Razvoj biotehnologije omogućio je pristup genetičkoj informaciji zapisanoj u ljudskim kromosomima i otvorio put novom razdoblju biologije čovjeka. Uz nesumnjiv doprinos medicini i razumijevanju osnovnih životnih procesa, ovaj napredak otvara i niz pitanja.

U travnju ove godine veliku pozornost najšire javnosti izazvala je vijest da je pročitan cjelokupni genetički zapis čovjeka (Homo sapiens) - najsloženije od oko šest milijuna različitih vrsta koje danas žive na Zemlji. Iako je taj istraživački pothvat (s pravom) odmah uvršten među najznačajnije znanstvene domete u povijesti, postoje mnoge nedoumice o tome što je to stvarno "pročitano", kao i o tome kako će poznavanja genetičkog zapisa pomoći boljem razumijevanju biologije čovjeka. I konačno, hoće li se, kada i na koji način rezultati ovih istraživanja odraziti i u svakodnevnom životu nas i naših potomaka?

Uloga proteina u stanici

Da bismo barem djelomično odgovorili na neka od ovih pitanja moramo se upoznati s osnovnim osobinama dvaju tipova makromolekula odgovornih za postojanje života kakav danas poznajemo - proteina i deoksiribonukleinske kiseline (skraćeno DNA, od engleskog naziva deoxyribonucleic acid). Proteini su najsloženije od svih makromolekula i obavljaju najraznovrsnije uloge u stanici. Građeni su od dvadeset različitih aminokiselina, koje predstavljaju osnovne podjedinice međusobno povezane tzv. peptidnim vezom. Povezati se može od nekoliko do više tisuća aminokiselina, a zamjena, umetanje ili izostavljanje jedne jedine aminokiseline može bitno promijeniti konačni oblik, pa time i biološku aktivnost proteina. Dodatna složenost postiže se naknadnim kemijskim promjenama pojedinih aminokiselina, a neki proteini svoju biološku aktivnost postižu tek ako se u stanici povežu s drugim molekulama, uključujući i druge proteine. Mogućnost stvaranja ogromnog broja trodimenzionalnih struktura dovela je do toga da su upravo proteini odgovorni za najsloženije procese u stanici. Tako su proteini koje nazivamo enzimi neophodni za odvijanje svih kemijskih reakcija razgradnje i sinteze različitih molekula odnosno za odvijanje cjelokupnog metabolizma. Drugi tip proteina sudjeluje u izgradnji i organizaciji same stanice, a treći je odgovoran za koordinaciju i regulaciju staničnih procesa, kao i za komunikaciju između stanice i njene neposredne okoline. Proteini također stvaraju i prenose živčane impulse, omogućavaju kretanje, imunološki odgovor... Prema tome, poznavanje građe i uloge proteina ključno je za razumijevanje svih staničnih procesa.

DNA je nasljedni materijal

Sve do pedesetih godina bilo je rašireno mišljenje da proteini, kao najsloženije biološke makromolekule, sadrže i uputu za vlastitu sintezu i da takvu sažetu uputu mogu prenositi u stanice kćeri odnosno na vlastito potomstvo. Tek su brižljivo provedeni biokemijski i genetički eksperimenti pokazali da tu važnu ulogu materijalne osnove nasljeđivanja ima drugi tip makromolekula - DNA. Molekula DNA sadrži dva dugačka lanca u kojima se naizmjenično pojavljuju fosfat i šećer deoksiriboza. Svaka šećerna podjedinica veže i jednu od četiri dušikove baze - adenin (A), gvanin (G), citozin (C) ili timin (T). Te su baze odgovorne za međusobno povezivanje dvaju lanaca, ali tako da se uvijek povezuju A i T odnosno C i G. Drugim riječima, redoslijed baza u jednom lancu potpuno je ovisan o slijedu baza u drugom, komplementarnom lancu. Ovo svojstvo vrlo je važno prilikom prijenosa genetičkog materijala u stanice kćeri, od kojih svaka mora dobiti istovjetan genetički program. Naime, prije nego se stanica podijeli, komplementarni se lanci odvajaju i služe kao kalupi za sintezu dvolančane DNA u kojoj će opet nasuprot G biti C, a nasuprot A uvijek C. Tako će nastati dvije identične molekule DNA, s jednakim genetičkim programom, od kojih će svaka otići u drugu stanicu kćer. Različite molekule DNA, za razliku od proteina, imaju u prostoru uvijek jednak oblik i nalikuju na vrlo dugačku spiralu, koja se mora savijati kako bi stala u stanicu. Svaka ljudska stanica u jezgri sadrži DNA ukupne dužine veće od dva metra, gusto zbijenu i podijeljenu u 46 kromosoma. Ispravnije bi bilo reći da se radi o 23 para kromosoma, od kojih jedna "garnitura" s više od tri milijarde poredanih baza potječe od oca a druga od majke, čineći zajedno cjelokupni ljudski genom.

