Nieco ponad ćwierć wieku temu międzynarodowy zespół naukowców działający w ramach projektu Human Genome Project (HGP) opublikował odczytaną pełną sekwencję ludzkiego genomu. Finansowany w dużej części przez Amerykański Instytut Zdrowia HGP wystartował w 1990 r., trwał przeszło 13 lat i kosztował ponad 3 mld dol. Naukowcy z całego świata wiązali z nim olbrzymie nadzieje – liczyli na dogłębne poznanie genetycznego podłoża wielu chorób. Tych zwykle uważanych za dziedziczne oraz innych, których podstawy nie były dotąd tak dobrze znane. Do tej ostatniej grupy można zaliczyć choroby nowotworowe, neurodegeneracyjne czy zaburzenia metaboliczne o wcześniej nieznanym podłożu.

Mamy genom i co z tego?

Z perspektywy pacjenta ważniejsze jest, jak te informacje przełożą się na decyzje lekarzy w szpitalach. I tu mamy problem, bo znakomita większość odczytanych danych stanowiła zagadkę, gdyż nie znaliśmy funkcji poszczególnych genów czy łączących je odcinków DNA. Można porównać to do tłumaczenia dokumentu w nieznanym języku: byliśmy w stanie złożyć litery w odpowiednie słowa, ale nadal nie znaliśmy ich znaczenia. Co więcej, udało się wówczas potwierdzić, że istnieją różne mechanizmy kodujące funkcje naszych komórek, których nie można bezpośrednio połączyć z sekwencją DNA.

Miron Tokarski, prezes firmy GenomtecMiron Tokarski, prezes firmy Genomtec fot. Genomtec SA.

Dziś stan naukowej wiedzy jest zupełnie inny, w dużej części poznaliśmy główne funkcje poszczególnych genów, jednak sieć interakcji w komórkach, tkankach, organach i organizmie jest znacznie bardziej złożona. Dlatego dziś nacisk w badaniach kładzie się na szerokie zrozumienie tych zależności.

W miarę poznawania sekwencji ludzkiego genomu rozwijała się technologia jego odczytu. Dziś poznanie sekwencji wraz ze wstępną analizą odczytanych danych zajmuje około 48 godzin, a całe badanie kosztuje blisko tysiąc dolarów. Dzięki technologiom można pracować nad metodami leczenia chorób o podłożu genetycznym tam, gdzie występują przyczyny zaburzeń, czyli w DNA. To ostateczny cel biotechnologów, biologów molekularnych i lekarzy.  Wykorzystanie odczytu sekwencji pozwala wprowadzać dopasowaną do pacjenta terapię np. w przebiegu chorób nowotworowych albo odpowiednie dawkowanie przepisywanych leków tak, żeby zminimalizować skutki uboczne.

Naprawa uszkodzeń w DNA jest skomplikowana. Przez odpowiednie przygotowanie składników procesu modyfikacji genetycznej można selektywnie wyciąć i zastąpić fragment DNA w komórce. Niestety, nie zawsze możemy być pewni, że zmiana zostanie dokonana tylko tam, gdzie chcemy, choć i z tym nauka radzi sobie coraz lepiej. Potwierdza to chociażby fakt, że Amerykańska Agencja Żywności i Leków (FDA) dopuściła w 2018 r. do testów klinicznych (prowadzonych na ludziach) terapię leczenia ślepoty powodowanej przez mutację w genie CEP290.

Co zmutowano bliźniaczkom?

Bywa, że rozwój technologii rodzi pokusę pójścia na skróty i naukowcy, szefowie firm czy rządy czasem zapominają o dalekosiężnych skutkach wprowadzonych zmian, czy podanych do organizmu leków.

Przykładem może być przypadek dwójki chińskich bliźniaczek, których genomy zostały poddane modyfikacjom przez zespół naukowców z Chin pod kierownictwem He Jiankui. Cel: uodpornienie bliźniąt na wirus HIV, którego nosicielem był ich ojciec. Matka nie była zakażona, szansa na poczęcie zdrowego dziecka przez zarażonego ojca była wysoka, ale Jiankui zdecydował się na eksperyment. I wprowadził do genomu zarodków mutację w genie CCR5, która naturalnie występuje u około 11 proc. mieszkańców Europy Północnej i w ogóle nie pojawia się u mieszkańców Azji. Ta mutacja powoduje powstanie wadliwego białka i blokuje możliwość wniknięcia wirusa HIV do komórki.

