Molekularna biologija 1

11.03.11

Jedna od najzanimljivijih nauka danas, koja neprestano dovodi do novih otkrića i svojim nas istraživanjima uvodi u neslućene prostore saznanja, van svake sumnje jeste molekularna biologija. Kao vrlo mlada nauka, postigla je neverovatne rezultate kojima direktno utiče na najrazličitije oblasti života - od medicine i farmakologije do poljoprivrede i zaštite životne sredine.

Upravo zbog toga, napisati dobar udžbenik iz molekularne biologije pravi je podvig. A njega su realizovale Dušanka Savić Pavićević - vanredna profesorka molekularne biologije i saradnica Centra za humanu molekularnu genetiku na Biološkom fakultetu Univerziteta u Beogradu, i Gordana Matić - redovna profesorka molekularne biologije na istom fakultetu i naučna savetnica Instituta za biološka istraživanja Siniša Stanković u Beogradu, inače autorke i brojnih naučnih radova objavljenih kod nas i u svetu. Njihova knjiga Molekularna biologija 1 u izdanju NNK internacional iz Beograda pažljivo je obrađeno udžbeničko štivo, kristalno jasno, precizno vođeno od prvih do najnovijih, najsavremenijih rezultata u toj oblasti.

Molekularna biologija 1 obogaćena je i odličnim ilustracijama Gorana Grbića, na kraju svakog od 17 poglavlja nalaze se Ključni koncepti koji podsećaju na najvažnije pojmove i koncepte, a na kraju knjige je i Rečnik koji treba ne samo da doprinese savladavanju terminologije molekularne biologije već i uspostavljanju konsenzusa oko prevođenja stranih izraza.

MOLEKULARNA OSNOVA ŽIVOTA SVE JASNIJA

Na pitanje novinarke Danasa koji bi bili najznačajniji rezultati ove nauke, autorke Molekularne biologije 1, Dušanka Savić Pavićević i Gordana Matić kažu da je sve počelo otkrićem dvolančane zavojnice DNK, molekula koji u svojoj tako jednostavnoj, a moćnoj strukturi krije „tajnu života“, kako su to rekli čuveni autori tog modela, nobelovci Votson i Krik.

Potom su se, u vrtoglavoj spirali, od sredine 20. veka do danas, nizala velika otkrića od kojih su mnoga nagrađena Nobelovom nagradom: dešifrovanje genetičkog koda, mehanizmi bazičnih genetičkih procesa, sekvenciranje DNK i proteina, „skoči-geni“, ćelijsko poreklo virusnih onkogena, RNK sa katalitičkom ulogom, modularna struktura gena, prioni, regulatorna uloga malih nekodirajućih RNK. Poslednje veliko otkriće je sekvenca čitavog genoma čoveka i mnogih drugih vrsta. Zahvaljujući tim otkrićima naše poznavanje molekularne osnove života iz godine u godinu raslo je neslućenom brzinom.

Genom je nasledna osnova svakog živog organizma. Koja su glavna pravila nasleđivanja?

- U ćeliji postoje dva „nivoa“ informacija: genetički i epigenetički. Genetička informacija je sadržana u redosledu nukleotida u molekulima DNK i koristi jezik nukleotida, odnosno „ATCG“ jezik. Ovu informaciju ćelija održava konstantnom i ona predstavlja „read only“ sistem. Delovi molekula DNK, nazvani geni, određuju gotovo sve osobine nekog živog organizma. Kod živih organizama koji se polno razmnožavaju, svaki gen je prisutan u dve kopije. Potomci nasleđuju jednu kopiju od oca, a drugu od majke. Prilikom prenošenja sa roditelja na potomke geni se nezavisno prenose i slobodno kombinuju, ne menjajući svoje karakteristike kroz generacije. Ova pravila nasleđivanja objašnjavaju zašto ne postoje dve identične osobe na svetu i zašto se vrste živih organizama održavaju milionima godina. Epigenetička informacija sadržana je u hromatinu i koristi jezik histonskog koda. Ona je dinamična i ćelija može da je „čita, piše i briše“. Ovaj nivo informacije omogućava da se potencijal genoma različito koristi, tako da jedan genom može dati veliki broj epigenoma, i veliki broj različitih fenotipa.

