także badania nad możliwościami ich „naprawy” lub „wyłączania” czyli tzw. terapii genowej. Badania te są na razie w fazie eksperymentalnej.


5.Mutacje genomowe i czynniki mutagenne

Mutacje są to zmiany dziedziczne powstające nagle, skokowo w skutek zmiany genu w nowy jego allel (mutacje genowe - punktowe) lub zmiany struktury lub liczby chromosomów (aberracje chromosomowe i liczbowe). Mutacje genomowe zmieniają właściwą (euploidalną) liczbę chromosomów; są skutkiem zaburzeń w rozchodzeniu się chromosomów homologicznych w czasie mejozy lub zwielokrotnienia całego garnituru chromosomalnego. Mutacje mogą powstawać samoistnie lub pod wpływem czynników mutagennych, czyli mogą być wywoływane przez człowieka - indukowane. Mogą przejawiać się efektami fenotypowymi dużymi lub nieznacznymi. Termin mutacje został wprowadzony przez de Vriesa w 1909 roku, który prowadził badania na wiesiołku Lamarka - Oenothera lamarkiana.

Czynniki mutagenne:
- promieniowanie jonizujące oraz nadfioletowe
- czynniki chemiczne wpływające na DNA lub proces replikacji DNA
- kwas azotowy III - HNO2, który powoduje dezaminację (usuwa grupy NH2) zasad azotowych co prowadzi do zmiany zasad cytozyny na uracyl, itp.
- związki alkilujące (związki mające grupy alikilowe) np. pochodne iperytu
- analogi zasad np. 5 bromouracyl analog tyminy
- barwniki akrydynowe np. proflawina, akryflawina, oranż akrylowy, których działanie polega na deformacji helisy - powodując delecje lub insercje
- alkaloidy - kolchicyna prowadzące do poliploidalności
- czynniki metaboliczne np. deficyt jonów Ca i Mg
- wysoka temperatura
- sole met. Ciężki

Mutacje liczbowe - aberracje liczbowe:

Liczba chromosomów w komórkach somatycznych wynosi 2n - diploidalna - jest to liczba stała i charakterystyczna dla danego gatunku. W gametach liczba chromosomów wynosi 1n - haploidalna. Zmiany dotyczące liczby chromosomów to mutacje liczbowe.

1. aneuploidy - organizmy o strukturze genomu w postaci 2n-1 nonosomiki lub 2n+1 trisomiki; mutacje te dotyczą pojedynczej pary chromosomów przy czym pozostałe są normalne
2. euploidy - poliploidy dzielimy na autopoliploidy i alloploidy
a) autopoliploidy - organizmy posiadające zwielokrotniony cały garnitur chromosomalny tj. 2n; 3n; 4n; xn
- przyczyną tych mutacji jest brak rozdziału chromosomów w mitozie dzięki czemu może powstać jądro o podwójnej liczbie chromosomów i w wyniku dalszych podziałów wyrosnąć może osobnik poliploidalny (tzn. cały poliploidalny lub posiadający tylko niektóre tkanki poliploidalne)
- przyczyną mogą być również zaburzenia mejozy - brak rozdziału chromosomów
- inną przyczyną jest tzw. endomitoza - czyli replikacja chromosomów bez udziału jądra - prowadzi do poliplodalności
- w celu wywołania poliploidyzacji można zastosować takie czynniki mutagenne jak np. kolchicyna - alkaloid dezorganizujący wrzeciono kariokientyczne, nie hamując replikacji, uniemożliwia rozdział zrepliowanych chromosomów; kolchicyna stosowana jest powszechnie w rolnictwie w celu uzyskania poliploidalnych odmian pszenicy, kukurydzy itp. w celu uzyskania większych plonów, innym mutagenem prowadzącym do poliploidalności jest accnaften
- poliploidalność jest często spotykana u roślin np. gameta 2n + gameta 2n = osobnik 4n - tetraploid; gameta 1n + gameta 2n = osobnik 3n - triploid
- autopoliploidy - powstają w obrębie tego samego gatunku
b) alloploidy - amfiploidy - organizmy posiadające sumę diploidalnych diploidalnych liczb chromosomów dwóch form rodzicielskich o chromosomach niehomologicznych; czyli są to mutanty powstałe z połączenia dwóch różnych genomów; mieszańce są najczęściej niezdolne do życia - wyjątek muł - wykazujący większą żywotność w porównaniu z rodzicami; wszystkie bezpłodne

Znaczenie poliploidów:
a) u roślin zazwyczaj korzystne np. mutanty pszenicy, kukurydzy, buraków dają lepsze plony
- poliploidalnośc prowadzi do zwiększenia objętości komórki, wykazano jednak że nie wszystkie organy powiększają się jednakowo; zmiany te określono jako gigantyzm organów
- poliploidy mają zwykle mniej szparek oddechowych na powierzchni liścia, stąd mniej intensywna transpiracja - dlatego są bardziej odporne na suszę
- najbardziej korzystne są tetraploidy (4n) u form z wyższą liczbą chromosomów zachodzę nieprawidłowości w wykształcaniu się organów
b) u zwierząt mają zazwyczaj charakter letalny lub subletalny

