Nieco ponad 70 lat temu dwóch angielskich naukowców, przekraczając próg pubu Eagle w Cambridge, ogłosiło wszem wobec, że poznali tajemnicę życia. Był 28 lutego 1953 r., a James Watson i Francis Crick mieli w tym stwierdzeniu dużo racji. Wspierając się wynikami badań Rosalind Franklin, odkryli strukturę cząsteczki DNA, w której zapisana jest instrukcja działania i budowy komórki. Swoje odkrycie opublikowali 25 kwietnia 1953 r. w stosunkowo niewielkim artykule. Ostatecznie przyniosło ono im oraz współpracującemu z nimi Maurice’owi Wilkinsowi Nagrodę Nobla w 1962 r. Drzwi do poznania struktury DNA otworzyły zdjęcia wykonane metodą krystalografii rentgenowskiej przez Rosalind Franklin i Maurice’a Wilkinsa. Od tego czasu wiemy, że podwójna spirala kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) to szyfr życia, choć nie rozumiemy jeszcze wszystkich zakodowanych w nim przekazów.

Sam kwas dezoksyrybonukleinowy ma w nauce wcześniejszą genezę – został odkryty w 1869 r. przez Friedricha Mieschera w ropie ze szpitalnych bandaży i w spermie ryb. Wiadomo było, że tworzy w jądrach komórek charakterystyczne twory – chromosomy, ale to Watson i Crick wyjaśnili, że w przypadku DNA liczy się nie tyle skład chemiczny, ile struktura pozwalająca na zapis i powielanie informacji.

Nieskończone kombinacje

Podwójna helisa DNA – podstawowy element struktury przestrzennej cząsteczki DNA – składa się tylko z czterech rodzajów nukleotydów, liczba możliwych kombinacji jest jednak praktycznie nieskończona. Mówi się, że całą wiedzę ludzkości można by zapisać w kilku gramach DNA...

W latach 60. XX wieku udało się ustalić, że istnieje kod genetyczny – trzy kolejne zasady azotowe w łańcuchu DNA kodują jeden aminokwas: element budowy białek. W ludzkim DNA jest ponad 3 mld nukleotydów. Kodują informacje dotyczące białek, których współdziałanie decyduje np. o kolorze oczu, kształcie twarzy czy zdrowiu człowieka.

W 2012 r. Enzo Di Fabrizio zaprezentował wygląd helisy DNA dzięki zdjęciom z mikroskopu elektronowego. Później stwierdzono, że dzięki odpowiednim enzymom można przecinać DNA w określonych miejscach. Z czasem stało się możliwe modyfikowanie organizmów żywych – początkowo bakterii, a później nawet ssaków. Powstały też techniki odczytywania (sekwencjonowania) DNA, co umożliwiło w latach 1990 – 2001 poznanie ludzkiego genomu.

Większość tych prac realizowano w ramach projektu „Human Genome Project”, którego celem stało się spisanie pełnej sekwencji ludzkiego DNA. Jego wyniki ogłoszono 25 kwietnia 2023 r. Wtedy też amerykański Senat proklamował Narodowy Dzień DNA.

Nowe metody badawcze pozwalają sekwencjonować cały ludzki genom zaledwie w ciągu 7 dni. Dzięki znajomości genomu konkretnej osoby można przewidzieć ryzyko zachorowania na daną chorobę, co daje szansę zastosowania odpowiedniej profilaktyki i najwłaściwszej terapii, gdy choroba już trwa.

Co ciekawe, tylko 7% naszego genomu jest unikalne dla gatunku Homo sapiens. Ponad 90% ludzkiego genotypu przypomina geny m.in. Homo neanderthalensis.

Co zależy od genów i w czym ta wiedza może pomóc?

Choć od każdego z rodziców dostajemy po dwadzieścia trzy chromosomy, po wymieszaniu materiału genetycznego u potomka uwidocznią się cechy, za które odpowiadają geny dominujące (aczkolwiek czynniki środowiskowe mogą wpływać na aktywność genów).

Każdy człowiek jest nosicielem od siedmiu do dziesięciu mutacji genetycznych. Część z nich jest przekazywana z pokolenia na pokolenie, ale część powstaje spontanicznie jako nowa mutacja.

W przypadku niektórych chorób uwarunkowane genetycznie jest ryzyko zapadnięcia na nie i wynosi aż 40-50%. To np. choroba Leśniowskiego-Crohna, celiakia i zwyrodnienie plamki żółtej. W niewielkim stopniu zależą od genów chociażby nowotwory, cukrzyca i choroba Alzheimera. Spośród chorób rzadkich (których lista pozostaje otwarta, a znamy ich od 6 do 8 tys.) podłoże genetyczne ma ok. 80%.

Z czasem analiza DNA znalazła wiele zastosowań, m.in. w kryminalistyce przy identyfikacji sprawców gwałtów czy ofiar morderstw, przy testach pozwalających stwierdzić lub wykluczyć ojcostwo. I w mniej dramatycznych, aczkolwiek wydarzających się przypadkach: otóż badając DNA z psiej kupy, można zidentyfikować sprawcę notorycznego brudzenia naszego osiedlowego trawnika... Techniki badania DNA używane przez paleontologów stały się na tyle zaawansowane, że mówi się o możliwości sklonowania wymarłych gatunków, np. mamuta, a nawet neandertalczyka (czy przypomina nam to jakiś film...?).

