Genomul uman – cercetari recente

Genomul reprezinta ansamblul particularitatilor ereditare ale unui individ sau ale unei specii, transmise prin molecula de ADN (acid dezoxiribonucleic), continuta de nucleul celular. Structura standard a ADN-ului este de “dublu helix”, adica de scara perfect rasucita, cu doua lanturi organice pe margine, conexate prin “treptele” legaturilor de hidrogen. Descoperirea si descrierea ADN-ului s-a facut in mai multe etape, incepand cu anul 1869, cand biologul elvetian Johann Friedrich Miescher a identificat in nucleul celulei o substanta bogata in fosfor, pe care a numit-o nucleina, continuand cu Richard Altmann, profesor de anatomie la Universitatea din Leipzig, care a reusit sa separe necleina in proteine si acid nucleic, acesta din urma fiind numit, mai tarziu, ADN. In 1944, medicul american  Oswald Avery demonstreaza ca ADN-ul este suportul ereditatii, dar abia in 1952, acest fapt este acceptat ca fiind adevarat stiintific, pe baza experimentelor lui Alfred Hershey, genetician american, facute pe un bacteriofag (un virus capabil sa distruga bacteriile).

Intr-o reprezentare simbolica, genomul uman este asemenea unei enciclopedii, ale carei volume ar corespunde cromozomilor, iar genele ar fi similare frazelor care transmit informatia. Omul poseda 46 de cromozomi, repartizati in 23 de perechi, 22 de autozomi si o pereche de cromozomi sexuali (gonozomi, X si Y). Barbatii au un cromozom X si un cromozom Y, iar femeile, doi cromozomi X. Numarul genelor din genomul uman se situeaza intre 25 000 – 30 000. Fiecare celula umana contine aproximativ doi metri de ADN, corespunzand la circa sase miliarde de perechi de nucleotide (componente indispensabile celulelor vii, care exista sub forma de acizi nucleici sau fosfati). Cele mai multe dintre caracterele umane, precum culoarea pielii, inaltimea, depind de un numar foarte mare de gene, iar altele nu depind decat de una singura (ca in cazul ochilor de alta culoare decat cei albastri, pistruii, gropitele din obraji, forma parului in partea superioara a fruntii etc.).

Genomul uman din perspectiva cercetarilor din anii 2000

In anul 2000, oameni de stiinta din 18 tari au pus bazele unui consortiu international, numit “Human Genome Project”, care avea ca scop secventierea/decriptarea completa a genomului uman, adica a celor peste trei miliarde de nucleotide. Daca s-ar asocia o nucleotida unui caracter, atunci continutul ADN-ului nostru ar umple 200 de carti a cate 500 de pagini fiecare. Insa miliardele de nucleotide formeaza gene numai cand se combina intr-un anume fel, codand proteinele. Dificultatea cercetarii rezida in identificarea acelor secvente care poarta informatia genetica. Primul rezultat notabil a fost anuntat in 2003, fiind vorba de o secventiere cvasi-completa a genomului uman, cu o precizie de 99,99%, mai exact era vorba de decriptarea a 93% din genomul uman, adica a aproximativ 2,7 miliarde de nucleotide, iar in 2007, s-a reusit secventierea totala, evident cu costuri enorme. Conform protocoalelor incheiate intre tarile participante, rezultatele la care au ajuns specialistii au fost depuse in domeniul public, pentru liberul acces la acestea, a tuturor oamenilor de stiinta, pe site-ul Genbank.

In 2012, compania engleza Oxford Nanopore Technologies a anuntat ca a reusit realizarea unui aparat – MinION – care poate face secventierea completa a genomul uman, in numai 15 minute (la pretul de o mie de euro), pe baza unei proceduri care presupune trecerea de lantului de ADN printr-un Genoscop, care sa determine furnizarea unui semnal specific din partea fiecarei nucleotide. In 2010, Human Genome Project putea realiza o secventiere completa in aproximativ doua saptamani, cu un cost de 20 000-30 000 de euro.

Cartografierea genomului uman poate sa ajute la progresul medicinei si, implicit, la gasirea unor metode de diagnosticare si de tratament superioare celor actuale:

• Prin analiza genetica se va putea evalua, cu mai mare precizie, riscul aparitiei unor boli precum cancerul, diabetul, hemofilia etc.
• Se vor putea corecta anomaliile genetice, prin inlocuirea unei gene defectuoase cu una sanatoasa;
• Prin diagnostic genetic, un cuplu va putea evita transmiterea unei boli ereditare copilului;
• Se vor gasi tratamente adaptate la patrimoniul genetic al fiecarui individ;
• Se va putea determina, cu exactitate, sensibilitatea la anumite medicamente.