Choroby genetyczne u ludzi spowodowane mutacjami genomowymi: (wywołane nondysjunkcją w pierwszym lub drugim podziale mejotycznym)
- trisomia 21 pary chromosomów (2n=47) tzw. zespół Downa lub idiotyzm mongoidalny - objawia się niedorozwojem umysłowym, niski wzrost, skośne szpary powiekowe, nieprawidłowości w rozwoju zębów, duży język, wąskie podniebienie, wady narządów wewnętrznych; pomimo upośledzenia chorzy osiągają pewien stopień rozwoju umysłowego; wykazują typowe cechy charakterologiczne - pogodne usposobienie, instynkt społeczny, upór; zespół Downa predysponuje do występowania białaczki (10x częściej)
- trisomia 13 pary chromosomów (2n=47) tzw. zespół Pataua - objawy: niedorozwój umysłowy, wady oczu, deformacja uszu, rozczep wargi, polidaktylia, wady narządów
- trisomia 18 para tzw. zespół Edwardsa - objawy: głęboki niedorozwój umysłowy, wady rozwojowe, wczesna śmierć w okresie niemowlęcym
- zespół Klinefeltera 2n + XXY u mężczyzn (niedorozwój jąder, obniżona inteligencja) i 2n + 3X u kobiet (zaburzenia miesiączkowania lub wtórny brak miesiączki, niski stopień inteligencji)
- zespół Turnera 2n + X - (niski wzrost, infantylizm narządów płciowych, bezpłodność)

6.Badania nad żywieniem - spojrzenie w przyszłość
Prowadzone w przyszłości badania dotyczące żywności będą coraz bardziej koncentrować się na poznaniu wpływu sposobu żywienia na nasze geny. Niektóre potencjalne korzyści takich badań to większe bezpieczeństwo żywności, wyższa zawartość określonych składników odżywczych, nowe metody leczenia i nowe sposoby ochrony środowiska.
Badania genetyczne mogą być zastosowane w dziedzinie żywienia na wiele sposobów, na przykład w celu zwiększenia wartości odżywczej produktu spożywczego, zmniejszenia ryzyka zachorowania na określone choroby lub w celu określenia optymalnego dla zdrowia sposobu żywienia. Z chwilą poznania ludzkiego genomu otworzył się nowy rozdział w badaniach dotyczących związku pomiędzy żywieniem a zdrowiem. W lutym roku 2000 dwa niezależne zespoły badaczy równolegle opublikowały w najbardziej prestiżowych periodykach naukowych "Nature" i "Science" wstępne wyniki badania całego genomu człowieka. Jest to zdumiewające osiągnięcie, jeśli uzmysłowimy sobie, że kompletna sekwencja ludzkiego genomu składa się 3,2 miliarda liter i jest tak ogromna, że w pełni mogła być opublikowana tylko w internecie. Obliczono, że opublikowanie jej w formie drukowanej zajęłoby więcej niż 75 000 stron gazetowych.
Badania nad ludzkim genomem wymagają dogłębnego poznania fizjologii komórki i jej reprodukcji. Podane poniżej wiadomości pozwolą przybliżyć niektóre problemy współczesnej genetyki.
Istnieją 4 podstawowe jednostki tworzące wszystkie geny zawarte w chromosomach.
Należą one do grupy zasad purynowych i pirymidynowych. Zawsze tworzą pary: adenina (A) tworzy parę z tyminą (T) a guanina (G) z cytozyną (C). Cała informacja niezbędna dla funkcjonowania komórki jest zawarta w sekwencji kwasów nukleinowych tworzonych przez powyższe cztery zasady. Sekwencje te powtarzane są w całym genomie kilka miliardów razy. Każda forma życia na Ziemi stosuje ten sam schemat, ale szczegółowy układ adeniny, cytozyny, guaniny i tyminy jest bardzo istotny, ponieważ to on odpowiada za odrębność poszczególnych gatunków roślin i zwierząt a także poszczególnych osobników należących do poszczególnych gatunków. Sekwencja DNA jest kluczem do poznania wielu tajemnic wszystkich form życia, od bakterii po człowieka. Nauka posiadła teraz ów klucz i może za jego pomocą sięgnąć do książki życia zwanej genomem.
Genom - całość DNA.
Genom składa się ze wszystkich cząsteczek DNA obecnych w organizmie, przede wszystkim tych, które tworzą geny (gen jest podjednostką DNA, która determinuje dziedziczone właściwości organizmu, chociażby kolor oczu). Genomy różnych gatunków organizmów różnią się wielkością. Na przykład najmniejszy znany genom posiadają bakterie. Składa się on z 600 000 par zasad purynowych i pirymidynowych . Natomiast genom człowieka zbudowany jest z ponad 3 miliardów par zasad. Chociaż geny są bardzo ważne dla komórki, to jej funkcje zależą bezpośrednio nie od działania genów ale białek. Geny zawierają informacje, które pozwalają komórce produkować różne białka. Z kolei białka decydują o tym, jak dany organizm wygląda, jak funkcjonuje a prawdopodobnie również jak się zachowuje.
Wizje przyszłości
Należy spodziewać się, że wiedza wynikająca z określenia genomu człowieka pozwoli na zrozumienie działania genów i poznanie mechanizmów regulujących ich działanie. Ważnym aspektem będzie poznanie interakcji pomiędzy składnikami żywności a genami oraz wpływu indywidualnej informacji genetycznej na sposób żywienia. Na przykład wiemy, że składniki mleka, warzyw i owoców korzystnie wpływają na metabolizm, ale dotychczas wiele mechanizmów tego działania pozostaje nieznanych. Prowadzone w przyszłości badania pozwolą zidentyfikować te mechanizmy i umożliwić poznanie, dlaczego niektóre składniki produktów spożywczych są korzystne dla zdrowia. Innym przykładem jest zmienność odpowiedzi metabolicznej poszczególnych osób na poszczególne produkty spożywcze i składniki odżywcze. Poznanie podstaw genetycznych tej zmienności będzie mogło być wykorzystane dla określenia szczegółowych zaleceń dietetycznych dla poszczególnych osób. Badania nad interakcjami pomiędzy genami a żywnością będą pomocne dla określenia nowych wskaźników (biomarkerów) zagrożenia wystąpienia różnych chorób lub rozpoznania tych chorób we wczesnym stadium ich rozwoju. Zapewne pozwoli to na zidentyfikowanie istotnych w prewencji tych chorób genów, które można będzie aktywować za pomocą stosowania określonej diety.
Zrozumienie budowy DNA.
Komórki są podstawowych składnikiem każdej formy życia. Całokształt informacji niezbędnej dla funkcjonowania komórki zawarty jest w substancji nazywanej kwasem dezoksyrybonukleinowym (DNA). DNA znajduje się w jądrze komórkowym. U ludzi cząsteczka DNA składa się z dwóch łańcuchów, które zwijają się tworząc podwójną spiralę podobną do skręconej drabiny. Boczne belki tej drabiny stanowią struktury zbudowane z węglowodanów (deoksyryboza), zaś szczeble drabiny zbudowane są z wymienionych powyżej zasad purynowych i pirymidynowych.