Mutacija molekula DNK može biti korisna kada povećava adaptivnu vrednost. Šta bi se moglo uzeti kao primer?

- Mutacije (nasledne promene u molekulu DNK) se stalno dešavaju, a tokom dugog vremenskog perioda održavaju se samo one koje povećavaju sposobnost razmnožavanja i preživljavanja živih organizama, što predstavlja osnovu evolucije živog sveta. Posmatrano sa medicinskog aspekta, podela mutacija na korisne i štetne može se pokazati arbitrarnom. Poznati primer je mutacija u genu za globin, proteinsku komponentu krvnog pigmenta hemoglobina. Ta mutacija je u homozigotnom stanju štetna i uzrokuje smrtonosni oblik anemije - srpastu anemiju. Međutim, u heterozigotnom stanju, ona povećava adaptivnu vrednost jer su njeni nosioci otporniji na malariju, a pate od vrlo blagog oblika anemije. Zbog toga je zastupljenost ove mutacije u zapadnoj i centralnoj Africi, gde je malarija pandemična, značajno veća nego u drugim oblastima.

Gde može biti smešten „sebični gen“ Ričarda Dokinsa?

- Reklo bi se nigde, ali još uvek to ne znamo. Dokins je pod „sebičnim genom“, podrazumevao i delove genoma koji su nazvani „DNK smeće“, a danas nekodirajuća DNK. To je DNK koja ne nosi informaciju za sintezu proteina, molekula koji realizuju genetičku informaciju. Ona zauzima ogroman deo genoma i, istina, još uvek za jedan njen deo ne znamo kakva joj je uloga, da li je uopšte ima, ili je možda imala u prošlosti. Ali, zahvaljujući saznanjima u poslednjoj deceniji, za mnoge nekodirajuće sekvence DNK znamo da imaju važnu ulogu u regulaciji ekspresije gena, a za neke znamo da su veoma očuvane u toku evolucije i podložne visokom selektivnom pritisku, pa očekujemo da će njihova biološka uloga biti novo značajno otkriće.

ANALIZE DNK NEDVOSMISLENO UTVRĐUJU BIOLOŠKE RODITELJE

Štetne mutacije dovode do bolesti čoveka. Koliko je naslednih bolesti dosad jasno definisano? Da li kancer definitivno spada u naslednu bolest?

- Za najmanje 6.000 bolesti utvrđeno je da je jedini dovoljan faktor za njihov nastanak određena mutacija. To su monogenske bolesti i njihovo prenošenje kroz generacije vezano je za nasleđivanje uzročne mutacije. Najčešće među njima, koje su neizlečive i ispoljavaju se u dečjem uzrastu su cistična fibroza, Dišenova i Bekerova mišićna distrofija i spinalna mišićna atrofija. Kancer je rezultat nekontrolisanog rasta izmenjenih ćelija u našem organizmu, tako da brojni genetički i sredinski faktori mogu pokrenuti ovaj patološki proces. Postoje kanceri za koje se može reći da su pre svega uzrokovani genetičkim faktorima i to je pet do deset odsto kancera dojke, deset odsto kancera jajnika, kao i neki tipovi kancera debelog creva i nervnog tkiva.

Za koliko drugih, nenaslednih bolesti čovek ima predispoziciju?

- Nekoliko hiljada bolesti, među kojima su šećerna bolest, psihijatrijske bolesti, neke neurodegenerativne bolesti (na primer, Alchajmerova bolest) i različiti tipovi kancera, posledica su zajedničkog delovanja genetičkih i sredinskih faktora, gde genetički faktori doprinose riziku za razvoj i/ili progresiju bolesti, ili smanjuju predispoziciju za bolest.

