XXI amžiaus genetikos kryptys

ĮVADAS
Nors genetika yra palyginti jaunas mokslas, XX a. „kūdikis“, bet ji užima centrinę padėtį tarp kitų biologijos mokslų, vienija biologijos mokslus į visumą. Taip yra dėl genetikos tiriamų problemų svarbos. Vieniems genetika – mokslas apie paveldimumą ir kintamumą, kitiems – apie genus, DNR atkarpas, lemiančias organizmo požymius, lemiančius įvairiausias ypatybes, procesus, kurie vyksta organizme. Geriausiai šį mokslą apibūdina senasis genetikos apibrėžimas, kad tai mokslas apie paveldimumą ir kintamumą. Genetikos, kaip nė vieno kito mokslo, galima tiksliai pasakyti atsiradimo metus. Tai 1865-ieji – tada buvo išspausdintas čeekų vienuolio Gregoro Mendelio straipsnis apie jo atliktus augalų hibridų tyrimus. Pats mokslo pavadinimas pasiūlytas anglų mokslininko W. Bateson‘o 1906 m. ir reiškia mokslą apie kilmę (gr. Genesis – kilmė). Pagrindinės šiuolaikinės genetikos nagrinėjamos problemos: lyties genetika, žmogaus ir medicininė genetika, raidos genetika, imunogenetika, taip pat genetiniai selekcijos pagrindai. Šiame darbe mes nagrinėsime šias XXI a. genetikos kryptis: genetinė inžinerija, genomika, kamieninės ląstelės ir klonavimas.

GENETINĖ INŽINERIJA
Kas yra genetinė inžinerija?
Kiekvienas organizmas – bakterija, augalas ar žmogus turi savo originalius genus. Genetinė inžinerija tarp jų gaali įstatyti svetimą, kito organizmo geną. Geną galimą įkelti ir iš labai tolimos rūšies – iš bakterijos į bulvę, iš žmogaus į bakteriją. Taip genų inžinerijos būdu sukuriamas transgeninis arba genetiškai modifikuotas organizmas.
Genetiškai modifikuotų organizmų vartojimas gali būti pavojingas Jūsų:
Sveikatai. Perkėlus naują ge

eną, gali imti gamintis medžiagos (ksenobiotikai), kurių žmogus iki šiol nevartojo, todėl galimi sunkūs apsinuodijimai, alergijos. Nustatyta, kad iš braziliškojo riešuto perkėlus geną į soją, riešutams alergiški žmonės buvo alergiški ir sojai.
Daugelis produktų į rinką išleidžiami be ilgų tyrimų, todėl neįmanoma nuspėti produkto poveikio po penkių ar dešimties metų.
Aplinkai. Vienas iš populiariausių genetinės inžinerijos produktų – vabzdžiams atsparios augalų veislės (pavyzdžiui, iš bakterijos į bulvę perkėlus geną, sąlygojantį atsparumą kolorado vabalui). Mokslinio bandymo metu drugių, mitusių GM augalų žiedadulkėmis žuvo daug daugiau, nei įprastai besimaitinusių. Kitas, taip pat labai populiarus biotechnologų kūrinys – herbicidams atsparios augalų veislės. Jei šie augalai susikryžmintų su natūraliomis piktžolėmis, būtų sukurta superpiktžolė, kurios nebeveiktų jokie chemikalai. Arba GM kultūrinis augalas, atsparus klimato svyravimams, turintis savybę greitai daugintis ir auugti, “pabėgtų” į natūralias augimvietes ir pradėtų masiškai daugintis?
Piniginei. JAV, Kanadoje, kur valdžia finansuoja biotechnologijų kūrimą, kur mokslininkai dirba vien tam, kad kurtų naujus GMO, ten kompanijos gauna milijoninius pelnus. Tačiau neturtingose šalyse GMO įsiveržimas gali patuštinti kišenes. Dar prieš keletą metų rapso auginimas buvo viena pelningiausių žemės ūkio šakų Lietuvoje. Rapso kaina labai priklauso nuo sojos kainos, pasiūlos pasaulinėje rinkoje. 1999 metais gerai užderėjo sojų derlius (nuo 0,22 mln. tonų 1997 m. iki 0,72 mln. tonų 1999, tačiau dirbamų laukų plotai tris kartus nepadidėjo). Ka
ainos pasaulinėje rinkoje stipriai krito (Anglijoje nuo 1010 Lt/t 1998-aisiais iki 766 Lt/t 1999-aisiais). Tai atsiliepė ir mūsų ūkininkams – Lietuvoje rapso kaina krito 40 %. GM produktai yra kur kas pigesni, todėl tradicinės žemdirbystės ūkininkai patiria nuostolius. Ekologine žemdirbyste besiverčiantiems ūkininkams gresia visiškas bankrotas, jei kaimynas už tvoros pasisodina GM kultūrų. Atstumas tarp šių laukų turi būti keli kilometrai.
Penkios kompanijos (Astra Zeneca, Du Pont, Monsanto, Novartis, Aventis) visiškai reguliuoja GM sėklų gamybą, pardavimą. Neturėdamos konkurencijos šios monopolininkės neilgai trukus gali imti diktuoti žemdirbiams ne itin palankias sąlygas.
Teisėms. 61 % Anglijoje apklaustų žmonių pasakė, kad nenorėtų valgyti genetiškai modifikuoto maisto. Šiuo metu GM produktai pradėti žymėti, kad žmonės galėtų rinktis. Visgi tie, kurie valgo ligoninėse, mokyklose šios teisės neturi.
Maisto pramonėje 80 % produkcijos sudaro sojos arba kukurūzų produktai. Ar mes esame tikri, kad užrašas ant lietuviško šokolado ar margarino “sudedamoji dalis emulgatorius E322” (sojos lecitinas) nereiškia, kad jau įstojome į GMO valgytojų gretas?
Be visų pavojų, neigiamų pusių genų inžinerija turi ir privalumų:
– laboratorijose įmanoma sintetinti hormonus, kitus medikamentus (įvedus į bakteriją žmogaus insulino geną, tapo įmanoma pramoniniu būdų sintetinti insuliną – vaistą reikalingą diabetikų gydymui).
– sukūrus vabzdžiams atsparias veisles, naudojama kur kas mažiau pesticidų, dirvos nėra taip alinamos.
– sukuriamos klimato svyravimams atsparios veislės
– jas galima auginti ir žemdirbystei nepalankiose sąlygose.
br />– lengviau maistu aprūpinti badaujančias šalis.

KAMIENINĖS LĄSTELĖS
Kamieninės ląstelės – tai labai gyvybingos nediferencijuotos ar mažai diferencijuotos ląstelės, kurios, tam tikrų faktorių veikiamos, organizme sugeba dalytis, produkuodamos labiau diferencijuotas ląsteles.

Žmogaus organizme kamieninės ląstelės atlieka keletą gyvybiškai svarbių funkcijų:
 Užtikrina normalų žmogaus augimą ir vystymąsi.
 Dalyvauja sergančio, pažeisto ar nusidėvėjusio audinio regeneracijoje.
Kamieninės ląstelės skirstomos į rūšis pagal jų kilmės šaltinį:
 Embrioninės kamieninės ląstelės, kurių šaltinis – blastulės stadijos (5-7 dienų) embrionai, likę po dirbtinio apvaisinimo procedūrų arba specialiai sukurti (pvz., klonavimo būdu).
 Vaisiaus kamieninės ląstelės, kurių šaltinis – vaisiaus audinys, gautas iš abortuoto vaisiaus, arba virkštelės kraujas, surinktas gimdymo metu.
 Suaugusio žmogaus kamieninės ląstelės, kurių šaltinis – suaugusio žmogaus audiniai.

Suaugusio žmogaus kamieninių ląstelių ir embrioninių kamieninių ląstelių panaudojimas: privalumai ir trūkumai
Mokslininkai daugiausia domisi embrioninėmis kamieninėmis ląstelėmis, nes manoma, kad ateityje jas bus galima sėkmingiau panaudoti medicinos praktikoje negu suaugusio žmogaus kamienines ląsteles. Tokią išvadą perša jau atlikti tyrimai, parodę embrioninių ir suaugusio žmogaus kamieninių ląstelių panaudojimo privalumus ir trūkumus. Naudojant suaugusio žmogaus kamienines ląsteles tyrimams ir terapijai, išvengiama embrionų panaudojimo, ir nekyla su juo susijusių etinių problemų. Be to, nėra imuninės atmetimo reakcijos pavojaus, nes naudojant to paties individo ląsteles nekyla imunologinis nesuderinamumas. Pastaruoju metu pasaulyje kuriami virkštelės kraujo bankai, kuriuose iš šio kraujo išskirtos kamieninės ląstelės gali būti saugomos ilgą laiką, o kilus re

eikalui panaudojamos gydymui. Tačiau suaugusio žmogaus kamieninių ląstelių panaudojimas turi ir trūkumų. Šių ląstelių kiekis audiniuose ribotas. Jas sunku aptikti, išskirti ir auginti laboratorijoje, o kai kurių tipų suaugusio žmogaus kamienines ląsteles išskirti iš organizmo net pavojinga, nes tai sukeltų sunkius organizmo veiklos sutrikimus, net mirtį (pvz., galvos smegenyse esančių kamieninių ląstelių išskyrimas). Dar vienas suaugusio žmogaus kamieninių ląstelių panaudojimo apribojimas – jų raidos “plastiškumo” ribotumas: jos gali diferencijuotis tik į ląstelių tipą, specifišką tam audiniui, kuriame aptinkamos.
Tuo tarpu embrioninės kamieninės ląstelės gali diferencijuotis į bet kurį ląstelių tipą, nors mokslininkai vis dar nėra tiksliai nustatę, kokie faktoriai lemia vienokią ar kitokią diferenciacijos kryptį. Didelį kiekį embrioninių kamieninių ląstelių galima išauginti laboratorijoje, tokiu būdu gaunant transplantacijai pakankamą audinio kiekį.
Požiūris į tyrimus su žmogaus embrionais ir jų teisinis reglamentavimas
Taigi, moksliniu ir medicininiu požiūriu perspektyvesnis yra embrioninių kamieninių ląstelių panaudojimas. Tačiau jis kelia nemažai etinių problemų. Išskiriant kamienines ląsteles, embrionas sunaikinamas, taigi embrioninių kamieninių ląstelių panaudojimo moralinis vertinimas tiesiogiai susijęs su embriono statuso problema. Esama keleto skirtingų požiūrių į tyrimus su žmogaus embrionais:
 Embrionas nuo pradėjimo momento turi tokią pačią teisę į gyvybę kaip ir gimęs žmogus, todėl bet kokie tyrimai su embrionais, embrionų naikinimas ar embrionų kūrimas vien tik tyrimų tikslams moraline prasme yra nepriimtinas.
 Embrionas neturi gimusiam žmogui priskiriamų teisių, tačiau vystymosi raidoje įgyja tam tikrą teisinę apsaugą (pvz., 14 d. po apvaisinimo, kada atsiranda vadinamasis pirminis vamzdelis, laikoma individo formavimosi pradžia).
Remiantis šiais požiūriais ir susiklosčiusiomis tradicijomis, įvairiose šalyse embrionų naudojimo tyrimams teisinis reglamentavimas yra skirtingas:
 Kurti embrionus (ir auginti juos iki 14 d.) tyrimų tikslams leidžiama Didžiojoje Britanijoje, Belgijoje, Pietų Korėjoje.
 Atlikti tyrimus tik su pertekliniais (po dirbtinio apvaisinimo procedūrų likusiais) embrionais leidžiama Belgijoje, Danijoje, Graikijoje, Ispanijoje, Suomijoje, Prancūzijoje, Nyderlanduose, Švedijoje, Didžiojoje Britanijoje.
 Atlikti tyrimus su importuotomis (sukurtomis užsienyje iki 2001-01-01) kamieninėmis ląstelėmis leidžiama Vokietijoje, Italijoje.
 Tyrimai su embrionais nėra leidžiami Austrijoje, Airijoje, Lenkijoje, Slovakijoje.
 Tyrimai su žmogaus embrionais nėra teisiškai reglamentuoti Kipre, Čekijos Respublikoje, Liuksemburge, Maltoje, Portugalijoje.
 Tyrimai su žmogaus embrionais, nekalbant konkrečiai apie embrionines kamienines ląsteles, reglamentuojami Estijoje, Vengrijoje, Latvijoje, Slovėnijoje.
 JAV valstybė finansuoja tyrimus su seniau (iki 2001-08-09) sukurtomis kamieninėmis ląstelėmis, kitų tyrimų su embrioninėmis kamieninėmis ląstelėmis reglamentavimas paliktas spręsti atskirų valstijų valdžiai.
 Lietuvoje su žmogaus embrionais leidžiama atlikti tik klinikinius stebėjimus (neinvazinius tyrimus). Kiti biomedicininiai tyrimai su žmogaus embrionais, taip pat jų kūrimas biomedicininių tyrimų tikslais yra draudžiami.

Etinės diskusijos dėl tyrimų su žmogaus embrionais
Visame pasaulyje karštai diskutuojama dėl tyrimų su embrioninėmis kamieninėmis ląstelėmis ir dėl jų panaudojimo gydymui galimybių. 2004 metų vasarą visame pasaulyje suaktyvėjo diskusijos dėl žmogaus embrionų klonavimo. Jas paskatino faktas, kad Didžiojoje Britanijoje buvo išduota licencija klonuoti žmogaus embrionus tyrimų tikslams. Tai daryti leista ir Pietų Korėjos mokslininkams. Iš klonuotų embrionų planuojama išgauti kamienines ląsteles, kurios bus naudojamos tyrimams, skirtiems sukurti naujus būdus gydyti tokias sunkias ir iki šiol nepagydomomis laikytas ligas kaip Alzheimerio liga, Parkinsono liga, nugaros smegenų pažeidimai, išsėtinė sklerozė, diabetas, miokardo infarktas, kraujo ligos. Tokių tyrimų atskleidžiamos galimybės žmonijai vėl iškelia vieną pagrindinių bioetikos klausimų: kas svarbiau – individo interesai ar nauda visuomenei ir mokslo pažanga? Jeigu tyrimai su embrioninėmis kamieninėmis ląstelėmis vyktų sparčiai, o jų panaudojimo gydymui galimybės būtų išnaudotos, tai atneštų naudos sunkiomis nepagydomomis ligomis sergantiems pacientams ir pasitarnautų mokslo pažangai. Tačiau tyrimų ir gydymo metu žūtų embrionai. Taigi, susikerta embriono (t. y. dar negimusios būtybės) ir visuomenės (t. y. pacientų, kuriems gali padėti nauji gydymo metodai) bei mokslo interesai.
Vyksta diskusijos ir dėl kamieninių ląstelių išskyrimo iš embrionų, likusių po dirbtinio apvaisinimo procedūrų, ir iš abortuoto vaisiaus. Tokių procedūrų pateisinimas dažniausiai grindžiamas tuo, kad abortuotas vaisius ir tie po dirbtinio apvaisinimo procedūrų likę embrionai, kurie nėra užšaldomi ir saugomi, numačius juos panaudoti kitoms dirbtinio apvaisinimo procedūroms, vis tiek neturi šansų išgyventi. Tačiau egzistuoja nuomonė, kad abortuoto vaisiaus ir perteklinių embrionų panaudojimas palaiko (ar net savotiškai skatina) abortų ir dirbtinio apvaisinimo praktiką, kuri moraliai yra nepriimtina dėl embrionų žūties.

GENOMIKA
Kokia šio metodo, metodų komplekso, esmė? Genomikos būtina sąlyga – turi būti žinoma tiriamojo genomo nukleotidų seka, turi būti sudaryta programa, pagal kurią galima būtų (robotui) rasti reikalingas veikliąsias genomo sekas (genų nurašymo bei baltymų sintezės pradžios, pasikartojančias ir kitas sekas). Genomikos pagrindą sudaro seniai gerai žinomas molekulių hibridinimo metodas: vienagrandę DNR (arba RNR, arba RNR nukopijuojant taip, kad kopija būtų DNR) papildymo (komplementacijos) būdu galima suglausti su kita vienagrande DNR arba RNR molekule. Kuo vienagrandės molekulės labiau papildo viena kitą, tuo susidaro geresnis, stipresnis dvigrandis hibridas. Sakome: sekos yra daugiau arba mažiau tapačios. Ir viskas.
Svarbiausias genomikos naujumas yra tas, kad vienu metu nustatomas šimtų tūkstančių DNR molekulių atkarpų giminingumas. Taip ištiriami (beveik) visi (kad ir žmogaus) genomo genai. Tai atliekama, regis, labai paprastai: atsitiktinės arba žinomos nukleotidų sekos molekulės užlašinamos ir pritvirtinamos ant stiklelio sudarant gardelę. Paskui ant tų lašelių dedama kita vienagrandės DNR atkarpa (žinomos arba tiriamos sekos), prie kurios yra prikabinta dažo molekulė. Kuo stipresnis susidaro hibridas – sekos labiau atitinka viena kitą, tuo labiau nusidažo dėmelė ir iš to galima spręsti apie molekulių giminingumą. Tai esmė. Tikslesnis metodo aprašymas, detalės dažniausiai yra firmos arba laboratorijos paslaptis. Visą darbą atlieka ir rezultatus įvertina automatai – robotai ir kompiuteriai.
Genomikoje naudojamų metodinių priemonių kompleksus galima skirti į dvi grupes. Viena jų – DNR mikrogardelės (angl. DNA microarrays): ant specialiai paruošto stiklelio užlašinamos DNR molekulės, dėmelės būna vos keleto šimtųjų milimetro skersmens ir tokių dėmelių ant 4 cm2 stiklelio telpa iki 10-15 tūkstančių. Tai reiškia, kad tiriama iki 10 tūkst. genų.
Kitas metodų kompleksas – DNR drožlių gardelės, arba DNR čipai (angl. DNA chips; žodis chip yra pasiskolintas iš puslaidininkių inžinerijos). DNR drožlių gardelės gaunamos, kai ant stiklelio sintetinamos neilgos – iki 20-25 nukleotidų ilgio skirtingos nukleotidų sekos DNR molekulės. Jos gali skirtis vienu, dviem ar keletu nukleotidų arba gali būti visų įmanomų sekų variantai pagal parengtą programą. Tokių drožlių galima sutalpinti ant panašaus dydžio stiklelio iki 3-5 šimtų tūkstančių ir daugiau. Šie genomikos metodų kompleksai – DNR mikrogardelės ir DNR drožlių gardelės padeda vienu tyrimu pasakyti apie visą genomą. Tereikia parengti klausimą, numatyti tyrimo ir vertinimo programą. Štai keletas pavyzdžių apie šio metodo galimybes.
Tiriant žmogaus ir kitų genomų giminingumą nustatyta, kad net 41 žmogaus genas yra beveik tapatus su senųjų bakterijų genais. Tai reiškia, kad jie yra atkeliavę iš tų laikų, kai Žemėje karaliavo senosios vienaląstės bakterijos. Žmogaus ir šimpanzės panašumas gana didelis ir ne tik išore – randama, kad tik 1,5 proc. sekų yra skirtingos, o kai kurios genų atkarpos yra tokios tapačios, kad skirtumai nėra didesni nei vienos rūšies viduje. Maži ir didesni skirtumai daugelyje genų skiria žmogaus ir šimpanzės genomus.
Štai mielių ląstelėse apie 700 genų koduoja tokios pačios funkcijos baltymus, kaip ir žarnyno lazdelė, o šioje bakterijoje net 8 proc. genų yra tapatūs su visai negiminingų bakterijų genais.
Genų veikimą nusako jų nurašymas sintetinant informacinę RNR. Tačiau mikrogardelėms naudojama ne tiesiogiai išskirta iš ląstelių RNR, bet jos DNR kopija. Jos hibridas su DNR parodo, kokie genai yra nurašomi, t.y. veikia šiuo metu, po kokio nors poveikio ar įvedus svetimus genus, ligos ar gijimo metu. Toks metodas vadinamas transkriptoma. (Pvz., nustatyta, kad bakterijas paveikus nešiojamojo telefono skleidžiamomis bangomis, bakterijų genome įsijungia 13 buvusių neveiklių genų. O kaip tos bangos veikia mūsų ausis ir ne tik jas?..)
Žmogaus genomo nukleotidų sekos nustatymo darbas baigtas 2001 metais. Rezultatai paskelbti žurnale SCIENCE vol. 259, Nr. 5507, 2001. Genomą sudaro 4 – 5 x 109 nukleotidų. Mažesnių genomų sekos nustatytos kiek anksčiau. Šiuo metu nustatyta apie 50 organizmų genomų nukleotidų sekos.

Literatūros sąrašas

1. Vytautas Rančelis „Genetika“. Lietuvos mokslų akademijos leidykla. Vilnius, 2000.
2. „Žalioji Lietuva” 2005 kovas Nr.05 (231)
3. „SCIENCE“ vol. 259, Nr. 5507, 2001.
4. Biochemijos instituto interneto svetainė http://www.bchi.lt

Leave a Comment