Genomika
Rozwój technik sekwencjonowania DNA oraz możliwości obróbki komputerowej uzyskiwanych sekwencji spowodował powstanie nowej gałęzi biologii molekularnej, zwanej genomiką. Genomika bada podobieństwa i różnice sekwencji DNA całych genomów: zarówno w obrębie tego samego genomu jak i pomiędzy genomami należącymi do różnych gatunków. W ten sposób można śledzić zmiany, jakie dokonywały się w przeszłości na poziomie DNA i które były przyczyną powstawania nowych gatunków. W roku 2001 opublikowano całą sekwencję genomu człowieka, prace nad tym projektem trwały ponad 10 lat. W przyszłości, kiedy sekwencjonowanie będzie tańsze i szybsze, możliwe stanie się ustalanie tzw. profilu genetycznego każdego pacjenta. Na tej podstawie będzie można prognozować prawdopodobieństwo wystąpienia określonych chorób i odpowiednio wcześnie leczyć. Obecnie znane są także genomy ważnych organizmów modelowych, takich jak mysz, muszka owocowa Drosophila melanogaster, nicień Coenorhabditis elegans, drożdże Saccharomyces cerevisiae oraz genomy wielu wirusów i bakterii. Jest to dopiero początek badań nad genomami i najbliższe lata przyniosą z pewnością wiele fascynujących odkryć.
paralogi i ortologi Pragnąc ustalić ewolucyjne pokrewieństwo genów bada się głównie podobieństwa pomiędzy sekwencjami aminokwasów w różnych białkach, gdyż na skutek zdegenerowania kodu genetycznego sekwencje na poziomie DNA mogą różnić się w znacznie większym stopniu i może to utrudnić śledzenie pokrewieństw. Współczesna genomika wprowadziła do genetyki dwa nowe pojęcia: paralogi (są to geny wykazujące podobieństwo sekwencji w obrębie konkretnego genomu jakiegoś gatunku) i ortologi (są to geny o podobnych sekwencjach występujące u różnych gatunków).
Po zsekwencjonowaniu genomu drożdży okazało się, że na ok. 6300 genów aż ok. 24% stanowią ortologi genów człowieka. Świadczy to o tym, że w trakcie ewolucji wiele domen białkowych zostało wytworzonych bardzo wcześnie i że nadal funkcjonują one w najbardziej podstawowych procesach metabolicznych u organizmów o bardzo małym stopniu pokrewieństwa. Z drugiej strony — badając pokrewieństwa genów w obrębie genomu drożdży, wykryto aż 55 obszarów zawierających 376 par podobnych do siebie genów, czyli paralogów. Wyniki badań sugerują, że ok. 100 mln lat temu genom drożdży uległ duplikacji. Cześć powielonych genów uległa eliminacji, cześć akumulowała mutacje i uległa przekształceniu do nieaktywnych biologicznie pseudogenów, pozostałe zaś mogły uzyskać nowe funkcje.
horyzontalny transfer genów Genomika umożliwia także śledzenie jeszcze jednego procesu, który wydaje się odgrywać rolę w ewolucji — horyzontalnego transferu genów. Polega on na nabywaniu genów od innego gatunku. Proces ten znany jest u bakterii, gdzie przenoszenie DNA może się dokonywać za pośrednictwem plazmidów, wirusów lub procesu pobierania DNA ze środowiska. U organizmów wyższych bariery pomiędzy gatunkami wydają się bardziej szczelne i jest mało prawdopodobne, aby proces ten mógł zachodzić. W zsekwencjonowanym genomie człowieka znaleziono kilkadziesiąt ortologów bakteryjnych, ich pochodzenie nie jest jednak jasne.
genom człowieka Ustalenie w roku 2001 pełnej sekwencji genomu człowieka przyniosło kilka niespodziewanych informacji. Liczba genów okazała się znacznie mniejsza od spodziewanej — wynosi bowiem ok. 35-40 tys. Co więcej, sekwencje kodujące białka, czyli geny sensu stricte, zajmują jedynie 1,5% całego genomu. Ustalenie sekwencji genów nie jest oczywiście równoznaczne z poznaniem funkcji kodowanych przez nie białek, dlatego też konieczne będzie wiele lat badań, także nad poznawaniem wzajemnych relacji pomiędzy białkami. Szczególnie fascynujące będą badania nad ewolucją naczelnych i zidentyfikowanie tych genów, które różnią nas od szympansa, goryla i orangutana.

