Myszy i ludzie

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.