Skutki eksperymentu są jednak trudne do określenia, bo naukowcom nie udało się wprowadzić naturalnie występującej mutacji. W dodatku każda z bliźniaczek posiada inny „zestaw” wprowadzonych zmian.

Nie jest też do końca jasne, czy aby na pewno wprowadzone zmiany ograniczyły się do genu CCR5, czy też przez możliwe błędy wprowadzone zostały także w innych obszarach genomu. Wreszcie - nie wiemy, jakie inne funkcje pełni białko CCR5.

W czerwcu tego roku czasopismo „Nature Medicine” opublikowało wyniki badań na grupie 400 tys. ochotników z Wielkiej Brytanii. Wskazywały one, że osoby mające dwie zmutowane kopie genu miały o 20 proc. mniejsze szanse na osiągnięcie wieku 76 lat. Musimy jednak zauważyć, że średnia życia uczestników tego badania to 56,5 roku, co powoduje, że ciężko dokładnie ocenić wpływ tej mutacji na przeżywalność osób młodych i tych po 76 roku życia. Co zresztą przyznaje sam autor badań, gdyż jedynie niewielki odsetek pacjentów z mutacją umarł przed opublikowaniem wyników.

Druga z ciekawych publikacji, w lutowym wydaniu pisma „Cell”, wskazuje, że osoby ze zmutowanym genem CCR5 szybciej regenerują się po udarze.

Niełatwo będzie powstrzymać naukowców przed modyfikacją genetyczną zarodków. W czerwcu 2019 r. rosyjski naukowiec Denis Rebrikow w wywiadzie dla magazynu „Nature” zapowiedział eksperyment podobny do chińskiego. Chce przeprowadzić go do końca tego roku i czeka tylko na zgodę komisji bioetycznej. Eksperymentem mają być objęte ciężarne matki zakażone wirusem HIV.

Nieprzemyślane eksperymenty naukowe zwykle wywołują więcej szkody niż pożytku. Dlatego rządy wymagają od firm pracujących nad nowymi metodami leczenia z wykorzystaniem technik modyfikacji DNA przeprowadzenia dogłębnych badań klinicznych przed wprowadzeniem ich do użytku. Zanim nowe leki wejdą na rynek, minie kolejnych kilka lat. A modyfikacjom będą podlegać mutacje, których nie można będzie przekazać kolejnemu pokoleniu.

Testy genetyczne w 15 minut

Nie oznacza to, że z wyników Human Genome Project nie możemy korzystać już dziś. Coraz szerzej dostępne są testy pozwalające określić genetyczne cechy wielu nowotworów, a tym samym możliwe staje się bardziej skuteczne leczenie. Ta sama technika powala także na stwierdzenie, czy dana osoba będzie cierpiała z powodu chorób. Badania te w większości przypadków nie są refundowane, ale być może zmieni się to w przyszłości.

Poznaliśmy też genomy innych gatunków, zwierząt, roślin czy czynników chorobotwórczych. Dzięki nim stało się możliwe opracowanie bardzo szczegółowych testów identyfikacji genetycznej, które już niedługo będzie można wykonywać w gabinecie lekarskim. Jednym z takich rozwiązań jest rozwijany we Wrocławiu system mobilnego laboratorium genetycznego Genomtec ID. Pozwoli w ciągu kwadransa określić obecność wielu patogenów w wymazie z gardła czy próbce moczu. Będzie się to odbywać w gabinecie lekarskim, w cenie niższej niż obecne testy laboratoryjne. Dzięki zastosowaniu takich testów można będzie zaczynać leczenie infekcji już tego samego dnia.

*Miron Tokarski - absolwent Wydziału Farmaceutycznego i doktorant z dziedziny biologii molekularnej Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu. Współtwórca biotechnologicznego start-upu Genomtec i tegoroczny Jutronauta.