Myszy i ludzie

JACEK KUBIAK z Rennes (Francja)

 

W październiku ub. roku Craig Venter z amerykańskiej firmy biotechnologicznej Celera Genomics odczytał zapis całego genomu myszy. Wiadomość nie wywołała tak wielkiego zainteresowania, jak wcześniejsze oświadczenie Ventera, że odczytano cały genom człowieka. Głośniej było również teraz, gdy 15 lutego ogłoszono prawie kompletną mapę ludzkiego genomu. Tymczasem ta hierarchia zainteresowania jest niesłuszna: dopiero zestawienie informacji dotyczących genomów człowieka i myszy będzie przełomem i otworzy drogę do ich stosowania w medycynie.

W genetyce upatruje się dziś lekarstwa na kłopoty zdrowotne ludzkości: od kataru po raka i schizofrenię. Przyczyny wielu chorób lub skłonności do zapadania na nie są bowiem często związane z mutacjami genów. Rozpoznając te geny i ich mutacje będziemy więc mogli przewidzieć występowanie tych chorób. A mając możliwość manipulowania genami, np. w postaci terapii genowej, będziemy mogli im zapobiegać i je leczyć. 
Aby jednak przejść od badań do zastosowań, trzeba poznać zapis zawarty w genach i zrozumieć ich działanie. Konieczne są żmudne eksperymenty, wykazujące funkcje poszczególnych genów i zmiany chorobowe wywołane przez ich mutacje. Prowadzenie ich na komórkach ludzkich in vitro nie zawsze jest łatwe i pozwala jedynie na poznanie roli danego genu w tym, a nie innym typie komórek. A to tylko część problemu i dlatego niezbędne są badania funkcji danego genu w całym organizmie. Ze względów etycznych wyklucza się tego typu badania na ludziach - wyjściem jest przeprowadzenie ich na modelowym organizmie zwierzęcym. Idealnym jest laboratoryjna mysz. Dlatego poznanie genomu myszy ma takie znaczenie dla poznania funkcji genów człowieka.
Naukowa przygoda z genami zaczęła się przeszło sto lat temu na Morawach. Augustianin Grzegorz Mendel tuż po święceniach został wysłany do miejscowości Znojmo. Miał tam zostać nauczycielem w gimnazjum. Bratu Grzegorzowi nie wystarczało jednak prowadzenie lekcji, miał żyłkę eksperymentatora. Intrygowało go, jakie cechy będzie miało potomstwo zwykłej szarej myszy po skrzyżowaniu jej z białą. 
Nie było mu jednak dane poznanie wyników tego doświadczenia. Gdy miejscowy biskup dowiedział się, po co Mendel hoduje myszy, zakazał niecnych eksperymentów i szybko przeniósł mnicha do klasztoru w Brnie. Tu Mendel zajął się uprawą klasztornego ogródka. Ciekawość kazała mu kontynuować prace nad dziedziczeniem barwy - tym razem kwiatów i nasion groszku. Tego biskup nie zakazywał - może nie przypuszczał, że rośliny groszku, podobnie jak myszy, rozmnażają się płciowo. Dzięki temu Mendel odkrył dwa prawa o dziedziczeniu cech. Właśnie one dały podwaliny nowej nauki - genetyki.
Pierwsze mówiło, że za wykształcanie się różnych cech roślin grochu odpowiedzialne są tzw. parzyste elementy dziedziczności. Elementy te nazwano później genami. Drugie, że cechy - np. kolor kwiatów i kształt nasion grochu - są dziedziczone niezależnie od siebie. Wyniki prac Mendla pozostawały nieznane naukowcom przez ponad 30 lat i doceniono je dopiero w 1900 r. Okazało się, że prawa te są uniwersalne (choć to drugie nie było do końca prawdziwe), bo dotyczą nie tylko grochu, ale i wszystkich organizmów, z człowiekiem włącznie.

