Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Homo sapiens sapiens: přečteno!

V informační společnosti neexistuje nic takového jako právo nevědět
Publikováno: Vesmír 79, 427, 2000/8
Obor: Genetika

Všechno to nejspíš začalo v roce 1983, kdy laboratoř v Los Alamos a laboratoř Lawrence Livermoore začaly připravovat neobvyklou genetickou knihovnu. „Knihou“ rozumíme virovou částici, kde je část virové DNA nahrazena nějakým úsekem DNA z jiného zdroje. V tomto případě každá „kniha“ obsahovala krátké úseky jednotlivých lidských chromozomů, což je základní krok umožňující sekvencování. Kdo má knihy, chce je číst. A tak tyto dvě laboratoře spolu s řadou dalších institucí a pod záštitou amerického Národního zdravotnického ústavu (NIH) iniciovaly vznik nejdříve americké, a potom mezinárodní organizace, která r. 1990 oficiálně začala sekvencovat lidský genom (viz rámeček dole). Teď je to prý hotové, jenže my dobře víme, že ve skutečnosti není. To, co zatím vzniklo a co NIH spolu s Billem Clintonem za novinářského hromobití 26. června prezentovali veřejnosti, je ve skutečnosti jakási, řekněme, pracovní verze. Ještě to není všechno a ještě to není úplně uspořádané (viz rámeček na následující stránce). V každém případě už se to nedá ignorovat a pomalu začíná být nezbytné něco o tom vědět a něco si o tom myslet.

Přinejmenším někteří politici, lékaři a vědci jsou zřejmě rozhodnuti, že informace získané sekvencováním lidského genomu využijí. Podívejme se tedy, co z toho se asi stane běžnou součástí našeho života, na co si počkají naše děti a co se bude ještě nějakou chvíli objevovat na stránkách sci-fi. Dvě věci je ale třeba zmínit hned. Zaprvé se sekvencováním lidského genomu přišla automatizace biologie. Pokrok experimentální biomedicíny akceleroval podobně jako rozvoj techniky během 2. světové války. Projekt, který měl podle nejsmělejších odhadů trvat přinejmenším 15 let, bude dokončen o 3 roky dříve. Automatické sekvenátory a biočipy jsou nejhmatatelnějším výsledkem tohoto rozvoje. Zadruhé se podařilo zorganizovat a neustále držet pod kontrolou rozsáhlou (nevojenskou) mezinárodní akci, do níž je zapojeno podstatně více lidí a zemí než do jakéhokoliv jiného mezinárodního projektu. HUGO, který začal před 10 lety (jaká neskutečná drzost pustit se do sekvencování lidského genomu pár let poté, co byla příslušná metoda objevena!), ukázal, že lidé se koneckonců mohou domluvit.

Molekulární medicína
Snad nejčastěji se hovoří o pokroku, který naše nové znalosti přinesou pro léčbu nemocí. Některé lidské nemoci jsou způsobeny poruchou našich vlastních genů. Najít odpovědný gen a k němu příslušný protein s poškozenou funkcí bylo dosud stejně obtížné jako najít vojína Ryana. Od dnešního dne by to měla být v podstatě jednoduchá záležitost - prostě hledáme knihu v knihovně s dobrým katalogem. Ovšem není úplně jisté, jestli nám vůbec pomůže, když tu knihu budeme mít.