Avand in vedere posibilitatile practic nelimitate pe care le ofera studiul genomului uman, una dintre marile preocupari ale specialistilor, dar si ale autoritatilor, este legata de dimensiunea etica a utilizarii rezultatelor. Codul proprietatii intelectuale prevede ca organismul uman, ca si cunoasterea structurii totale sau partiale a unei gene umane nu pot face obiectul unui brevet. Brevetabile sunt reconstructiile, pe cale tehnica, ale unor secvente dintr-o gena, descoperirea structurii chimice, care poate fi folosita pentru obtinerea de medicamente. De exemplu, in 1991, s-a obtinut un brevet european pentru un fragment de ADN codant – Relaxina H2 – secretata de femeile insarcinate, pe baza careia se poate obtine un medicament pentru atenuarea contractiilor.

Terapia genica

Terapia genica, aflata deocamdata la inceput de drum, este o metoda de tratament care consta in introducerea, in celula bolnava, a unor gene care sa stimuleze functionarea corecta a organelor afectate, prin modificarea comportamentului celular. In 2000, in acest fel, mai multi bebelusi au fost salvati de un deficit imunitar, iar medicii spera ca foarte curand sa aiba solutii sigure pentru tratarea fibrozei chistice, a distrofiei musculare, a hemofiliei etc.

Terapia genica pentru nevazatori

In 2007, un grup de medici americani au pus la punct o metoda de tratament a unor maladii oculare, care are drept efect orbirea, cu cauza genetica, utilizand ADN-ul, mai exact creand o gena functionala capabila sa inlocuiasca gena defectuoasa din retina. Cu ajutorul unui ac, atasat unei seringi, si a unei mici sonde luminoase, gena sanatoasa este injectata si patrunde in nucleul celulei, in interiorul caruia incepe sa produca enzimele necesare pentru o vedere normala.

Sanse mari pentru tratarea bolii Parkinson

Chiar daca terapia genica vizeaza, mai ales, bolile ereditare, exista mari sanse ca deficitul de dopamina, responsabil de boala Parkinson, sa fie reechilibrat prin introducerea a trei gene in striatum, parte a creierului atinsa de aceasta maladie, pentru a ajuta la biosinteza moleculei de dopamina.

Terapia genica impotriva cancerului

Cercetatorii americani au facut cateva tratamente experimentale, pe un grup de 30 de persoane bolnave de cancer al limbii, al gatului, al laringelui si al esofagului, cu rezultate foarte incurajatoare. Au utilizat un virus modificat genetic, asociat chimioterapiei, obsevandu-se o reducere a tumorilor cu 83%. Virusul folosit se numeste ONYX-015 si tratamentul este posibil pentru ca celulele canceroase, avand o gena “dereglata”, aceasta a fost, cu usurinta, recunoscuta de virus.

Terapia genica in sprijinul diabeticilor

Cativa medici israelieni au avut ideea de a “trezi” gena reglatoare a insulinei in celule care nu au, in mod obisnuit, aceasta functie. Fiecare celula a corpului contine toate genele, de aceea are potentialul de a deveni celula a ficatului, a sangelui, a sistemului nervos sau a oricarui alt organ. In cursul dezvoltarii insa, celulele se specializeaza, iar genele neutilizate sunt inhibate. Tentativa doctorilor israelieni consta in a mobiliza gena insulinei in celula ficatului, functie rezervata, in mod normal, pancreasului.

Pacienti cu hemofilie au fost vindecati prin terapie genica

Hemofilia este o boala hemoragica ereditara cauzata de un deficit al factorului de coagulare si, in unele cazuri (hemoragii cerebrale, obstructia cailor respiratorii etc.) poate fi fatala. Terapia genica pare a fi solutia ideala pentru vindecarea acestei afectiuni, pentru ca boala este provocata de o singura gena. Principiul terapiei consta in introducerea in celulele organismului a genei necesare, prin intermediul unui vector (de exemplu, un virus inofensiv). Daca vectorul poate integra suficiente celule, fara a determina aparitia anticorpilor, atunci pacientul va constata ameliorarea vizibila a bolii sale.

Terapia genica – o solutie pentru tratamentul leucemiei

Dupa ani de cercetari, un grup de medici din Pennsylvania (SUA) au reusit sa vindece doi pacienti de leucemie, cu propriile limfocite T, modificate genetic, puse in contact cu cu un virus Sida inactivat, purtator al unei gene codante. Rezultatele au fost spectaculoase – in numai douazeci de zile, celulele canceroase au inceput sa fie distruse (ceea ce, initial, a provocat pacientilor febra, greata si diaree), dupa care semnele leucemiei au disparut. Dupa inca o saptamana, ganglionii s-au retras.

Producerea de celule sanatoase pentru a le inlocui pe cele bolnave, corectarea mutatiilor genetice, tratamente revolutionare – toate incep sa devina posibile prin intermediul terapiei genice, rezultat al progreselor uriase facute de specialisti in cercetarea genomului uman.