Współczesne
badania
genetyczne
Współczesne
badania
genetyczne
Jesteśmy świadkami rewolucyjnych przemian
zarówno w medycynie jak i w genetyce- dział ten
doświadcza rewolucyjnego rozkwitu nauk, metod i technik
badawczych. Ich zawartość dla nauki i medycyny ma nie
tylko charakter badawczy ale również wykorzystanie
nowoczesnych metod biologii molekularnej w diagnostyce ,
profilaktyce oraz monitorowaniu leczenia chorób określa
poziom nowoczesności ośrodków klinicznych i opieki
podstawowej. Siłą nowoczesnej analizy na poziomie
molekularnym jest możliwość wyjaśnienia obserwacji i
problemów i klinicznych w ścisłych kategoriach
molekularnych mechanizmów powstawania zaburzeń.
Formułowane są obecnie niezmiernie nośne koncepcje na
temat struktury i funkcjonowania genomu człowieka.
Analiza rodowodów oraz klonowanie genów należy obecnie
uważać jedynie za narzędzia; celem staje się wyjaśnienie
mechanizmów powstawania wrodzonych wad
metabolicznych.
Badania wykonywane metodami biologii
molekularnej (potocznie badania genetyczne lub
badania PCR – od nazwy jednej ze stosowanych
technik) są najnowszą i dynamicznie rozwijającą się
dziedziną badań laboratoryjnych.
Badania tego typu polegają na wykrywaniu określonego
materiału genetycznego w próbce. Szukanym kodem
genetycznym może być np.:
-fragment DNA lub RNA czynnika chorobotwórczego, takiego
jak wirus (np. HPV, HCV, HBV) lub bakteria (np. Borrelia
Burgdorferi, Chlamydia Trachomatis
-fragment materiału genetycznego badanej osoby,
wskazujący na ryzyko zachorowania przez nią w przyszłości
na określone schorzenia uwarunkowane genetycznie, np.
choroby nowotworowe, choroba Alzheimera, choroba
Parkinsona, miażdżyca.
Badania genetyczne wykorzystywane są również coraz
częściej do ustalania pokrewieństwa (najczęściej
potwierdzenia lub wykluczenia ojcostwa).
Jest to szczegółowa lista nukleotydów składających się na
genom (kod genetyczny) każdego organizmu. Naukowcy
rozszyfrowali już mapę trzech miliardów nukleotydów
wchodzących w skład genomu ludzkiego. Pozwoli to
zidentyfikować każdy gen ludzkich chromosomów i
zrozumieć, za co jest on odpowiedzialny.
Wprowadzanie genów, których zadaniem jest
pobudzanie narządów do samodzielnego leczenia się, np.
pobudzałyby serce pacjenta wymagające chirurgicznego
wszczepienia bajpasów do budowania nowych naczyń
krwionośnych.
Modyfikacja organów
Mapa genów
Mutacja tylko jednego genu może wywołać ponad 4 tys.
chorób, a jeden procent dzieci rodzi się z potencjalną chorobą
wywołaną przez mutację jednego genu. Już teraz szeroko
stosowanym badaniem genetycznym jest diagnoza prenatalna.
Diagnoza prenatalna umożliwia zdobycie informacji, które
umożliwiają podjęcie przez rodziców odpowiedzialnej decyzji,
czy podejmują potencjalne ryzyko posiadania dziecka z wadami
rozwojowymi, czy też rezygnują z rodzicielstwa
.
Badania prenatalne
Wskazania do badań prenatalnych
-Kobieta ma więcej niż 35 lat.
-W rodzinie ciężarnej lub jej męża występowały wcześniej
choroby genetyczne.
-Przyszła matka urodziła wcześniej dziecko z wadą genetyczną
(np. z zespołem Downa) lub z wadą ośrodkowego układu
nerwowego (np. wodogłowiem, przepukliną mózgowo-
rdzeniową) albo z określoną grupą chorób metabolicznych
(m.in. mukowiscydozą).