Koliki je procenat tačnosti određenja srodstva između roditelja i deteta, posredstvom DNK analize?

- Zahvaljujući tome što jednu polovinu genetičkog materijala nasleđujemo od majke, a jednu polovinu od oca, analize DNK omogućavaju da se nedvosmisleno utvrdi da li je neka osoba biološki roditelj određenog deteta. Rezultat DNK analiza je veoma jasan: potvrda da je neko biološki roditelj sa verovatnoćom većom od 99.99 odsto ili apsolutno isključivanje biološkog roditeljstva.

Otkrivena je genetička osnova brojnih bolesti, razvijeni su testovi za detekciju uzročne mutacije čime je omogućena precizna dijagnoza. Dokle se stiglo sa usavršavanjem terapeutskih tretmana koji bi, kako kažete, eventualno doveli do izlečenja? U kojim je bolestima učinjen najveći pomak?

- Istina je da je upoznavanje genetičke osnove naslednih bolesti dalo ogroman doprinos preciznom dijagnostikovanju bolesti i prenatalnom testiranju, a da na terapije, koje će lečiti uzrok a ne posledice, još uvek čekamo. Poslednjih godina ostvaren je veliki napredak u testiranju novih terapeutika pristupom „bolest u šolji“. On podrazumeva da se ćelije kože samog bolesnika, u laboratorijskim uslovima, reprogramiraju u pluripotentne stem ćelije, koje se zatim reprogramiraju do onih tipova ćelija koje su pogođene bolešću. Na ovako uzgajenim ćelijama, koje nose istu genetičku grešku kao i sam bolesnik, može se ispitati delovanje hiljada novih terapeutika. Uvek se svi raspoloživi eksperimentalni pristupi koriste za izučavanje terapije već pomenutih najčešćih naslednih bolesti, i za neke od njih istraživanja su već napredovala do pretkliničke faze.

Posebna oblast, farmakogenomika, bavi se naslednom predispozicijom odgovora gena na terapiju. U čemu je ostvarila prodor?

- Farmakogenomika, koja ispituje kako odgovor na terapiju različitim lekovima zavisi od genetičkog profila osobe, teži da unapredi terapijske postupke tako što terapiju „kroji“ po genetičkom profilu svakog pojedinačnog pacijenta. Ona, zajedno sa genomikom koja će nam, izgleda, u skorijoj budućnosti rutinski „čitati“ kompletne sekvence genoma, otvara put „individualizovanoj medicini“, težeći maksimalnom učinku terapije i minimalnim neželjenim dejstvima.

Postignut je i veliki uspeh u tehnikama kloniranja: recimo, u embrion se može ugraditi strani gen ali se može i izmeniti neki gen embriona. Da li smo ovim na pragu otkrića pravog uzroka nekih, bolesti, malignih na primer?

- Jesmo, na pravom smo putu, jer transgene životinje, posebno miš, predstavljaju odlične modele za ispitivanje patogeneze mnogih bolesti čoveka. Istraživanja onkogeneze i terapijskih efekata citostatika rade se, na primer, na „Onko-mišu“, transgenom mišu sklonom razvoju maligniteta, jer su naučnici sa Harvarda ugradili u njegov genom aktivirani onkogen čoveka. S druge strane, miševi sa „nokautiranim“ genima, odlični su modeli za ispitivanje funkcije pojedinih gena.

„GENOM ČOVEKA“ - JEDNO OD NAJVEĆIH NAUČNIH DOSTIGNUĆA

Dokle se stiglo u lečenju naslednih bolesti genskom terapijom?

