50 idei, które powinieneś znać. GENETYKA. Mark Henderson

jest podwójnym laureatem w dziedzinie chemii, a Linus Pauling otrzymał nagrodę z chemii i pokojową. Także nagrody w fizjologii i medycynie zostały zdominowane przez genetykę, zwłaszcza gdy nauka ta znacznie przyspieszyła po 1950 roku. Listę laureatów czyta się, jak „kto jest kim” w historii genetyki: Morgan, Muller, Beadle, Tatum, Crick, Watson, Wilkins, Nirenberg, Monod, Smith, Baltimore i Cohen.

      Jeśli pierwszy fragment, długości tylko jednej zasady, miał na końcu tymidynę, pierwszą literą, będzie T. Jeśli fragment o długości dwóch zasad na końcu miał cytozynę, sekwencję można odczytać jako TC. W ten sam sposób odczytuje się każdy fragment, aż wszystkie miejsca w sekwencji zostaną wypełnione przez litery.

      System ten, zwany sekwencjonowaniem metodą terminacji łańcucha, był znacznie szybszy niż inne. Był wydajny, wiarygodny i bezpieczny – inne nowe techniki wynalezione mniej więcej w tym samym czasie wykorzystywały więcej radioaktywności i toksycznych związków chemicznych. Szybko stał się najchętniej wybieraną metodą odczytywania genów.

      Na początku wszystko robiono ręcznie. Gdy Sanger odczytywał genom bakteriofaga zwanego Phi-X174 – pierwszego całkowicie zsekwencjonowanego organizmu opartego na DNA – liczył zasady jedna po drugiej na fragmencie żelu. Proces ten oczywiście był czasochłonny i kosztowny, ale nadawał się do automatyzacji. W 1986 roku Leroy Hood z California Institute of Technology wynalazł pierwszą maszynę do sekwencjonownia DNA. Zamiast stosowania znaczników radioaktywnych Hoode wyznakował zasady czterema barwnikami fluorescencyjnymi, które świecą, gdy padnie na nie światło lasera. Każdy znacznik świetlny jest następnie odczytywany przez komputer, który stale odtwarza sekwencję. Dlatego technicy nie muszą oglądać klisz. Maszyny produkowane przez Applied Biosystems, przedsiębiorstwo, które skomercjalizowało wynalazek Hooda, wykorzystano do sekwencjonowania genomu człowieka.

      Polowanie na geny Nowe techniki sekwencjonowania znacznie uprościły odczytywanie liter tworzących większe geny. Poszukiwanie genów pozostało jednak trudne. Naukowcy najpierw oczyszczają białko takie jak insulina z komórek, następnie odczytują jego sekwencję aminokwasową i wszystkie możliwe kombinacje trypletów DNA, na podstawie których można napisać instrukcję genetyczną. Proces mógł trwać wiele miesięcy.

      Na podstawie takich przypuszczalnych sekwencji DNA można stworzyć „sondę DNA” do przeszukiwania chromosomów, dzięki wykorzystaniu ich właściwości odkrytej przez Cricka i Watsona. Pojedyncze nici DNA będą wiązać inne pojedyncze nici utworzone z zasad komplementarnych– sekwencja ACGT będzie łączyć się z TGCA. Sondę DNA niosącą fragment sekwencji genu kandydata można wyznakować radioaktywnie, a następnie wymieszać z materiałem genetycznym z chromosomów. Jeśli do czegoś się przyłączy, to prawdopodobnie była prawdziwym genem, który następnie można wyizolować, odczytać i określić jego pozycję na chromosomie.

      Pierwszy projekt genomu człowieka:

      DNA mitochondrialny

      Genom człowieka ma długość trzech miliardów zasad i odczytanie go przekraczało możliwości narzędzi do sekwencjonowania, którymi dysponował Sanger pod koniec lat 70. XX wieku. To jednak nie powstrzymało go od zajęcia się bardziej ograniczonym projektem genomu człowieka. Podczas gdy większość ludzkiego DNA znajduje się na chromosomach w jądrze komórkowym, drobna ilość znajduje się w strukturach odpowiedzialnych za wytwarzanie energii, zwanych mitochondriami. Zespół Sangera zajął się sekwencjonowaniem tego mniejszego i łatwiejszego w obróbce kawałka naszej informacji genetycznej – i w 1981 roku opublikował szczegóły jego 16 569 zasad i 37 genów.

      Mitochondria mogą być małe, ale nie są nieistotne. Defekty w genach mitochondrialnych mogą powodować choroby, a naukowcy badają obecnie, w jaki sposób przenosić je między komórkami jajowymi, aby zapobiec dziedziczeniu tych schorzeń. Ponieważ mitochondria są przekazywane w linii matczynej w zasadzie bez zmian, DNA, który zawierają, jest także użyteczny w badaniach ewolucyjnych i genealogicznych.

      Do końca lat 80. XX wieku w ten sposób odkryto, a następnie zsekwencjonowano prawie 2000 genów. Jednym z nich była erytropoetyna – białko zwiększające wytwarzanie czerwonych krwinek. Gdy firma Amegen stworzyła jego zrekombinowaną wersję, stało się głównym lekiem, który odmienił leczenie anemii. Ale oprócz dużego zainteresowania przemysłu farmaceutycznego, któremu wydawało się, że na wyciagnięcie ręki leżą duże pieniądze, postęp odkryć był powolny.

      Uległo to zmianie znienacka na początku lat 90. XX wieku dzięki nowej technice polowania na geny wymyślonej przez Craiga Ventera, kalifornijskiego surfera, który zainteresował się biologią dopiero, gdy pracował jako sanitariusz w Wietniamie. Zdał sobie sprawę, że przez sekwencjonowanie małych fragmentów DNA, o których wiemy, że są kopiowane na mRNA – związek, na podstawie którego tworzone są białka – możliwe jest tworzenie znaczników ekspresji (expressed sequence tags, EST), za pomocą których można łowić całe geny z chromosomowego DNA. Uzbrojone w tę metodę, jego laboratorium wkrótce odkrywało 60 nowych genów każdego dnia. Genom zaczął ujawniać swoje tajemnice.

      MYŚL W PIGUŁCE

      Geny można wyizolować i odczytać