Dedičnosť a choroby. To si asi najčastejšie spájame s DNA. Objav princípu štruktúry tejto dvojzávitnice úplne zmenil a naďalej mení biomedicínsku vedu aj klinickú prax zameranú na prevenciu, diagnostiku a liečbu chorôb. Lekári musia teraz naozaj nepretržite študovať.
Súčasná medicína – a to nielen nové liečivá, ale aj nové zistenia, zmeny liečebných či diagnostických postupov – je priamo a ešte viac nepriamo ovplyvnená tým, čo vieme o variantoch génov v našom genóme.
Deoxyribonukleová kyselina – DNA, bola známa už v 19. storočí, ale až počas 2. svetovej vojny sa zistila jej dôležitosť pre dedičnosť znakov. Pre amerického biológa Jamesa Watsona a britského biofyzika Francisa Cricka, ktorí pracovali v Cambridge, to bol podnet, aby začali skúmať jej štruktúru. Svoje zistenia publikovali v apríli 1953 v časopise Nature. Ich objav umožnil vznik molekulárnej biológie a medicíny, ako ju poznáme dnes.
Nosič informácií
Objav princípu štruktúry DNA umožnil nielen pochopiť dedičnosť, reprodukciu a evolúciu, ale priniesol aj možnosti skúmať DNA konkrétnych organizmov a jedincov. Hovoríme v tomto prípade o čítaní alebo sekvenovaní DNA. DNA je miesto, kde sa uchovávajú a prenášajú informácie o organizme, podobne ako kniha či pevný disk v počítači. A podobne, ako pri prepisovaní knihy alebo kopírovaní dát na pevnom disku, aj pri prepisovaní DNA dochádza k chybám, preklepom. Postupom času takto môžu vznikať poškodené sektory a chyby, ktoré sa väčšinou dajú – ale niekedy aj nedajú – opraviť. Skúsenosti so vznikom chýb pri prepisovaní dát nás viedli k nutnosti zálohovať ich. Zálohovanie dát sa uplatňuje aj v štruktúre DNA, keď v jej dvojzávitnicovej štruktúre je jedno vlákno pre druhé vlákno akousi biologickou zálohou.
Ľudský genóm
Genóm je súbor všetkých genetických informácií, ktoré má k dispozícii jedna bunka, resp. organizmus. Čo dnes vieme o ľudskom genóme? Napríklad to, že obsahuje približne tri miliardy bázových párov – niečo ako bitov, či písmen zo štvorpísmenkovej abecedy. Našli sme v ňom asi 26 000 génov, možno aj 40 000 podľa toho, ako základnú jednotku genetickej informácie definujeme. Hoci posledné analýzy ukazujú, že ich zrejme bude menej ako 20 000. Každopádne ich je oveľa menej, než sa odhadovalo v minulosti (predpovedali sa milióny). Veľa vecí o ľudskom genóme stále ešte nevieme. Ani netušíme, na čo používajú bunky asi 80 % DNA, ktorá je mimo génov. Vieme, že ju čítajú, využívajú, ale prečo – to nevieme. Donedávna sme si ešte mysleli, že ide o junk DNA – jej nepodstatnú, nadbytočnú časť.
Liečba šitá na mieru
Ak ste si mysleli, že spoznávanie ľudského genómu váš život nijako neovplyvnilo, mýlite sa. Celá súčasná medicína – a to nielen nové liečivá, ale aj nové protokoly, zistenia, zmeny terapeutických a diagnostických postupov – priamo a ešte viac nepriamo závisia od úsekov, sekvencií génov v našom genóme. Vďaka molekulárnym analýzam je možná presnejšia diagnostika, a to by bez znalosti sekvencie ľudského genómu nebolo vôbec možné. Úspešnosť liečby viacerých typov rakoviny sa za posledné roky výrazne zlepšila práve vďaka spoznávaniu ľudského genómu. Pri srdcovo-cievnych chorobách dosahuje liečba už svoje limity. Zlepšenia možno dosiahnuť zrejme len liečbou šitou na mieru za pomoci genetických analýz.
Napínavá budúcnosť molekulárnej medicíny
Málokto si Nobelovu cenu zaslúžil viac ako japonský lekár a výskumník Shinya Yamanaka Dostal ju v roku 2012, ani nie šesť rokov po publikovaní svojich výsledkov. Yamanaka našiel štyri faktory, ktoré dokážu zmeniť hotovú bunku aj dospelého organizmu do formy tzv. indukovanej pluripotentnej kmeňovej bunky. Pluripotentná kmeňová bunka je taká, ktorá dokáže vytvoriť všetky tri základné zárodočné listy (tkanivo, ktoré tvoria deliace sa bunky v skorých štádiách vývoja organizmu po oplodnení) a teoreticky akékoľvek tkanivo pre regeneračnú medicínu. Yamanaka nielenže vyriešil zásadný technický problém, ale aj zo dňa na deň zrušil debatu o používaní kmeňových buniek z embryí ako potenciálne živých ľudí. To všetko vďaka génovej terapii, lebo pluripotentné bunky vytváral práve pomocou génového prenosu. Objavenú štvoricu faktorov aplikoval na bunky vo forme génov a preniesli ich retrovírusy.
Aké možnosti nám ponúka ďalšie nové odvetvie vedy – syntentická biológia – o tom môžeme len špekulovať. Veda ide rýchlo dopredu, a tak sa dajú očakávať nové spôsoby liečby. Probiotikami, v ktorých baktérie získavajú nové lepšie vlastnosti vďaka genetickým úpravám, geneticky modifikovanými očkovacími látkami proti rôznym – aj neinfekčným chorobám, či syntetickými vírusmi alebo baktériofágmi, meniacimi tkanivá a mikroflóru v našom tele. Genetické modifikácie na myšiach už dávno ukázali, aké množstvo informácií pomocou genetického inžinierstva môžeme získať. Budúcnosť molekulárnej medicíny tak bude určite napínavá.
Autor: doc. MUDr. Ing. RNDr. Peter Celec, PhD., MPH
Ústav molekulárnej biomedicíny, Lekárska fakulta, Univerzita Komenského v Bratislave
Foto a ilustrácie: Wikipédia, Fotky&foto a Marcela Pekarčíková
Viac sa dočítate v časopise Quark (číslo 9/2014).
Uverejnila: ZČ