Baltų žinyčios vartai

0

Genų mokslo takais ir takeliais (3)

viršaitis spalio 26, 2011 MEDICINA, Mokslas

Pradžia 20111024// Tęsinys (2)

Su Mokslo Lietuva toliau tęsia pašnekesį Vilniaus universiteto Medicinos fakulteto Žmogaus ir medicininės genetikos katedros vedėjas, šio universiteto ligoninės Santariškių klinikų Medicininės genetikos centro direktorius, Lietuvos žmogaus genetikos draugijos pirmininkas, 2005 m. Lietuvos mokslo premijos laureatas prof. habil. dr. Vaidutis Kučinskas.

Žmonijos protėvynė – Afrika

Ką galėtumėte įvardyti iš žymesnių genetikos mokslo autoritetų, su kuriais teko kartu dirbti, rašyti straipsnius?

 

 

Štai Markas Stonekingas (Mark Stoneking), žmogaus kilmės iš Afrikos žemyno teorijos vienas iš pirmųjų kūrėjų. Anksčiau jis dirbo Penn State universitete, o dabar – Leipcige, kur įkurtas pasaulinio lygio evoliucinės genetikos institutas. Jame tyrinėtojai turi visas sąlygas, kokias tik gali turėti mokslo institucijos. Ten taip pat tiriamos beždžionės ir iškasenų žmogbeždžionių kaulai. Su juo teko bendradarbiauti pastaraisiais metais tyrinėjant Lietuvos populiaciją, ypač mitochondrinę DNR.

Savo mokslininko kelią pradėjau Maskvoje, kur teko sutikti nemažai kūrybingų asmenybių, su kuriais palaikau ryšius ir dabar. Tik šiuo metu jie yra jau ne Rusijos, o JAV arba Didžiosios Britanijos mokslininkai. Ypač produktyvus darbas buvo vykdomas su matematiku ir genetiku prof. L. Životovskiu. Norėjau, kad ir Lietuvos matematikai susidomėtų šia sritimi. Jis buvo atvykęs į Vilnių, skaitė paskaitas, taip pat – ir matematikams. Deja, tai neturėjo didesnių padarinių. Gal tik man asmeniškai. Baigiau matematikos studijas Vilniaus universitete ir dabar šiek tiek bendradarbiauju su Matematikos ir informatikos institutu bei mokslininkų grupe, kuriai vadovauja prof. G. Dzemyda. Profesorius L. Životovskis pasaulyje tapo tikrai pirmo ryškumo matematinės genetikos žvaigžde ir jau daugelį metų dirba Stenfordo universitete, JAV. Kaip jau minėjau, nuo 1992 m. pradžios, tuoj po Lietuvos nepriklausomybės atkūrimo, išvykau moksliniam darbui į JAV. Mane į savo laboratoriją priėmė vienas žymiausių populiacinės genetikos ir genomo įvairovės tyrinėtojų prof. S. O’Braienas. Dirbau specialiame mokslinių tyrimų centre Fredericko miestelyje netoli Vašingtono. Tuo metu S. O’Braienas savo darbus paprastai skelbdavo žurnaluose Nature arba Science. Iš to matyti, kokio ryškumo tai buvo mokslo žvaigždė. Beje, analizuodamas liūtus ir kitus kačių šeimos atstovus jis eksperimentais pagrindė genetinio dreifo reiškinį, o vėliau, atlikęs milžinišką darbą, įrodė tam tikrų genų mutacijų reikšmę žmogaus atsparumo AIDS ligai. Jo laboratorijose atlikau savo pirmuosius lietuvių mitochondrinės DNR tyrinėjimus.

Ypač sėkmingas buvo bendradarbiavimas su prof. L. Beckmanu (Umea universitetas, Švedija). Jis tikrai man įdiegė mokslinio darbo suvokimą. L. Beckmanas buvo minėto universiteto rektorius, tarptautinių žurnalų redaktorius ir kartu vyresniosios kartos populiacinės genetikos pasaulinio lygio specialistas. Jis ir mane įvedė į genetikos pasaulį. Tai vėliau man padėjo lengvai atverti daugelį durų.

Jeigu pavyktų įrodyti, kad žmogaus kilmės vieta buvo Afrikos žemynas, ką tai duotų mokslui, apskritai pažinimui?

Afrikos duomenys – archeologiniai radiniai ir jų datavimas bei genetiniai tyrinėjimai – labai gerai siejasi. Genetikai tiria mitochondrines DNR bei Y chromosomos DNR ir pagal stebimą genetinę įvairovę, mutacijų skaičių gali suskaičiuoti, prieš kiek metų visa tai galėjo atsirasti, nes žinoma, per kiek laiko atsiranda viena DNR mutacija.