  • Zaprvé se většinou zřejmě dostaneme do situace, kdy budeme znát přesnou diagnózu, ale nebudeme umět nemoc vyléčit. Hodně nadějí se v tomto případě vkládá do genové terapie. Díky ní by mělo být možné vyměnit v organizmu dospělého člověka poškozený gen za gen funkční. K tomuto přenosu se většinou používají speciálně upravené viry, které mají cíleně napadnout buňky, vnést nový gen a pokud možno zhynout nebo se aspoň dále nerozmnožovat. Metoda může být samozřejmě velmi riskantní, neboť virové částice použité jako transportéry genů nemusí vždy dělat to, co si my lidé přejeme. Mohou například nečekaně rekombinovat s nějakým virem, který už byl v organizmu přítomen, a vytvořit novou kombinaci s novými a hodně smrtelnými následky. Na rozpracování a uvedení do praxe se podílí řada týmů - a za 10 let klinických zkoušek (možných pouze za velmi přísných podmínek a s naprostým souhlasem pacienta) je znám přesně jeden případ, kdy to fungovalo. A (přinejmenším oficiálně) žádný případ úniku nového nekontrolovatelného viru - to pro útěchu.
  • Zadruhé když máte poškozený gen, tak ho má zřejmě poškozený také váš syn a vaše babička a také teta z druhého kolene prostě proto, že jste ho od nějakého vašeho předka nejspíš zdědili (některé mutace samozřejmě mohou vzniknout nově). Čili vaše diagnóza může změnit život i těch lidí, kteří by se nikdy testovat nenechali, anebo těch, u nichž se nemoc z dosud neznámých důvodů vůbec nerozvine, ale kteří možná prožijí zbytek života ve strachu, že od zítřka budou nemocní.
  • Zatřetí: Přestože shoda genomů lidských jedinců je podle odhadů více než 99%, to necelé jedno procento odlišností pořád ještě znamená 30 000 000 odlišných písmenek na jedince. Ne všechny tyto odlišnosti však znamenají změnu funkce. To, že se některý gen liší od světového standardu, nemusí znamenat, že dává vznik nefunkčnímu proteinu. 1)

Tohle se dá samozřejmě vyřešit, když budeme znát všechny mutace všech genů a funkce všech proteinů, které jsou pro zdraví a život člověka důležité. Bohužel existuje něco, čemu se říká alternativní sestřih, a v podstatě to znamená, že z jednoho genu může vzniknout více než jeden typ bílkoviny - v jednom extrémním případě až 30 000. Takže my musíme nejenom najít všechny škodlivé mutace, přiřadit bílkoviny k příslušným genům a k bílkovinám příslušnou funkci, ale musíme také zjistit všechny verze každé bílkoviny. To je ovšem, jak jistě uznáte, běh na hodně dlouhé trati.

Odhad rizik a molekulární farmakologie
Jednotlivci se od sebe výrazně liší, čehož si nelze nevšimnout. Liší se například i ve schopnostech vzdorovat vnějšímu prostředí. Někteří lidé jsou mnohem odolnější vůči škodlivým chemickým látkám či záření než jiní. To je známo už poměrně dlouho, ovšem není jasné, jaké jsou biologické příčiny tohoto jevu. Představa, že by v chemických továrnách mohli pracovat jenom lidé, jejichž genom naznačuje vysokou odolnost k chemikáliím, se na první pohled jistě líbí všem - má ale i své stinné stránky. Představte si například, jak komplikovaná bude smlouva s pojišťovnou. Než však zjistíme, jakým způsobem je na buněčné úrovni zajištěna zvýšená odolnost vůči škodlivinám, budou možná pojišťovny už jen heslem v encyklopedii.

Molekulární farmakologie ovšem nabízí skutečně atraktivní možnosti, a to výrobu léků přesně na kůži, respektive na genom, každému konkrétnímu nemocnému. Můžou vám být do těla vnášeny přesně vyrobené protilátky ideálně vhodné pro váš organizmus. Také bude možné zpřesnit výběr terapie. Některé rakovinné nádory jsou totiž rezistentní k určitým chemoterapiím, což se ovšem nedá poznat od oka. Můžeme však určit „molekulární“ typ nádoru a rozhodnout včas, kterou terapii má smysl použít.

Bioarcheologie a antropologie
Fascinující možnosti nabízí znalost kompletní sekvence ke studiu evoluce člověka, jeho vztahu k dalším primátům i jeho dějin. Podle odhadů se od šimpanzů lišíme zhruba v 1,5 % sekvencí. Jak je tedy možné, že neběháme po stromech a nebaštíme banány? Co je to za rozdíl, který přinesl tak fatální změnu, vposledku změnu (skoro) fatální i pro šimpanze? Možná z DNA vyčteme, co se to tehdy událo a kdy to vlastně bylo. Můžeme také sledovat, jak první lidé migrovali, jak vznikaly rasy, ze starých kostí se nám jistě podaří izolovat alespoň zlomky DNA k srovnávání. Srovnávací molekulární biologie člověka má před sebou nepochybně obrovskou budoucnost a asi se někdy můžeme dovědět zajímavé věci (viz Vesmír 75, 206, 1996/4). Mimochodem, dosavadní výsledky jsou celkem nečekané - na základě srovnání deseti různých oblastí genomu bylo zjištěno, že genetické rozdíly mezi lidskými rasami nejsou statisticky významné.