-Test potrójny wykrył w surowicy krwi ciężarnej wysokie
stężenie alfa-fetoproteiny (białko wytwarzane w wątrobie i
jelicie płodu). Podwyższone wartości mogą sugerować m.in.
rozszczep kręgosłupa dziecka.
Wykorzystanie metody klonowania organów wewnętrznych
do transplantologii daje olbrzymie możliwości wytwarzania tkanek
i organów, które mają służyć do przeszczepu. W związku z tym, że
materiał genetyczny pochodziłby z organizmu pacjenta, zupełnie
znikłoby niebezpieczeństwo odrzucenia wyprodukowanego w ten
sposób narządu. Do tego celu służyć mają komórki macierzyste z
których pobiera się materiał genetyczny pacjenta i wszczepia do
komórki jajowej z której z kolei usunięto jądro. Jest to jak wyżej
zaznaczono metoda transferu lub transformacji jądra
komórkowego. Dalszy rozwój zarodka następuje już pod kontrolą
genomu pacjenta, co umożliwia wyhodowanie dowolnej tkanki lub
organu posiadającego materiał genetyczny chorego.
Transplantologia
Rozpoznanie chorób na drodze analizy genów.
Obecnie naukowcy są w stanie zdiagnozować niektóre
zaburzenia genetyczne, które ujawniają się jako
nieregularności sekwencji nukleotydów. Np. pląsawica
zwana chorobą Huntingtona (stopniowe pogarszanie się
stanu fizycznego i psychicznego) może być wykryta już w
okresie płodowym. Takie badania mogą również umożliwić
identyfikację genów odpowiedzialnych za większą
podatność organizmu na nowotwory. W takim przypadku
można byłoby zastosować leczenie zapobiegające
rozwojowi raka
Diagnostyka genetyczna
Badania mitochondrialnego DNA doprowadziły do
odkrycia nowej kategorii chorób, w której zaburzone są procesy
wytwarzania energii.
Przez pewien czas panowało przekonanie, że cała konstytucja
genetyczna człowieka jest determinowana przez geny
zlokalizowane w 46 poznanych chromosomach w jądrze
komórkowym. Choroby genetyczne łączono zatem z defektami
tych genów, takimi jak mutacje abberacje chromosomowe, a jako
trzecią klasę wyróżniono choroby uwarunkowane
wieloczynnikowo. Ostatnio wykazano jednak, że przyczyną
ciężkich zaburzeń nie mieszczących się w ustalonych
schematach chorób genetycznych mogą być zmiany informacji
genetycznej zlokalizowanym poza jądrem komórkowym.
Badania mitochondrialnego DNA
W każdej komórce występują setki mitochondriów, a
każda z nich zawiera kilka kopi kolistej DNA o długości
16,5 kilozasad. Chociaż większość białek
mitochondrialnych kodowanych jest przez geny jądrowe,
w wyniku mutacji nielicznych genów mitochondrialnych
może natąpić zakłócenie funkcji kompleksów
enzymatycznych wytwarzających energię w komórce. Do
cech odróżniających genom mitochondrialny od genomu
jądrowego należy dziedziczenie w formie przekazywania
cech przez matkę, a także heteroplazmia, która jest
przyczyną zróżnicowania przebiegu choroby w w rodzinie
.
Odkrycie chorób mitochondrialnych otworzyło nowy
rozdział w poznaniu patogenezy ludzkich chorób.
Zapłodnienie in vitro, inaczej zapłodnienie pozaustrojowe,
to metoda zapłodnienia polegająca na doprowadzeniu do
zapłodnienia komórki jajowej w warunkach laboratoryjnych,
poza ciałem matki.
Polega ono na przeprowadzeniu hormonalnie sterowanego
procesu owulacji, następnie na pobraniu komórek jajowych,
które są łączone z męskimi komórkami rozrodczymi
(plemnikami) w warunkach laboratoryjnych. Kiedy zapłodniona
komórka zaczyna się dzielić, zarodek przenoszony zostaje do
organizmu matki, by mógł zagnieździć się w ścianie macicy i
jeśli dojdzie do zagnieżdżenia, powstaje ciąża, która dalej
przebiega w sposób naturalny.