Ir per kiek laiko atsiranda viena mutacija?

Mutacijos vyksta nuolat ir tam tikru dažniu – 1×10-5, vadinasi, turėsime vieną DNR mutaciją iš 100 tūkst. lytinių ląstelių. Mutacija – tai pokytis, kurį galima užfiksuoti kaip nukleotidų pokyčius, turinčius tam tikrą funkcinę prasmę. Net nebūtinai funkcinę, nes tą įvairovę galime fiksuoti ir tų nukleotidų lygmeniu, kurie neturi funkcinių padarinių. Vis tiek pokytį rasime, nes skiriasi DNR.

Štai čia mes ir prieiname prie biologinio laikrodžio sąvokos. Pagal tai, kad mutacijos vyksta pastoviu dažniu, galime apskaičiuoti, kokios mutacijos vyko kad ir prieš milijonus metų.

Ar galime apskaičiuoti, kas vyks po milijonų metų?

Galima prognozuoti ir į priekį.

Ir su ta pačia tikimybe?

Be abejo. Jeigu mutacijos vyksta nuolat, nepriklausomai nuo mūsų noro ar nenoro. DNR sintezės metu pasitaiko klaidų, kurios gali būti ištaisomos arba neištaisomos.

Dėl neištaisytų klaidų ir atsiranda mutacijos?

Taip. Mutacija fiksuojama ir vėliau perduodama kitoms kartoms.

Tad klaidos genetine prasme naudingos, o gal ne visada?

Šiuo atveju apskritai neaišku, kas tai yra „naudingumas“.

Tarkime rūšies išlikimui.

Priklauso nuo to, kokia yra aplinka, kokiame periode ta rūšis gyvena. Kaip tik dabar perskaičiau knygą Labai trumpa pasaulio istorija, kurią parašė Melburno universiteto prof. Geoffrey’is Blainey’is. Šio istoriko, parašiusio daugiau nei 30 knygų, idėjos beveik sutampa su genetikų. Autorius tai ir pabrėžia: tiek archeologinis, tiek istorinis, tiek genetinis datavimas sutampa. Jis laikosi nuomonės, kad Afrika yra žmonijos lopšys, ir iš ten žmonės pasklido po kitus žemynus. Maždaug prieš du milijonus metų šie žmonės, žinomi hominidų vardu, daugiausia gyveno kraštuose, kuriuos dabar vadiname Kenija, Tanzanija ir Etiopija. Žmonių giminė Afrikoje buvo užėmusi vidurinę jos dalį, tuo metu atogrąžų zoną. Prieš vieną ar du milijonus metų pasikeitė klimatas, todėl žmonės pamažu atsiskyrė nuo savo giminaičių žmogbeždžionių – daugiau laiko leido ant žemės, o ne medžiuose. Viena sena žymė yra rasta Tanzanijoje. Du suaugusieji ir vaikas ėjo per lietaus suminkštintus vulkaninius pelenus. Vėliau tuos pėdsakus sustingdė saulė ir palengva užklojo žemės sluoksniai. Dabar nustatytas šių žmonių pėdsakų amžius – ne mažiau kaip trys milijonai šeši šimtai tūkstančių metų. Šie žmonės tuo laiku dabartinės Tanzanijos teritorijoje tiesiog klestėjo. Jų skaičius labai išaugo, tad tie žmonės patraukė į šiaurę ir pasiekė Mažąją Aziją. Kelionė per Aziją galėjo trukti nuo 10 tūkst. iki 200 tūkst. metų. Beje, tai nereiškia, kad patraukus nedidelei grupei į kelionę, ji ir keliaudavo vis tolyn ir tolyn. Greičiau buvo taip, kad vienai migrantų grupei sustojus, ją aplenkdavo kitos ir t. t. Taigi specifinė populiacijų struktūra pradėjo formuotis jau tais laikais.

Kita vertus, geologai ir geografai tuojau pat primins, kad Afrika, Europa, Azija, Šiaurės ir Pietų Amerika sudarė vientisą žemyną, o apie tai primena tų išsiskyrusių žemynų konfigūracijos. Pasirodo, kad nuo to laiko, kai Kolumbas pasiekė Amerikos žemyną (1492 m.), tiksliau, Karibų jūros šalis, dabar šis krantas spėjo nuo Europos nutolti dar 12 m toliau į vakarus. Atlanto vandenynas ir atsirado nutolus Europos bei Amerikos žemynams.