Biologie
Informace z lidského genomu je zajímavá nejenom pro lékaře, pacienty a pojišťovací společnosti. I obyčejní vědci získali obrovský studijní materiál. Ve zmatku kolem lidského genomu se zapomíná, že sekvencování genomů zhruba 30 dalších organizmů je už dokončeno a další jsou na řadě. Porovnáváním známých sekvencí můžeme dospět k řadě překvapivých informací (viz článek F. Cvrčkové, Vesmír 79, 430, 2000/8). Třeba přijdeme i na to, jak se dělá ruka, ledvina nebo mozek, jak vznikne z jedné buňky s jedním genomem celé tělo. A nejenom lidské. Třeba najdeme další informační úrovně v DNA (což už se prakticky stalo) a v celé buňce. Třeba zjistíme, že geny nejsou všechno (což už zatraceně dobře tušíme). 2)

Forenzní genetika
Tento mladý obor začíná být velmi dobře znám kriminalistům, kriminálníkům, právníkům i soudcům. S našimi znalostmi můžeme totiž už teď identifikovat naprosto přesně a nezaměnitelně každého jedince. Z jediného vlasu za nehty oběti dnes spolehlivě určíme znaky, které jsou nezaměnitelné - DNA jednotlivce je skutečně neopakovatelná (to samozřejmě nevylučuje možnost, že si někdo poplete zkumavky). Pokud existuje okruh podezřelých, lze je otestovat a porovnat se vzorkem nalezeným na místě činu. Problém je v tom, že vždy potřebujeme mít okruh podezřelých - nemůžeme testovat všechny obyvatele planety. Navíc poskytnutí vzorků k testování je zatím dobrovolné. A je těžké rozhodnout, jestli by se měl zřizovat katalog genetických „otisků prstů“ všech obyvatel, či zda by poskytování vzorků mělo být povinné. 3)

Forenzní analýzy nejsou pouze k hledání pachatelů, určování otcovství nebo identifikaci obětí po přírodní katastrofě. S jejich pomocí lze také najít ideálního dárce orgánu po transplantace. Musíme jenom zjistit, které oblasti genomu o vhodnosti dárce vypovídají nejlépe, a ty pro každou transplantaci otestovat. Riziko odmítnutí štěpu pak bude minimální. 4)

Genetické návrhářství
Jednou z nejvíce diskutovaných oblastí je možnost měnit vlastnosti ještě nenarozených dětí podle představ rodičů. Plánované rodičovství bude vypadat tak, že obdržíte katalog, vyberete si vlastnosti, dodáte buňky a za plus minus devět měsíců dostanete zboží. Odhlédněme nyní od toho, že je zatím zcela nezákonné zasahovat do germinálních linií a do genomů nenarozených dětí. Myslím si, že i kdyby to bylo dovoleno (a kdybychom to spolehlivě uměli), zůstalo by to výstřelkem několika extravagantních jedinců. Neznáme totiž ještě přesně funkce genů a z nich vzniklých bílkovin a neznáme ani vztahy mezi nimi. A tato věta bude ještě nějaký čas platit. Možná zjistíme jednoduché věci, například geny ovlivňující barvu očí. To je pro život jedince tak okrajová záležitost, že si to klidně můžete měnit jak chcete. Ale zjistit, co na genetické úrovni dělá z člověka úspěšného manažera, to je úplně jiná, mnohonásobně těžší záležitost. Navíc podle studií odděleně vyrůstajících jednovaječných dvojčat se geny podílejí na utváření osobnosti zhruba asi z jedné třetiny. Nikdy nebudeme vědět, co naše dítě čeká. Když pominu špatný vliv sousedovic dětí, může se také stát, že pořídíte geny pro vrcholového sprintéra, ale dítě si ve třech letech zlomí nohu a bude ji mít nadosmrti o 5 cm kratší. K tomu je zapotřebí připomenout, že nutnou podmínkou je oplodnění in vitro, což je pro ženy mimořádně nepříjemná procedura, kterou podstupují, jenom když opravdu není jiná možnost. Nejpravděpodobnější ovlivňování tak bude zřejmě i v tomto případě vyměňování genů, jejichž poškození vede ke vzniku nemoci. 5)