Zapłodnienie in
vitro
Jednym z najbardziej kontrowersyjnych zagadnień, którymi
zajmuje się inżynieria genetyczna jest klonowanie. Jest
to proces, który można rozumieć na kilka sposobów.
Po pierwsze na najniższym stopniu organizacji, czyli
otrzymywanie kopii fragmentów nici DNA, drugim znaczeniem
jest reprodukcja całych linii komórek, z których każda jest
kopią oryginału, trzeci, nieco wyższy stopień złożoności
przedstawia klonowanie jako proces reprodukcji embrionów
dokonywanej poprzez podział bliźniaczy, którego dokonuje
się na bardzo wczesnych etapach rozwoju embrionalnego.
A ostatecznie proces ten polega na stworzeniu osobnika
identycznego z osobnikiem, z którego pobrane zostało jądro
komórkowe z pominięciem rozmnażania płciowego
w warunkach in vitro. Najczęściej stosowaną techniką
w klonowaniu jest przeniesienie jądra komórkowego komórki
somatycznej jednego organizmu do komórki jajowej innego
organizmu, z której wcześniej usunięto jej własne jądro.
1996 roku sklonowano pierwszego ssaka- owcę
Dolly, zapoczątkowując tym samym rozwój współczesnej
inżynierii genetycznej. Naukowcy klonowali później myszy,
krowy i świnie, ale Dolly pozostała najsłynniejsza. Niestety
starzała się szybciej niż jej rówieśnicy, cierpiała na
artretyzm, nadwagę i chorobę płuc
.
Obecnie trwa niemalże wyścig o to kto klonuje pierwszy
człowieka. Sam fakt klonowania niesie ze sobą wątpliwości,
ale klonowanie człowieka nie jest tylko zabiegiem
laboratoryjnym, ale pociąga za sobą konsekwencje moralne
i etyczne. Sam twórca owcy Dolly Ian Wilmut krytycznie
wypowiadał się o chęci klonowania człowieka: "klonowanie
człowieka jest nieakceptowane społecznie i powinno
być prawnie zakazane". Swoją wypowiedź podparł licznymi
argumentami, miedzy innymi tym, że klonując człowieka
stwarza się czyjąś kopię, a żaden człowiek nie może
być traktowany jak gorszy egzemplarz oryginalnego osobnika.
Ponadto jak wiedzą wszyscy genetycy klonowanie człowieka jest
niezmiernie skomplikowanym zadaniem i wymaga wzięcia
pod uwagę znacznie większej liczby czynników niż w przypadku
innych organizmów. Poza tym sam klon człowieka nie koniecznie
musi być identyczny z organizmem rodzicielskim (będącym
dawcą genów), ponieważ należy wziąć pod uwagę jeszcze
materiał genetyczny zawarty w mitochondriach, a także różnego
rodzaju mutacje, które mogły zajść w czasie życia osobniczego
osobnika, od którego pobrano geny
.
Przeogromna liczba odkryć w genetyce i towarzyszący jej
zalew informacji, prowadzą do lepszego zrozumienia podłoża
chorób monogenowych i rzucają światło na etiologię chorób
poligenowych i wieloczynnikowych.
Przyszłość przyniesie zapewne wiele nowych odkryć , które
ułatwią zrozumienie podłoża genetycznego kolejnych chorób a to
przełoży się na opracowanie skutecznych strategii
terapeutycznych.
Bibliografia:
1. Bruce. R. Korf, Genetyka człowieka-rozwiązywanie
problemów medycznych, wyd. naukowe PWN, Warszawa
2003.
2. John R. Bradley, Dawid R. Johnson, Barbara R. Pober.
Genetyka medyczna. Wyd. Lekarskie PZWL, Warszawa
2009
4. Witold Bartnik. Postępy nauk medycznych, progress in
medicine. Warszawa 2004
5. Edward S. Tobias, Michael Connor, Malcolm Ferguson-
Smith. Genetyka madyczna. PZWL