Mąstydami stereotipiškai galvojame, kad Sachara visada buvo dykuma. Anaiptol, dar ir prieš 5,5 tūkst. metų ten nebuvo jokios dykumos, o toje vietoje gyvenę žmonės skyrėsi nuo dabartinių. Dykuma susiformavo per kelis tūkstantmečius.

Toli gražu ne visada buvo taip, kas mums dabar lyg ir akivaizdžiai atrodo. Savo mąstymą turime derinti prie tikslios koordinačių sistemos, tada ir teorijas galėsime pagrįsti moksliškai.

Nuo seniausių laikų žmonės kraustėsi ieškodami geresnių gyvenimo sąlygų. Daugiausia keliaudavo, matyt, dėl maisto trūkumo, spaudžiami nedraugiškų genčių. Šiaurės Europą užklojus ledynui ten gyvenę žmonės turėjo trauktis į pietus. Išmokę naudoti ugnį, vėliau pradėję užsiimti žemdirbyste, keitė savo gyvenimo sąlygas. Lyg ir paprasti dalykai, bet esminiai žmonijos gyvenime. Pradėjus kultivuoti žemdirbystę buvo galima prisigaminti daugybę maisto ir keisti jį į kitus būtinus daiktus. Taip pagaliau prasidėjo prekyba ir kiti tarpusavio santykiai.

Žmonija tvaresnė už ežerus

Kuo čia pažinimui gali būti naudinga genetika?

 

 

Genetika akivaizdžiai padeda atskleisti visą tą žmonijos priešistorę. Jeigu manome, kad homo sapiens kaip rūšiai yra 200 tūkst. metų, tai reiškia, kad šie procesai vyko nelabai seniai. Jeigu visą Žemės gyvavimo – 5 mlrd. metų laikotarpį, suglaustume į vienų metų laikotarpį, tai žmogui (homo sapiens) jame tektų tik 3 valandos. Šioje laiko skalėje ežerų amžius būtų tik 3 minutės, išskyrus keletą didžiųjų planetos ežerų, kurie užsibūtų apie 30 min, t. y., maždaug 15 tūkst. metų

Taip ir norisi patetiškai pareikšti: žmonija tvaresnė net už ežerus.

Žmonija – kaip homo sapiens rūšis. Genetika visa tai padeda suvokti ne tik globaliu masteliu, bet gali padėti (ir padeda) suprasti žmonių atsiradimą Lietuvos teritorijoje, jų ryšius su kaimynais ir daugelį kitų dalykų.

Gilinantis į čia gyvenusių žmonių genomus, jų skirtumus, pavyksta atskleisti šioje teritorijoje gyvenusių žmonių ryšius, jų santykius. Ir ne vien atskiros populiacijos mastu (tautą mes suprantame kaip populiaciją, kurią vienija tik tam tikrą laiką gana uždari giminingumo santykiai), bet perėję į dar gilesnį lygmenį, galime tirti ir analizuoti vieno asmens giminingumo ryšius su kitais žmonėmis. Jeigu turime iškastinius palaikus, tai tuos giminingumo ryšius galima surasti.

Genomo nesufalsifikuosi

Tačiau tokie tyrimai bus sėkmingi, jeigu palikuonių palaikų yra ir daugiau. Iš vieno atsitiktinai aptikto asmens palaikų, nors ir nustatę jo genomą, ne kažin ką galėtume išsiaiškinti, nebent susieti su visa tauta ar populiacija. Jei teisingai supratau, tokia išvada sektų iš Jūsų ankstesnio aiškinimo.

 

 

Jeigu tai Jogailaičių dinastijos palikuonys, tai tokią tarpusavio priklausomybę nesunkiai galima nustatyti.

Bet ji ir taip aiški, nebent rūpėtų atskleisti kokį nors istorinį kriminalą, paslaptį, tarkime, nesantuokinį palikuonį ar panašiai.

Iš tų palikuonių galima spręsti apie jų bendrą protėvį, kitų dinastijų įtakas.

Lietuvos karališkoji bajorų sąjunga, patikrinusi savo narių genus, ko gero, aptiktų daug prisiplakėlių. Genomą falsifikuoti sunkiau negu padirbti popierius.

Neabejotinai. Kaip matome, genetika tampa reikšmingus istorinius tyrinėjimus papildančiu mokslu.

Kita genomo tyrinėjimų sritis, kuria man tenka užsiimti, tai nustatymas, kaip genomo savitumas gali nulemti polinkį sirgti konkrečiomis ligomis. Nustatomas mutacijų pobūdis tam tikroje populiacijoje. Paaiškėjo, kad tam tikrų tautų atskirų genų mutacijų rinkinys dažniausiai skiriasi, gali būti apskritai unikalios mutacijos, būdingos tai konkrečiai tautai.