Stárnutí
Tohle je snad jediný bod, který by nám mohl dělat těžkou hlavu. Určitě dříve či později zjistíme, jak rytmus života zpomalit a život prodloužit - u myší či octomilek se to už podařilo. Prodloužení života v tomto případě znamená ovšem skutečně zpomalení, není to ani zastavení v nějakém bodě (pokud možno co nejatraktivnějším, někde kolem třicítky) nebo oddálení smrti. Lidé s prodlouženým životem by mohli pohlavně dospívat kolem 25 let, na rodinu začít pomýšlet v 50 a do důchodu odcházet ve zralém věku 120 let. Pokud by to nebyla celospolečenská záležitost týkající se všech jedinců (a to by asi nebyla), pak bychom byli na nejlepší cestě vytvořit účinnou reprodukční bariéru a minimálně dva biologické druhy člověka. A to už mi připadá trochu na pováženou. (O etických otázkách viz též Vesmír 77, 563, 1998/10.)

Ať je to jak chce, co se ví, nedá se zapomenout. Postoj typu „to se nemělo vůbec dělat“ není k ničemu. Měli bychom si rychle zvyknout, že nejdramatičtější změny života každého jednotlivce přinese v příštím století biologie či biomedicína. Měli bychom se naučit tomu rozumět a připravit se na to. Legislativně, eticky, společensky i filozoficky. Možná ty změny nepřijdou zítra, ale i tak to bude hodně rychle.

Poznámky

1) Dá se to samozřejmě řešit - lze zjistit spektrum mutací vyskytujících se u jedinců, kteří už prokazatelně nemoc mají. Například dnes známe 7 mutací v genu BRCA1, které u aškenázských Židovek vedou k rakovině prsu. Těchto 7 mutací najdete u 99 % nemocných žen - a v současné době se diagnostikuje právě a jen těchto 7 mutací. Hledat všechny možné změny, když ani nevíme, která vede k nemoci a která ne, je totiž téměř nemožné. A co to jedno zbývající procento? A mimochodem, co když jednu z těchto mutací zjistí mladé zdravé dívce? Bude následovat (zatím nefungující) genová terapie? Nebo amputace prsů? (V USA existuje organizace, která to prosazuje, a asi 250 žen už tento zákrok podstoupilo.)
2) Pozn. red.: Podrobný rozbor této problematiky najdou čtenáři v knize Antona Markoše Povstávání živého tvaru, Vesmír, Praha 1997. Podle autora lze mnohé procesy a jevy v přírodě jen obtížně (nebo vůbec) vysvětlit z pohledu klasické molekulární genetiky, která tradičně předpokládá, že je veškerá informace ke „konstrukci“ živých bytostí ukryta v genetickém zápisu. Na četných příkladech Markoš dokládá důležitost dalších faktorů, např. jakým způsobem je zápis čten, pochopen a interpretován strukturami, které stojí mimo genetický zápis. Pobným otázkám je zčásti věnována i další Markošova kniha Tajemství hladiny, která vyjde v nakladatelství Vesmír na přelomu srpna a září letošního roku.
3) V jedné australské vesnici neznámý pachatel znásilnil dvaadevadesátiletou ženu. Na místě zanechal více než jeden vlas. Všech 275 mužských obyvatel vesnice dobrovolně poskytlo vzorky krve k forenzní analýze, ale pachatel nebyl nalezen.
4) Pokud se budou podobně rychle jako genetika rozvíjet i obory buněčného a orgánového inženýrství, možná si budeme orgány pro transplantaci pěstovat na orgánových farmách.
5) Tento odstavec vychází z předpokladu, že lidská společnost bude i nadále fungovat podobně jako dnes. Pokud dojde k nějaké zásadní celospolečenské změně, díky níž by početí in vitro bylo standardem, pak pro tento „krásný nový svět“ naše prognózy samozřejmě platit nebudou.