CZYM SĄ GENY

Jeszcze przez kilka lat geny pozostawały ezoterycznymi elementami dziedziczności, których nie umiano zlokalizować w obrębie komórki. Dopiero badania Thomasa Hunta Morgana na muszce owocowej (uwieńczone Noblem w 1933 r.) pozwoliły umiejscowić geny w pałeczkowatych strukturach komórkowych, zwanych chromosomami. 
Struktury te znane były biologom wcześniej, ale nie znano ich funkcji. Morgan wykazał, że geny, ułożone liniowo w chromosomach, przekazywane są z komórki do komórki w procesie podziału komórkowego. I że podobny mechanizm przekazywania genów zachodzi w trakcie podziału, zwanego mejozą, a poprzedzającego tworzenie gamet: plemników i jaj. W procesie tym liczba chromosomów redukowana jest do połowy. Zapłodnienie, dające początek nowemu organizmowi, pozwala na połączenie się puli chromosomów - a więc i ich genów - pochodzących od ojca i matki, oraz na odtworzenie takiej ich liczby, jaka była w komórkach przed podziałem. 
Poznając następstwo mejozy i zapłodnienia zrozumiano, dlaczego pierwsze prawo Mendla mówi o parzystej liczbie genów, determinujących daną cechę. Stało się też jasne, że jego drugie prawo dotyczy genów zgromadzonych w różnych chromosomach. 
Morganowi zawdzięczamy też możliwość mapowania genów w obrębie chromosomów. Udowodnił on, że w odpowiednio wybarwionych gigantycznych chromosomach muszki owocowej można zauważyć pod mikroskopem prążki, których pozycja odpowiada poszczególnym grupom genów. Dzięki temu odkryciu można było tworzyć pierwsze mapy genów w chromosomach różnych organizmów.
10 lat po Nagrodzie Nobla dla Morgana wykazano, że nośnikiem informacji genetycznej jest kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA), budujący chromosomy wraz z licznymi białkami. Tego odkrycia dokonano, badając przekazywanie cech wśród bakterii Escherichia coli, czyli pałeczki okrężnicy. Wykazano, że w procesie płciowym bakterie przekazują sobie nawzajem swoje DNA. Badając, ile czasu potrzeba na przekazanie danego genu z jednej bakterii do drugiej, zidentyfikowano najpierw geny „szybkie” i „powolne”, a następnie określono kolejność wszystkich znanych genów w chromosomie bakterii. W ten sposób po raz pierwszy zmapowano ułożenie genów w DNA. 

AATGCAATTG...

