DARVINOVA NIT

TAMNA TVAR U GENOMU

170 pregleda
Ilustracija

Pre dvadeset godina ogroman naučni poduhvat otkrio je da ljudski genom sadrži 20.000 gena koji kodiraju proteine, ali oni čine samo dva odsto naše DNK. Ostatak je otpisan kao smeće – ali naučnici su sada shvatili da ono ima ključnu ulogu.

Kada je u aprilu 2003, posle trinaestogodišnjeg napora uloženog u sekvenciranje „knjige života”, kodiranje ljudskoggenoma proglašeno završenim, svi su gajili velike nade. Očekivalo se da će projekat izrade

ljudskog genoma, koji je koštao oko tri milijarde dolara, otkriti tretmane za hronične bolesti i rasvetliti sve što je genetski određeno u našim životima.Ali dok su se konferencije za štampu održavale da bi se najavila trijumf nove ere biološkog razumevanja, ovo uputstvo za građu ljudskog života već je donelo neočekivana iznenađenja.

U to vreme preovladavalo je uverenje da se ogromna većina ljudskog genoma sastoji od uputstava za pravljenje proteina, gradivnih blokova svih živih organizama koji obavljaju zbunjujući niz uloga unutar i između naših ćelija. Sa preko 200 različitih tipova ćelija u ljudskom telu, činilo se da ima smisla da će svakoj od njih biti potrebni sopstveni geni da bi obavljale neophodne funkcije. Smatralo se da je pojava jedinstvenih skupova proteina bila vitalna u evoluciji naše vrste i naših kognitivnih moći. (Mi smo, na kraju krajeva, jedina vrsta sposobna da sekvencira sopstveni genom).Umesto toga, pokazalo se da je manje od dva odsto od tri milijarde slova ljudskog genoma posvećeno proteinima. Utvrđeno je da postoji samo oko 20.000 različitih gena koji kodiraju proteine u dugim linijama molekula poznatih kao bazni parovi koji čine naše DNK sekvence.

Genetičari su bili zapanjeni kada su otkrili da ljudi imaju sličan broj gena za stvaranje proteina kao neka od najjednostavnijih stvorenja na planeti. Odjednom se naučni svet suočio sa neprijatnom istinom: možda je veliki deo razumevanja onoga što nas čini ljudima zapravo bio pogrešan?Preostalih 98 odsto naše DNK postalo je poznato kao tamna materija ili tamni genom, misteriozna gužva slova bez očiglednog značenja ili svrhe. U početku su neki genetičari sugerisali da je tamni genom jednostavno višak DNK ili kanta za đubre ljudske evolucije – ostaci pokvarenih gena koji su odavno prestali da budu relevantni.

Kada su naučnici prvi put počeli da iščitavaju „knjigu života” sredinom dvehiljaditih, jedan od najvećih izazova bio je to što se činilo da su regioni ljudskog genoma koji nisu kodirani proteinima prepun sekvenci ponavljajuće DNK poznate kao transpozoni. Ove ponavljajuće sekvence su toliko sveprisutne da čine skoro polovinu genoma svih živih sisara.U početku su genetičari ignorisali transpozone. Većina genetskih studija odlučuje da se fokusira isključivo na egzom – mali region genoma koji kodira proteine. Ali tokom protekle decenije uspon sofisticiranijih tehnologija sekvenciranja DNK omogućio je genetičarima da proučavaju tamni genom detaljnije nego do sada.Jedan eksperiment, gde su istraživači izbrisali specifičan fragment transpozona kod miševa koji je doveo do toga da polovina mladunčadi životinja umre pre rođenja, ilustrovao je da neke sekvence transpozona mogu biti kritične za naš opstanak.

Možda bi najbolje objašnjenje zašto transpozoni postoje u našim genomima moglo biti da su oni izuzetno drevni, da datiraju iz najranijih oblika života. Drugi naučnici su ukazivali da potiču od virusa koji su upali u našu DNK tokom ljudske evolucije, pre nego što su postepeno prenamenjeni u telu da bi imali neku korisnu svrhu.Jedan od najfascinantnijih elemenata transpozona je da oni mogu da se kreću iz jednog dela genoma u drugi – ponašanje po kome su i dobili ime – stvarajući ili preokrećući mutacije u genima, ponekad s dramatičnim posledicama.