Wciąż jednak jest daleko do poznania i wykorzystania wszystkich tajemnic DNA. Dzięki niezwykłym białkom, powstającym według instrukcji zapisanych w ich DNA, wiele niezrozumiałych wciąż cudów dzieje się w świecie obok nas, jak niektóre małże żyjące tysiąc lat.

Faktem jest, że manipulacje DNA niosą ze sobą zarówno ogromne możliwości, jak i poważne zagrożenia.

Niebezpieczeństwa modyfikacji

Dysponując środkami do wkraczania w tajemnice najprostszych form życia, człowiek może realizować różne cele: ekonomiczne, terapeutyczne, środowiskowe. Jedne mu służą, inne niekoniecznie.

Zmiany w DNA mogą prowadzić do niezamierzonych mutacji, które mogą być szkodliwe dla organizmu. Edytowanie jednego genu potrafi wpłynąć na inne funkcje organizmu w nieprzewidywalny sposób.

„Grzebanie” w DNA stwarza potencjalne konsekwencje dla zdrowia ludzi. Modyfikacje DNA mogą zwiększyć ryzyko chorób nowotworowych lub zaburzeń genetycznych. Z kolei w przypadku terapii genowych istnieje ryzyko reakcji immunologicznych i wystąpienia skutków ubocznych. Ingerencje w DNA niosą także potencjalne zagrożenia dla środowiska – modyfikowanie genetyczne organizmów (np. roślin i zwierząt) może zaburzyć ekosystemy i bioróżnorodność. Wprowadzenie organizmów GMO do środowiska może natomiast doprowadzić do niekontrolowanego rozprzestrzeniania się zmian genetycznych.

Kolejny niebezpieczny aspekt to bioterroryzm i nadużycia technologii, np. możliwość stworzenia genetycznie zmodyfikowanych patogenów jako broni biologicznej (i znowu: coś nam to przypomina?). Istnieje także zagrożenie manipulacją DNA w celach militarnych lub nielegalnych eksperymentów na ludziach i zwierzętach.

Co z etyką?

Tutaj wachlarz zagrożeń jest faktycznie bardzo duży. Modyfikacja zarodków może prowadzić do powstawania tzw. projektowanych dzieci (designer babies), co budzi lawinę pytań o podłożu etycznym. Możliwe stworzenie nierówności społecznych – tylko bogaci mogliby sobie pozwolić na ulepszanie genetyczne – wydaje się jednym z mniejszych niebezpieczeństw. Na zasadach genetycznych oparte są także niektóre techniki diagnostyczne, np. tzw. amniopunkcja. Polega ona na nakłuciu błon płodowych matki i pobraniu z nich wód płodowych, w których znajdują się komórki płodu stanowiące pozostałości jego procesów rozwojowych. Badania, które przeprowadza się na uzyskanym tą drogą materiale, prowadzą do odpowiednich wniosków medycznych. Techniki genetyczne pozwalają wykrywać dziedziczne choroby metaboliczne, polegające na tym, że zniekształcony gen nie produkuje genów potrzebnych do właściwej przemiany materii. Wyniki amniopunkcji mogą skłaniać do decyzji o przerwaniu ciąży, zwłaszcza w przypadku wykrycia wad genetycznych. Rodzi to pytania o etyczne granice selekcji prenatalnej i wartość życia osób z niepełnosprawnościami. Wyniki amniopunkcji dostarczają wrażliwych danych genetycznych, co może prowadzić do dylematów dotyczących prywatności i ewentualnej dyskryminacji genetycznej (np. przez ubezpieczycieli lub pracodawców w przyszłości). Powszechne stosowanie amniopunkcji i innych badań prenatalnych skłania do społecznej presji na testowanie wszystkich ciąż oraz do traktowania pewnych warunków genetycznych jako niepożądanych, a co za tym idzie – do pogłębiania uprzedzeń wobec osób z niepełnosprawnościami. A to zaledwie wierzchołek góry lodowej...

Technologie edycji genów, takie jak CRISPR-Cas9, otwierają ogromne możliwości, ale równocześnie wymagają ścisłej regulacji i kontroli, aby uniknąć potencjalnych katastrofalnych skutków. CRISPR-Cas9 to narzędzie do precyzyjnej edycji genów, działające jak „molekularne nożyczki”, które pozwala na wycinanie, modyfikowanie lub zastępowanie fragmentów DNA w organizmach żywych. Jakie niesie zagrożenia? Może nie tylko edytować zamierzony gen, ale także powodować mutacje w innych miejscach genomu, a w efekcie prowadzić do powstawania nowotworów lub innych chorób. Jeśli edycja genów zostanie przeprowadzona na wczesnym etapie rozwoju zarodka, nie wszystkie komórki mogą ulec modyfikacji w ten sam sposób, co prowadzi do niejednorodnych efektów w organizmie. Lista jest, niestety, dłuższa...

Mamy zatem szanse i zagrożenia. Co przeważy?