W tym miejscu koniecznych jest trochę informacji dla laika trudnych, ale koniecznych. Otóż w 1953 r. James Watson i Francis Crick opisali strukturę DNA i wyjaśnili, jak następuje jego powielanie. To pozwoliło zrozumieć istotę genu i przeniosło naszą wiedzę o dziedziczeniu na poziom molekularny. Obaj uczeni wykazali, że DNA zbudowany jest z dwóch nici nukleotydów oznaczonych symbolami: A, T, C i G. W obu niciach dobierają się one zawsze parami: A-T i C-
-G. Jeśli w jednej z nici znajduje się ciąg, czyli - jak mówią genetycy - sekwencja nukleotydów (np. AATGCAATTG), to w drugiej nici jest tzw. sekwencja komplementarna (dla naszego przykładu: TTACGTTAAC). To ten mechanizm doboru nukleotydów, tworzących obie nici DNA powoduje, że informacja genetyczna może być bezbłędnie powielana. 
Takimi właśnie sekwencjami nukleotydów są geny (tyle że o wiele dłuższymi niż przedstawiony przykład). W dodatku zaopatrzone są w specjalne sekwencje, zaczynające i kończące każdy gen - stąd możliwość szybkiego określenia, ile genów znajduje się w zsekwencjonowanym genomie. Oczywistym było, że tylko jedna z nici może zawierać sensowną informację genetyczną - nazwano ją nicią sensowną. Druga nić zawiera informacje nonsensowne i służy jedynie do powielania siostrzanej nici sensownej. Dzięki obecności krótkich sekwencji, odgrywających role znaczników w sensownej nici DNA, komórka rozpoznaje, która z nich zawiera użytecznę informacje. 
Tu dochodzimy do kwestii rozpoznawania, co jest zapisane w sekwencji nukleotydów DNA. Otóż każda komórka naszego organizmu dysponuje skomplikowaną maszynerią enzymatyczną, odczytującą informacje zakodowane w sekwencji nukleotydów jej DNA. Przy jej wykorzystaniu informacja genetyczna jest przepisywana z DNA na inny, tym razem jednoniciowy polimer nukleotydów - kwas rybonukleinowy (RNA). Informacja zawarta w RNA jest z kolei przepisywana na sekwencje białek, tworzonych z cząsteczek aminokwasów przy udziale struktur komórkowych, zwanych rybosomami. 
Dla zrozumienia mechanizmu odczytywania sekwencji DNA niezbędne było złamanie kodu genetycznego.

KOD ŻYCIA

Dokonali tego Marshal Nirenberg i Har Gobind Khorana (za co dostali Nobla w 1968 r.): udowodnili, że kod genetyczny jest wspólny dla wszystkich organizmów, od wirusów i bakterii do człowieka.
Rola kodu genetycznego jest prosta: umożliwia on „tłumaczenie” sekwencji nukleotydów na sekwencje aminokwasów w białkach. Białka zaś są zarówno budulcem każdej komórki, jak i enzymami prowadzącymi komórkowe reakcje chemiczne. Właśnie powielanie się informacji genetycznej w DNA i enzymatyczna aktywność białek są dwoma podstawowymi atrybutami materii żywej.
Geny przejawiają aktywność głównie w postaci białek, choć mogą też czasem ograniczać się do samego RNA. Liczne choroby genetyczne, wynikające z uszkodzeń DNA lub z błędów przy przepisywaniu informacji genetycznej na RNA i na ciągi aminokwasów, są spowodowane obecnością w komórkach zmienionego RNA i zmienionych białek. Takie cząsteczki RNA i białka nie mogą spełniać odpowiednich funkcji, ponieważ mają inne właściwości niż ich niezmutowane wzorce. Np. przy dziedzicznej skłonności do raka piersi często zmutowany jest gen o nazwie BRCA1.
Przyczyną chorób genetycznych może być zarówno brak, jak nadmiar danych genów i ich białkowych produktów. Np. w przypadku choroby o nazwie fenyloketonuria brakuje enzymu odpowiedzialnego za przetwarzanie aminokwasu fenyloalaniny w inny aminokwas o nazwie tyrozyna. Gromadzący się m.in. w komórkach układu nerwowego produkt przejściowy przetwarzania fenyloalaniny (kwas fenylopirogronowy) powoduje niedorozwój umysłowy i fizyczny. 
Z kolei przyczyną innej genetycznej choroby, zespołu Downa, jest nadmiar wielu genów i ich produktów. Chorzy mają w jądrze komórkowym każdej komórki ciała o jeden chromosom (oznaczony numerem 21) za dużo. Zatem zamiast jednej pary genów, mają po trzy kopie każdego genu z tego chromosomu. A genom człowieka zawiera 23 pary chromosomów. Brak lub zwielokrotnienie każdego z nich, albo tylko fragmentów któregoś z chromosomów może powodować śmiertelną chorobę. Zespół Downa jest jedną z łagodniejszych typów takich chorób, a zwielokrotnienia innych chromosomów są prawdopodobnie śmiertelne już w trakcie życia płodowego.
Poznanie zapisu naszego genomu umożliwi więc szybką identyfikację tych genów, których mutacje powodują choroby - taka była główna myśl, przyświecająca przed 10 laty naukowcom z opłacanego z publicznych pieniędzy międzynarodowego konsorcjum Human Genome Project (HGP), którzy rozpoczęli sekwencjonowanie całego ludzkiego genomu.