Pomeranje transpozona u drugi gen je možda bilo odgovorno za gubitak repa u porodici velikih majmuna, što je dovelo do toga da je naša vrsta razvila sposobnost da hoda uspravno.Ali baš kao što rastuće razumevanje tamnog genoma objašnjava više o evoluciji, ono takođe može baciti novo svetlo na to zašto se bolesti pojavljuju. Ako se pogledaju studije asocijacija na genomu (GWAS), koje traže genetske varijacije među velikim brojem ljudi da bi se identifikovale one povezane sa bolešću, velika većina povezana sa hroničnim bolestima kao što su Alchajmerova bolest, dijabetes i bolesti srca ne nalaze se u regionima koji kodiraju proteine već u tamnom genomu.

Tamni genom, takođe, pruža uputstva za formiranje različitih vrsta molekula, poznatih kao nekodirajuće RNK, koje mogu imati različite uloge u rasponu od pomoći u sklapanju proteina, blokiranja procesa proizvodnje proteina ili pomoći u regulisanju aktivnosti gena.RNK proizvedene u tamnom genomu deluju kao dirigenti u orkestru i upravljaju time kako naša DNK reaguje na okolinu. Upravo se na ove nekodirajuće RNK sada sve više gleda kao na vezu između tamnog genoma i različitih hroničnih bolesti. Ako tamnom genomu dosledno dajemo pogrešne signale, na primer kroz način života, pušenje, lošu ishranu i neaktivnost, molekuli RNK koje proizvodi mogu poslati telo u stanje bolesti, menjajući aktivnost gena na način koji povećava zapaljenje u telu ili promoviše ćelijsku smrt.

Smatra se da određene nekodirajuće RNK mogu da pojačaju aktivnost ili da isključe gen koji se zove p53, koji normalno deluje tako da spreči nastanak tumora. U složenim bolestima kao što su šizofrenija ili depresija, kakofonija nekodirajućih RNK može delovati sinhronizovano da smanji ili poveća ekspresiju određenih gena.Ali sve veće uvažavanje važnosti tamnog genoma već vodi ka novim pristupima za lečenje ovih bolesti. Dok se industrija lekova obično fiksirala na ciljanje proteina, neki shvataju da bi se moglo pokazati efikasnijim pokušati poremetiti nekodirajuće RNK koje kontrolišu gene zadužene za ove procese.

U oblasti vakcina protiv raka, gde kompanije sprovode sekvenciranje DNK na uzorku tumora pacijenta da bi identifikovale odgovarajuću metu za napad imunološkog sistema, većina pristupa se usmerila samo na regione genoma koji kodiraju proteine. Međutim, Nemački biotehnološki institut je pionir u pristupu gde analiziraju i regione koji ne kodiraju proteine u nadi da će pronaći metu koja može poremetiti rak na njegovom izvoru.

U isto vreme, deo uzbuđenja mora biti ublažen činjenicom da smo jedva zagrebali površinu u smislu razumevanja kako tamni genom funkcioniše. Znamo vrlo malo o onome što genetičari opisuju kao osnovna pravila – kako ove sekvence koje ne kodiraju proteine komuniciraju jedna sa drugom da bi regulisale aktivnost gena. I kako se tačno ove složene mreže interakcija manifestuju tokom dugih vremenskih perioda u osobine bolesti, kao što je neurodegeneracija viđena kod Alchajmerove bolesti?

Trenutno smo tek na početku, tvrde naučnici i dodaju da bi u sledećih 15 do 20 godina trebalo identifikovati specifično ponašanje u ćelijama koje bi moglo dovesti do bolesti, a zatim pokušati da se identifikuju delovi tamnog genoma koji bi mogli biti uključeni u modifikaciju ovih ponašanja. Srećom, nauka sada ima alate za ova ispitivanja koja ranije nije imala.Jedan takav alat je uređivanje gena. Predviđa se da kako budemo saznavali više, genetska knjiga života nastaviće da donosi neočekivana iznenađenja, baš kao što je bila kada je prvi genom sekvencioniran pre 20 godina. U svakom slučaju, pred naučnicima je još mnogo pitanja.

(RTS)

O autoru

administrator

Ostavite komentar