Viena poetė lietuvius pavadino „karalių tauta“, gal genetikams pavyktų įrodyti, kad tai šventa tiesa ir visi esame iš karalių? Tai bent pagerintume lietuvių įvaizdį pasaulyje.

Kol kas tesame aprašę paprastesnius dalykus. Pavyzdžiui, nustatėme, kad tam tikra liga sergant lietuvių populiacijos genų mutacijos spektras yra kitoks, negu kitose tautose. Tiksliau, tiriant kitų tautų atstovus, jų genuose tokių mutacijų neaptikta. Aišku, mutacijos atsiranda ilgo proceso metu, bet dėl santuokų struktūros lietuvių tautoje paplinta, o kitose tautose – kitos mutacijos. Kai žmonės tuokiasi su aplinkiniais, tos mutacijos išplinta tam tikroje teritorijoje.

Vietoj panacėjos – džinas iš butelio

Ką galite pasakyti apie paveldimas ligas, kurios išplitusios lietuvių tautoje?

 

 

Yra ligos, kurios paveldimos pagal Mendelio dėsnius. Tai vieno geno mutacijų nulemtos paveldimosios ligos: Hantingtono liga, fenilketonurija, cistinė fibrozė, hemofilija ir daug kitų. Nagrinėdami mutacijas mėginome analizuoti dėsningumus. Yra ir paveldimas polinkis tam tikroms ligoms: cukraligei, širdies ir kraujagyslių ligoms, vėžiui, bronchinei astmai, šizofrenijai ir kitoms, vadinamoms daugiaveiksnėms ligoms.

Tačiau gali būti paveldimas ne tik polinkis, bet ir atsparumas ligoms. Štai kaip tik šiandien, kai kalbamės, gavau naują žurnalą, kuriame rašoma, kad galįs būti genų variantas, lemiantis atsparumą cukraligei. Jau anksčiau buvo atrasti atsparumo infekcinėms ligoms asmenų genotipo ypatumai. Šiandien dar neturime pakankamai informacijos apie plačiai paplitusių ligų ryšį su genomo sandara. Dėl to šių ligų genetinė analizė, taip pat ir genomo analizė yra vienas iš mokslo prioritetų pasaulyje.

Ar iš to, ką sakote, nekyla didelis pavojus? Daugybė neaiškumų, neatskleistų priežastinių ryšių genome, o štai drąsuoliai eksperimentatoriai susigundys ir pradės kurti naujus genų junginius, kurie žada užkirsti kelią cukraligei ar kitoms ligoms. Paskui paaiškės, kad vietoj panacėjos išleido džiną iš butelio.

Buvo rožinės svajonės, kad vienas, du, trys ir genų terapijos dalykai staigiai pajudės į priekį. Tačiau pasirodė, kad iki to toli – genų terapiją panaudoti kaip gydymo metodą. Apie realius rezultatus dar anksti kalbėti.

Kiek užtruks?

Prieš 10 metų buvo teigiama, kad po poros metų. Praėjo 10 metų, tačiau į priekį nelabai pasistūmėta.

Kur slypi sudėtingumas? Juk aiškinta, kad viskas biotechnologų ir bioinžinierių rankose: blogą geną iškirpo, gerą įterpė. Kodėl realybė skiriasi nuo svajonių?

Problema štai kokia. Jeigu sužinoma, kad kuris nors genas nefunkcionalus, tai genų terapijos atstovas įsivaizduoja, kad reikia vietoj blogo perkelti normalų geną. Norint perkelti reikia, kad tas genas patektų į ląstelę ir joje pradėtų funkcionuoti.

Kas jį „užves“?

Pirmiausia dar reikia įkelti. Tam kuriami vektoriai. Tai gali būti virusai, kurie sugeba įsiskverbti į ląstelę per membraną ir branduolį. Bandoma virusui „duoti užduotį“, kad jis kartu nusineštų ir reikalingą geną. Toliau reikia geną „paleisti“, kad pradėtų veikti, integruotųsi į ląstelės veiklą. Be to nėra aišku, kokį kiekį reikia perkelti, tai yra reikia žinoti kaip ir bet kurių vaistų dozavimo ypatybes, galimus šalutinius poveikius ir t. t.

Net ir toks iš pirmo žvilgsnio elementarus etapas reikalauja nepaprastai daug pastangų.

Bus daugiau

Kalbėjosi Gediminas Zemlickas

© 2011 – 2015, viršaitis. All rights reserved.