DNA određuje građu proteina

Informacija za sintezu proteina ne ovisi o obliku koji će molekula DNA zauzeti u prostoru, nego samo o redoslijedu baza u jednom od komplementarnih lanaca ("kodirajući" lanac). Na koji način mogu četiri baze određivati redoslijed dvadeset aminokiselina? Istraživanja provedena šezdesetih godina pokazala su da se baze ne čitaju jedna po jedna, nego da tek specifična kombinacija od tri baze ("triplet" ili "kodon") određuje pojedinu aminokiselinu u proteinu. Otkrivanjem veze između pojedinih tripleta i odgovarajućih aminokiselina otkrivena je tajna genetičke upute, šifre ili koda, koja vrijedi za sva živa bića. Svaki gen predstavlja točno određeni odsječak DNA koji ima svoj početak i kraj i koji će u slijedu složenih staničnih procesa poslužiti za sintezu točno određenog proteina tako da će prve tri baze odrediti prvu aminokiselinu, druge tri drugu, treće tri treću i tako do kraja. Ako dođe do mutacije odnosno promjene u redoslijedu baza u DNA, doći će i do promjena u redoslijedu aminokiselina u odgovarajućem proteinu, što može bitno utjecati na njegovu biološku aktivnost. Nedostatak ili promjena jednog jedinog proteina može dovesti do velikih poremećaja u funkcioniranju pa i do smrti stanice ili cijelog organizma. Smatra se da je za više od pet tisuća različitih bolesti, uključujući i različite oblike raka, odgovoran nedostatak ili promjena u nekom od proteina koje sintetizira ljudska stanica.

Sekvencioniranje ljudskog genoma

Tek je u drugoj polovici sedamdesetih godina postalo tehnički moguće odrediti slijed (sekvenciju) baza u nekim jednostavnijim genima, kao što su, na primjer, geni bakterija. Određivanje slijeda (sekvencioniranje) nekog ljudskog gena bilo je tada još spojeno s nepremostivim preprekama, a sekvencioniranje cjelokupnog genoma činilo se kao pokušaj da se dječjom lopaticom prokopa Sueski kanal! Napori da se pronađu novi postupci za određivanje slijeda baza nisu dali značajnije rezultate, ali je stalno usavršavanje postojećih ipak dovelo do toga da je s vremenom sekvencioniranje postalo brže, jednostavnije, točnije i jeftinije. Sekvencioniranje ljudskog genoma počinjalo je dobivati obrise dalekog, ali ostvarivog cilja. Krajem osamdesetih godina pokrenuta je međunarodna inicijativa koja je udružila veliki broj znanstvenika iz najrazvijenijih zemalja, kako bi se tom projektu pristupilo organizirano i sistematski. Premda su rezultati pritjecali i brže nego se očekivalo, situacija se dodatno "zagrijala" kada je jedna mala, novoosnovana kompanija najavila da će sama završiti sekvenciju prije početka 2001. godine. Koristeći tradicionalni postupak, ali uz pomoć robota, automatizacije i vrhunske informatičke podrške, uspjeli su obećano izvršiti i prije zadanog roka! Ovakav filmski rasplet na prelasku u novo tisućljeće pobudio je dodatni optimizam i pomalo potisnuo u drugi plan rasprave o stvarnom značenju dobivenih rezultata.

Naime, genetička uputa ljudske vrste ipak još nije potpuno poznata, jer je ostalo oko 5% DNA kojoj se iz različitih razloga još nije odredio slijed baza, ali to ne umanjuje značaj postignutog. Puno ozbiljniji problemi otvaraju se kada se dugi monotoni nizovi sastavljeni od četiri slova nastoje prevesti u slijedove aminokiselina i kada se tako određenim proteinima zatim želi odrediti uloga u stanici. Naši se geni, naime, nalaze razbacani po kromosomima i čine samo oko 3% cjelokupnog genetičkog materijala, a svaki gen sastoji se od više komadića koje treba ispravno povezati. Zbog toga se, na primjer, za sada ne može odrediti niti ukupan broj gena u stanici (ima ih najvjerojatnije 50-70 tisuća). Ne smijemo zaboraviti da iz jedne jedine stanice nastale oplodnjom potječu sve stanice našeg organizma, pa prema tome imaju jednak genetički materijal. Koji procesi (i proteini) određuju da se neki gen "uključi", primjerice, u stanici mozga a "isključi" u mišićnoj stanici? Slikovito rečeno, premda u rukama imamo knjigu sa (skoro) cijelim genetičkim programom čovjeka, ta je knjiga napisana na jeziku koji još vrlo slabo poznajemo.

Novo doba biologije čovjeka

Međutim, upravo će nam poznavanje genetičkog zapisa pomoći da znatno brže i jednostavnije izoliramo i karakteriziramo pojedine gene i proteine za koje oni kodiraju i odredimo njihovu ulogu. Posljedice "novog doba" koje je nastupilo u istraživanjima biologije čovjeka najprije će se osjetiti u medicini. Genetičke karte pomoći će nam u otkrivanju nasljednih poremećaja, sprječavanju nastanka bolesti i u njihovu liječenju. Posebna pažnja posvećuje se razvijanju postupaka "genske terapije" gdje se nedostatak uzrokovan mutacijom u nekom genu nastoji ispraviti unošenjem ispravnog gena. Razumijevanje molekularne prirode različitih bolesti, uključujući rak, omogućit će razvoj novih lijekova, bržu dijagnostiku i terapiju koja će odgovarati našoj genetičkoj konstituciji.

Nema sumnje da su otvorene nove mogućnosti da se živi duže i kvalitetnije. Hoće li te mogućnosti biti dostupne svima ili samo odabranima? Jesu li moguće zloupotrebe poznavanja genetičkog programa i načina na koji se taj program ostvaruje? Na primjer, hoće li osiguravajuća društva ili poslodavci moći zahtijevati uvid u genetički zapis pojedinca i na taj način ograničavati njegovu slobodu i mogućnosti? Želimo li se upustiti u ciljano mijenjanje nasljednih osobina naših potomaka i s kojim ciljem? Sasvim je sigurno da vrtoglavi razvoj znanosti i tehnologije otvara cijeli niz pitanja s kojima se dosad nismo mogli sresti i postavlja pred nas veliku odgovornost da se ta moć koristi na dobrobit cijelog čovječanstva.