- Genska terapija obećavala je čuda, ali ih nije postigla. Ipak, od prve uspešne primene 1990, na četvorogodišnjoj devojčici koja je bolovala od teške deficijencije imunskog sistema zbog nedostatka enzima adenozin dezaminaze, pokušaji se neprekidno nastavljaju, i uspesi povremeno beleže. Postignuti su izvesni rezultati u lečenju parkinsonizma, Hantingtonove horee, nekih malignih bolesti, talasemije, cistične fibroze, bolesti mijeloidne loze, specifičnih vrsta slepila, a otvaraju se i nove perspektive. Glavni napredak u genskoj terapiji biće ostvaren kada se reši problem kako da se „zdravi“ gen unese i eksprimira baš u ćelijama kojima je potreban.

Projekat „Genom čoveka“, odnosno sekvenciranje genoma čoveka i genoma drugih organizama predstavlja, pišete, jedno od najvećih naučnih dostignuća u istoriji čovečanstva. On, istovremeno, ima vrlo ozbiljne etičke implikacije. Kako, generalno, sprečiti zloupotrebu informacija dobijenih ovim projektom?

- Zloupotrebe su moguće i neophodno je sprečiti ih, pre svega pravnom regulativom. Na tome je u svetu počelo da se radi uporedo sa sekvenciranjem genoma čoveka. Danas se naročito vodi računa o očuvanju privatnosti genetičkih informacija koje bi mogle imati posledice na kvalitet i organizaciju života neke osobe. Na primer, podatak da će neka osoba razviti neizlečivu bolest u doglednom periodu može biti zloupotrebljen stane osiguravajućih kompanija i poslodavaca. Ne treba, međutim, zbog opravdane brige za moguće zloupotrebe, zanemariti ogromnu korist i prednosti koje su rezultat ovog velikog multinacionalnog poduhvata.

U poslednje vreme, recimo, sve se više govori o genetički modifikovanoj hrani (GMO) koja je štetna za organizam. Koje je vaše mišljenje o ovome?

- Interesantno je da nijedno istraživanje do danas nije pokazalo da je genetički modifikovana hrana štetna po zdravlje. Činjenica je da postoji značajan porast alergija, ali bi se trebalo zapitati da li su one možda posledica nekontrolisanog korišćenja različitih hemikalija u proizvodnji hrane koja nije genetički modifikovana.

Koliko životna sredina i njen kvalitet utiču na očuvanje genetičke informacije?

- Genetička informacija je sama po sebi veoma dinamična, usled spontanih promena koje se stalno dešavaju u molekulima DNK. U dugom evolucionom vremenu opstale su samo one koje su kroz interakciju sa sredinskim faktorima povećavale sposobnost razmnožavanja i preživljavanja. Ako uticaj sredine posmatramo sa aspekta pojedinačne individue, može se reći da mnogi sredinski činioci menjaju genetičku informaciju, a kao posledice tih promena, mi starimo i razvijamo razne bolesti uzrokovane stečenim, a ne nasleđenim, promenama u molekulima DNK.

U kakvim uslovima se razvija naša molekularna biologija i u kolikom je zaostatku za svetom? Koliki je procenat diplomiranih i obećavajućih mladih kadrova koji biraju da odu iz zemlje?

- Bilo je perioda kada se činilo da su istraživanja u našoj zemlji u koraku sa svetom. Zadnjih desetak godina ostvaren je ogroman napredak u molekularno biološkim istraživanjima u svetu, pre svega, zahvaljujući nepredvidivom tehnološkom napretku, koji naša zemlja nije uspela da isprati. Međutim, zahvaljujući idejama i entuzijazmu naših naučnika, značajan broj naučnih radova se publikuje u priznatim međunarodnim naučnim časopisima. Kao nastavnici, ističemo da imamo zadovoljstvo da predajemo izuzetnim studentima, od kojih, na žalost, oko dve trećine ode u inostranstvo, a među njima su i oni najbolji. Jedina uteha je da sa ovolikim procentom odlaska naših đaka, znamo da je naša molekularno biološka škola, inače jedna od prvih u Evropi, priznata u celom svetu.


Autor: Anđelka Cvijić