CÍLE PROJEKTU SEKVENCOVÁNÍ LIDSKÉHO GENOMU

Rozsáhlý (člověku se skoro chce říct megalomanský) projekt přečtení lidského genomu by vůbec nebyl myslitelný bez počítačů a téměř naprosté automatizace, ani bez dobré spolupráce řady organizací. Mezi nimi je třeba zmínit předně HGP (Human Genome Project), což je mezinárodní organizace (sdružující spoustu dalších menších skupin, laboratoří a institutů) se sídlem v Baltimore. Jejím úkolem bylo již od počátku sekvencování genomu člověka a jiných vybraných organizmů. Dalším důležitým článkem je HUGO, organizace sdružující pracovníky sekvencující nejen lidský, ale i jiné genomy, a samozřejmě americký NIH (National Institute of Health) a DOE (U. S. Department of Energy), které tuto legraci z velké části financují. Velmi důležitou roli také sehrála soukromá firma Celera Genomics, založená v roce 1998 J. C. Venterem z mezinárodní organizace TIGR (The Institute for Genome Research) ve spolupráci se zavedenou firmou Perkin-Elmer - Applied Biosystem Division za účelem zrychlení v té době poněkud stagnujícího mezinárodního projektu sekvencování lidského genomu (což se jí povedlo tak dokonale, že dosažení cíle ohlásila letos o tři měsíce dřív než oficiální HGP).

V roce 1990 byly hlavní cíle projektu určeny následovně:

  • identifikovat všech zhruba 100 000 genů lidského genomu,

  • určit kompletní pořadí sekvencí odhadovaných tří miliard nukleotidů, které tvoří lidský genom,

  • všechna získaná data bezpečným a rozumně využitelným způsobem uložit, vypracovat metody pro jejich analýzu,

  • umožnit využití získaných dat i technologií ve veřejném i soukromém sektoru,

  • zabývat se řešením etických, legálních a společenských otázek, které vznikají v souvislosti s projektem sekvencování lidského genomu.

Více (velmi zajímavých) informací najdete na adrese www.ornl.gov.

JAK PŘEČÍST 3 000 000 000 PÍSMENEK

Pokud je přečtení lidského genomu vůbec triumfem, pak je zejména triumfem organizačním a technickým. Sekvencování celého lidského genomu totiž není vůbec nic jednoduchého. Problém není v metodě, pro sekvencování byla použita standardní Sangerova metoda (viz Vesmír 77, 512, 1998/9). Hlavní obtíž spočívá v rozsahu čteného: 3 000 000 000 písmenek! Tím spíš, že najednou lze přečíst vždy jen malý (opravdu malý!) kousek. Jak to tedy udělali?

Představte si, že chcete přečíst větu Tak dlouho se chodí se džbánem pro vodu, až se ucho utrhne, ale neznáte jazyk, nemůžete se domýšlet a umíte přečíst vždy jenom pár znaků (mezera je také znak) za sebou. Celý text se rozdělí na malé úseky, náhodně a v mnoha kopiích. Získáte například:

e chod louho ž se u

vod o se hodí

e džb trhn í se d

trhn hne. ak dl

u, a  až s dlou

vod ro vo u, a

Takhle pokračujete, až máte spoustu úseků. Každý zvlášť přečtete, ale to, co získáte, nedává mnoho smyslu. Na počítači vyhledáte překrývající se oblasti (např. trhn a hne.), seřadíte z toho kratší úseky, a nakonec příslušnou větu. Někdy se stane, že některé oblasti chybějí i přesto, že jste si připravili celou spoustu těch kratičkých úseků. Chybějící části se potom cíleně dohledávají a sekvencují samostatně. A teď si představte, že lidský genom je text 52 632 000 krát delší než uvedená věta. Bez počítačů a automatických sekvenátorů by to rozhodně nebylo možné.

Sekvencováno je 97 % genomu člověka - zatím byly vynechány oblasti s repeticemi, tedy části, kde se milionkrát opakuje jedno slovo. Kompletně uspořádán a publikován je pouze chromozom 21, to je nejmenší lidský chromozom. Zhruba uspořádány jsou další tři chromozomy. Zbytek musí teprve projít fází seskládání. Podle sdělení HPG bude tato fáze dokončena nejpozději r. 2003.

Soubory

Článek ve formátu PDF: 2000_V427-430.pdf (65 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky