Rozszyfrowanie kodu genetycznego
Bogna Cekus
Jednym z odkryć, które można nazwać rewolucyjnym i mającym ogromny wpływ na życie ludzi,
było rozszyfrowanie sposobu kodowania białek przez kwas deoksyrybonukleinowy, czyli powszechnie
dzisiaj znane pod tą nazwą DNA. Otworzyło to drzwi dla gwałtownego rozwoju wielu dziedzin nauki:
biologii molekularnej, inżynierii genetycznej, medycyny czy biotechnologii. Ale o co właściwie chodzi?
Badania nad kodem genetycznym prowadzone były już od XIX wieku, kiedy to Grzegorz Mendel
zaprezentował zasadę dziedziczenia na przykładzie roślin groszku. Naukowcy zaczęli
zastanawiać się, co właściwie jest nośnikiem informacji przekazywanej z pokolenia na pokolenie i determinującej specyficzne cechy u organizmów żywych. Kilka lat po odkryciu dokonanym przez Mendla udało się po raz pierwszy wyizolować DNA z komórki (1869r.). Kolejnym krokiem było opracowanie jego struktury. Udało się to osiągnąć w 1953 roku naukowcom z uniwersytetu w Cambridge. James Watson i Francis Crick dzięki pomocy Rosalind Franklin stworzyli model podwójnej helisy. Panowie zostali nazwani „ojcami DNA” i za swoje osiągnięcie otrzymali w 1962 roku Nagrodę Nobla. Niestety pani Franklin nie została uhonorowana za swój wkład pracy, ponieważ zmarła cztery lata wcześniej.
Kluczowe doświadczenie, które doprowadziło do rozszyfrowania kodu genetycznego, zostało przeprowadzone przez Marshalla W. Nirenberg’a i Johann H. Matthaei’a 27 maja 1961 roku. W rezultacie odkryto, że triplet zasady azotowej jaką był uracyl (UUU) koduje aminokwas - fenyloalaninę. W następnych latach prowadzono dalsze badania i do 1966 roku rozszyfrowano wszystkie 64 aminokwasy. Doprowadziło to do sformułowania stwierdzenia, że DNA jest uniwersalne dla wszystkich żywych organizmów, czyli bez względu na to czy mamy do czynienia z motylem, stokrotką, rybką akwariowa czy człowiekiem, wszystkie te organizmy posiadają taki sam zestaw aminokwasów kodujących białka. Dlaczego jest to takie istotne? Dzięki temu odkryciu naukowcy mogli poznać mechanizm kodowania białek przez aminokwasy, a następnie modyfikować istotne fragmenty DNA. Otwiera to drzwi dla inżynierii genetycznej i biotechnologii. Możliwe stało się wycięcie jakiejś części materiału genetycznego, powielenie jej lub zastąpienie nową pochodzącą z innego organizmu. Tak właśnie powstają tak zwane GMO czyli organizmy modyfikowane genetycznie. Pozwoliło to na przykład na stworzenie nowych odmian znanych już gatunków zwierząt zdolnych do produkowania substancji wykorzystywanych do leczenia wielu chorób, których produkcja w warunkach laboratoryjnych była bardzo skomplikowana i kosztowna. Doskonałym przykładem może tutaj być bakteria jaką jest pałeczka okrężnicy. Wszczepia się do jej materiału genetycznego gen ludzkiej insuliny i substancja ta jest produkowana przez ten organizm. Następnie insulinę oczyszcza się i wykorzystuje do produkcji leków dla osób chorych na cukrzycę. Metoda ta obecnie wykorzystywana jest na skalę przemysłowa, gdyż jest najtańsza i najbardziej wydajna. Dzięki temu chorzy mają łatwy dostęp do leków niezbędnych do ich normalnego życia. Istnieje jeszcze wiele tego typu przykładów, które znacznie ułatwiły życie pacjentom cierpiącym na choroby, na które leki w przeszłości były bardzo drogie lub trudne do wyprodukowania.
Rozszyfrowanie genów składających się na nasz materiał genetyczny zapoczątkowało również rozpoczęcie wielu projektów badawczych. Jednym z nich jest Human Genome Project – Projekt poznania ludzkiego genomu. Rozpoczęty w 1990 roku, zaplanowany był na 15 lat. Jednak zakończył się sukcesem już po 13 latach. Celem projektu było poznanie całości genomu człowieka, co dałoby możliwość ustalenia położenia różnych genów, miedzy innymi tych odpowiedzialnych za choroby lub zaburzenia w funkcjonowaniu organizmu. Nad tym wielkim przedsięwzięciem pracowało wielu naukowców z całego świata. Cała koncepcja projektu oparta była na współpracy międzynarodowej, a rezultaty zostały opublikowane tak, aby każda osoba zainteresowana wynikami miała do nich darmowy dostęp. Otwiera to ogromne możliwości dla medycyny spersonalizowanej. Lekarze mogą pobrać próbkę DNA od pacjenta i przeanalizować ją pod względem potencjalnego ryzyka zapadalności na daną chorobę czy reakcji na leki. W znacznym stopniu zwiększa to efektywność diagnostyki i procesu leczenia, co w wielu przypadkach decyduje o życiu lub śmierci chorego.
Uważam, że rozszyfrowanie kodu genetycznego miało kluczowy wpływ na rozwój wielu nauk związanych z biologią i medycyną, a co za tym idzie z rozwojem społeczeństw na całym świecie. Dzięki zastosowaniu wiedzy uzyskanej w wyniku eksperymentu z 1961 roku nauka mogła pomóc ludziom na całym świecie. Przyczyniono się do zredukowania głodu na świecie, rozwinięto diagnostykę chorób, transplantologię, stworzono możliwości produkcji leków jak również obniżono jej koszty. Dano ludziom szansę na dłuższe życie.
Oczywiście z ingerowaniem w materiał genetyczny wiąże się wiele kontrowersji, nie można jednak zapomnieć o ogromnej ilości pozytywnych skutków jakie niesie za sobą ten proces.
Tabela kodu genetycznego
Marshall Warren Nirenberg (po prawej) oraz Johann Heinrich Matthaei
Ciekawe filmy:
https://www.youtube.com/watch?v=N0QZDOcqyO4
https://www.youtube.com/watch?v=MvuYATh7Y74
https://www.youtube.com/watch?v=aeAL6xThfL8
https://www.youtube.com/watch?v=AhsIF-cmoQQ
Bibliografia
Gabryelska, Marta M., and Jan Barciszewski. "Odyseja 1961: 50 lat kodu genetycznego." nauka 3 (2011).
Anioł, Andrzej, Stefan Pruszyński, and Tomasz Twardowski. Zielona biotechnologia-korzyści i obawy. Polska Federacja Biotechnologii, 2004.