GENOM I PATENTY

Odczytanie genomu człowieka - czyli poznanie całości informacji genetycznej niezbędnej do funkcjonowania organizmu - było największym wyzwaniem współczesnej biologii. A dzięki reklamie, którą był publiczny wyścig prywatnej firmy Celera Genomics (którą kieruje Venter) z HGP stało się symbolem przełomu tysiącleci. Teraz, gdy odczytywanie tej informacji zostało zakończone, wyzwaniem jest poznanie funkcji poszczególnych genów. 
Genetycy pracujący nad rozwikłaniem zagadek ludzkich genów brali udział w odczytywaniu genomów innych organizmów: tuzina bakterii, dwóch gatunków drożdży, żyjącego w glebie nicienia i muszki owocowej. Craig Venter jest jednym z nich i to jego ekipa przed kilku laty po raz pierwszy ogłosiła odczytanie genomu bakterii Haemophilus influenzae. 
Kiedy w maju 1998 Venter oznajmił, że takim samym nakładem kosztów (200 mln dolarów) jego firma własną metodą dokończy sekwencjonowanie ludzkiego genomu, i to w czasie krótszym niż HGP, wywołał nerwowe poruszenie wśród naukowców kierujących rządowym projektem. Zaczęła się wojna nerwów. 
Kością niezgody stały się pieniądze. Venter postanowił sfinansować swój prywatny projekt odczytania genomu człowieka dochodami z opatentowania sekwencji nukleotydów, tworzących zapis genów interesujących przemysł farmaceutyczny. HGP zaś przekazywało informacje pochodzące z odczytywania kolejnych fragmentów DNA do banku genów. Przez Internet ma do nich dostęp każdy zainteresowany - oczywiście za darmo. W końcu Venter pod presją opinii publicznej musiał wycofać się z pomysłu opatentowania swego odkrycia.
Teraz wojna toczy się o to, co można patentować: same geny czy zastosowania uzyskane z ich odczytania. Miejmy nadzieje, że i ten spór skończy się pomyślnie dla HGP, które broni wolnego dostępu do informacji o nas samych.

JAK DZIAŁA GENOM

Genom człowieka składa się z 3 miliardów nukleotydów i zawiera około 30 tys. genów. Poza klasycznymi genami istnieją w naszym genomie olbrzymie (ponad 98 proc. całego genomu) obszary, których funkcji nie znamy. Podejrzewa się, że część z nich zaangażowana jest w koordynowanie uaktywniania się genów. Kontrola ta sprawia, że np. hemoglobina pojawia się tylko w dojrzewających czerwonych ciałkach krwi, a nie znajdziemy jej w białych ciałkach, choć oba typy krwinek zawierają tę samą informację genetyczną. 
Ta ogromna ilość informacji jest bez przerwy przetwarzana w każdej komórce organizmu. Część genów jest aktywowana, inna pozostaje w uśpieniu. Zmiany te mogą następować bardzo szybko: geny aktywne są za chwilę wyłączane, a te uśpione - aktywowane do produkcji RNA i białek. Niektóre geny pozostają aktywne w ciągu całego życia: to one kodują enzymy regulujące podstawowe funkcje komórek. A są w naszym genomie również takie geny, które mają okazję ujawnić swą aktywność bardzo rzadko, np. raz w życiu organizmu, albo nawet raz na kilka pokoleń. Dzięki temu skoordynowanemu procesowi włączania i wyłączania genów zachodzi nasz rozwój: od zapłodnionego jaja, przez różnicujące się komórki zarodka, do dojrzałego organizmu. 
Istnieją również inne sposoby regulacji aktywności genów, które mają znaczenie nie tylko np. dla rozwoju zarodka (bez kontroli aktywności naszych genów jednokomórkowa zygota nie jest w stanie przejść nawet jednego podziału), ale także dla funkcjonowania komórek mózgu i procesu kontroli podziałów komórkowych także u dorosłych. Prawidłowa regulacja aktywności genów niezbędna jest też do hamowania procesów nowotworowych.
Regulacja pracy naszego genomu jest procesem niezwykle skomplikowanym. Bez jego znajomości trudno zrozumieć, ile wysiłków muszą włożyć naukowcy, by poznać funkcjonowanie naszych genów i całego genomu. 
Co jednak ważne: istnieją w naszym genomie ogromne obszary, które nie mają struktury genów. Funkcji tych regionów nie znamy. Geny są więc tylko drobną częścią informacji genetycznej, w dodatku nieregularnie rozsianą w genomie.

