Genom – po co go badać? Genetyka w praktyce

dr Paweł Zawadzki, MNM Diagnostics

https://mnm.bio

Wielkopolskie Centrum Zaawansowanych Technologii, Umultowska 89C, 61-614 Poznań

Genom – definicja człowieka

Każdy z nas rodzi się z unikalnym genomem. Jedna połowa genomu pochodzi od mamy, a druga – od taty. Wszyscy mamy dwie kopie danego genu. To nie dotyczy genów, które są na chromosomach X i Y, ale dla uproszczenia przyjmijmy, że każdy z nas posiada dwie kopie genów.

Jeżeli wyobrazimy sobie, że nasz genom ma 3 miliardy liter, będzie to oznaczało, że kombinacja różnych zmian (w naszym DNA są 4 litery: A, C, D i G), jest praktycznie nieskończona. To powoduje, że poza bliźniakami jednojajowymi nie ma dwóch takich samych osób na świecie. Ludzie bywają do siebie podobni. Jesteśmy często podobni do mamy, do taty, ale nie ma dwóch takich samych osób, dlatego, że ta ogromna ilość informacji oraz zmian, które mogą się w genomie pojawić jest praktycznie nieskończona.

O czym decyduje genom? Definitywnie – nasz genom decyduje o tym, jak wyglądamy. Najlepszym przykładem są bliźniaki jednojajowe, które mają takie same genomy i wyglądają właściwie tak samo. Genom w dużej mierze decyduje też  o tym, jaką mamy osobowość. Wciąż bez jednoznacznej odpowiedzi pozostaje pytanie: co kształtuje naszą osobowość – geny czy środowisko? Ja nie jestem pewien, jaka jest odpowiedź. Na pewno odpowiedź nie jest czarno-biała. Jako genetyk zakładam oczywiście, że raczej geny niż środowisko, ale ktoś, kto zajmuje się naukami społecznymi pewnie powie, że jest odwrotnie.

Genom a choroby

Dzisiaj wiadomo, że odpowiedź leży gdzieś pośrodku. Za to jaki mamy temperament częściowo odpowiedzialne są geny. A częściowo decydują o tym hormony. A geny z kolei wpływają na to, jakie hormony oraz ile ich jest w naszym organizmie. I najważniejsze dla nas – geny decydują także o tym, na co chorujemy. To jest kluczowe, ponieważ gdybyśmy nie chorowali na choroby, które mają podłoże w naszych genach, to diagnostyka genetyczna by nie istniała. Ja bym się bardzo cieszył, gdyby tego problemu nie było, ale on niestety istnieje. Jest mnóstwo chorób, które mają podłoże w genach. Jeżeli dziecko rodzi się z zaburzeniami rozwoju kości, najróżniejszymi kłopotami, bardzo często, nie zawsze, ale bardzo często jest to wynik błędu w naszych genach. Mutacji, która powstała i powoduje, że pojawia się jednostka chorobowa.

Nowotwory na przykład to choroby genetyczne, które wiążą się z akumulacją mutacji (gdyby nie było mutacji, nie byłoby nowotworu). Ale mutacje są. Powstają, kiedy palimy papierosy, kiedy się opalamy  i jesteśmy wystawieni na światło UV, kiedy wdychamy smog. Czasami nawet nic nie musimy robić, ponieważ sam tlen jest tak naprawdę dosyć toksyczny. Jeżeli takich mutacji będzie wystarczająco dużo i dana komórka będzie miała pecha, że złapie tych mutacji tyle, że rozwinie się w nowotwór, wówczas pojawia się choroba.

Nie ma nowotworów bez mutacji. My, analizując genomy, analizując DNA nowotworu, możemy zrozumieć skąd ten nowotwór się wziął. To samo robimy w przypadku chorób rzadkich u dzieci. Przeszukując genom staramy się znaleźć takie mutacje, które potrafią wytłumaczyć daną jednostkę chorobową. Jeżeli porównamy analizę genomu z analizą 5 czy 10 genów, to szansa, że taką mutację znajdziemy i wyjaśnimy skąd się wzięła choroba, jest znacznie większa w przypadku analizy genomu.

Genom – bez mutacji nie ma ewolucji

Geny zawsze mutowały. Gdyby organizm nie mutował, nie było by ewolucji. Organizm by się nie zmieniał, nie adaptował. Jest to więc element niezbędny dla organizmów żywych w bardzo długiej perspektywie czasu. Niestety w krótkiej perspektywie, kiedy mówimy o jednym, dwóch pokoleniach, mutacje nie są czymś, co chcielibyśmy mieć. Na przestrzeni setek tysięcy milionów lat to proces bardzo korzystny dla gatunku, ale niekorzystny dla indywidualnego człowieka.

Gdybyśmy sekwencjonowali każdą z naszych komórek indywidualnie, pojawiłyby się tam pewne zmiany, mutacje. Od czasu do czasu w jednej komórce pojawia się mutacja w jednym miejscu, w innej – gdzie indziej. Nie mamy jednak skutecznej metody, żeby sekwencjonować genom z jednej komórki. Aby sekwencjonować genom pobieramy jeden mililitr krwi, w którym znajdują się białe ciałka krwi. Potrzebujemy około 100 milionów takich komórek. Izolujemy z nich DNA i sekwencjonujemy taki “uśredniony genom”. Czy sekwencjonujemy genom u niemowlaka czy u osoby starszej, będzie on praktycznie niezmienny w trakcie życia danego człowieka, dlatego, że to jest uśredniona wersja, składająca się z ogromnej ilości komórek.

Ten nasz referencyjny genom nie będzie się zmieniał, chyba że dojdzie do rozwoju nowotworu. I to jest właśnie coś, w czym się specjalizujemy. Sekwencjonujemy u pacjentów onkologicznych genom krwi, który jest tym referencyjnym genomem – przyjmujemy, że człowiek się z nim rodzi – i równocześnie sekwencjonujemy genom z guza. Bardzo często te genomy ogromnie się różnią. Czasami nowotwór ma kilkaset mutacji, a czasami – kilkadziesiąt tysięcy mutacji. Można zatem przyjąć, że to jest zupełnie inny organizm, który w nas żyje.