DŁUG U MYSZY

Poznanie samej mapy genów jest tylko wstępem do poznania tajemnic funkcjonowania komórek. Aby zrozumieć instrukcje tworzenia i funkcjonowania organizmu, niezbędne jest odkrycie zależności, regulujących aktywność genów i mechanizmów pozwalających na ich współdziałanie. A do tego niezbędne jest porównanie struktury i mechanizmów rządzących organizacją naszego genomu z genomami innych organizmów wielokomórkowych. Dysponujemy już zapisem całego genomu muszki owocowej i mikroskopijnej wielkości robaka z grupy nicieni. Ich genomy, choć dostarczają wielu informacji, różnią się jednak bardzo od genomu człowieka. Na szczęście bliski już końca proces sekwencjonowania genomu myszy obiecuje naukowcom najlepszy materiał do porównań.
Dlaczego mysz? Otóż, aby badać funkcje genu, najlepiej pozbyć się go z genomu albo zmodyfikować sekwencje jego zapisu i obserwować efekt tego zabiegu w komórkach i całym organizmie. Techniki te najłatwiej stosować u laboratoryjnej myszy. Stosując metody inżynierii genetycznej, pozwalające na wymianę fragmentów DNA na inne, można usuwać z genomu wybrane geny. Dokonuje się tego w pierwszych fazach rozwoju zarodka myszy, co pozwala na wyhodowanie dorosłej myszy pozbawionej wybranego genu, a więc i jego produktów (RNA i białka). Myszy pozbawione np. genu o nazwie Kip1, a więc i kodowanego przez ten gen białka p27Kip1, są większe i bardziej podatne na nowotwory. Można więc wnioskować, że białko p27Kip1 bierze udział w kontroli wzrostu i podziałów komórkowych. A badając inne szczegóły zmodyfikowanych genetycznie myszy, można opisać funkcje danego genu. 
Z powodów etycznych nie można tak eksperymentować na zarodkach ludzkich. Jednak podobnych zabiegów dokonuje się w procesie terapii genowej, gdy np. do komórek krwi pobranych od pacjenta wprowadza się prawidłowy gen i następnie tak spreparowane komórki wszczepia do jego krwioobiegu. W procesie tym nie usuwa się jednak „złego” genu, a jedynie uzupełnia genom chorych komórek „zdrowym” genem. W przypadku niektórych chorób, gdy „zły” produkt genu zatruwa komórkę, jedynym ratunkiem będzie zastąpienie zmutowanego genu przez gen zdrowy. 
Od niedawna istnieje też metoda tzw. wyciszania genów, co pozwala na czasowe wyłączenie aktywności wybranego genu np. w zarodku myszy. Dzięki niej można obserwować efekt braku aktywności wybranych genów na rozwój zarodka. Tą drogą uda się zapewne w przyszłości wyciszać, przynajmniej na jakiś czas, zmutowane geny będące przyczyną chorób genetycznych.
Znając całość zapisu genomu myszy i człowieka, można będzie zidentyfikować mysie odpowiedniki ludzkich genów. Używając metod usuwania lub wyciszania genów u myszy, będziemy mogli badać funkcje poszczególnych genów, nie ingerując w zapis genów zarodków ludzkich. Ludzkość zaciąga więc teraz dług właśnie u laboratoryjnej białej myszki...

GENOM - I DUSZA

Skoro można testować odpowiedniki genów człowieka u myszy, to co różni nas od zwierząt? Czy w naszym genomie jest miejsce na geny odpowiedzialne za naszą duchowość, a nie ma ich u myszy? Czy są geny określające to, co Arystoteles nazywał eidos, a św. Tomasz - duszą? 
Odwieczny dylemat, na ile metodami naukowymi można poznać to, co należy do sfery wiary, religii i kultury, pojawia się znowu, gdy mamy przed sobą prawie kompletne księgi ludzkich i mysich genów. Ale nawet znając 100 proc. ich zapisu, nie zdołamy odpowiedzieć na to pytanie. Czy 26-30 tys. ludzkich genów potrafi zapisać całą różnorodność naszych cech? Począwszy od zdolności mówienia, pisania, zgadywania, a na komponowaniu muzyki, tworzeniu poezji czy obrazów skończywszy. Czy te cechy i zdolności są zapisane w naszym genomie? A nienawiść, głupota, bezmyślność? Dziś możemy jedynie domniemywać, że są one wynikiem pewnej kombinacji naszych genów, ale nie możemy tego sprawdzić. 
Nie da się wyhodować myszy, która odtworzy koncert Chopina. Nasze geny to bowiem tylko szkielet - rusztowanie tego, czym jesteśmy. Wyznaczają one jedynie ramy, które wypełniamy, świadomie lub nie, przez oddziaływania ze środowiskiem - którym jest zarówno płyn wypełniający jajowód w momencie naszego poczęcia, jak płyn, w którym pławimy się przez 9 miesięcy życia płodowego, a następnie czułe słowa, dotyk i gesty matki i ojca, kontakty z rówieśnikami, z całym otoczeniem. Nie tylko nasze geny decydują, czy będziemy mądrzy, mili, grzeczni. Również to, co przeżyliśmy, wpływa na nasze człowieczeństwo.
Geny dają nam tylko możliwość realizowania marzeń. Dają nam świadomość, którą wypełniamy już sami, tylko pośrednio korzystając z ich udziału. Poza genami jest jeszcze coś, czego nie rozumiemy, a co pozwala wypełnić rusztowanie dane nam przez genom. To coś czujemy i jedynie w niewielkim stopniu potrafimy określić słowami. To metafizyka genomu. 
Jakże przyjemne jest uczucie, że jednak nie da się opisać nas całych, bez reszty, jedynie
przy pomocy kilku liter: A, C, G i T.

---