genom
Čovjek je oduvijek težio da otkrije tajne svemira koristeći se raznim naučnim disciplinama. Ta znatiželja da sazna i razumije sve što ga okružuje pa i samog sebe, dovela je do toga da uloži velike napore da to ostvari.

Zasigurno jedna od prvih stvari koja ga je zanimala je bila da upozna svoje tijelo – kako funkcioniše, po čemu se razlikuje jedna individua od druge, zašto nasljeđujemo fizičke i psihološke osobine svojih roditelja, i zašto su neki ljudi skloniji da dobiju neku bolest nego drugi.

Odgovor na ta pitanja je automatski značio i razvoj današnje genetike, a začetnik moderne genetike, sredinom 19-tog vijeka je bio Gregor Mendel.

Međutim, prvi pravi pomak nam je omogućio razvoj tehnologije sredinom 20-tog vijeka, kada su mnoge teorije i eksperimenti mogli konačno biti stvarno provjereni i validirani.

U nastavku članka možete vidjeti hronologiju najbitnijih događaja koji su obilježili 20. vijek.

Gregor Mendel

1865

Gregor Mendel, otac moderne genetike, objavljuje svoj rad o eksperimentima na hibridizaciji biljaka.

Naime, u svom manastirskom vrtu u periodu od 1856-1863 godine, on je ukrštavao biljke graha različite boje, visine, oblika. Nakon što je izvršio ukrštavanje graha žute i zelene boje, dobio je grah žute boje. Međutim, „slijedeća generacija“ nakon toga je bila ¾ žute, a ¼ zelene boje. Njegovo istraživanje je pokazalo da ono što danas nazivamo genima, određuje naše osobine na predvidljiv način.

Friedrich Miescher

1869

Friedrich Miescher u staničnoj jezgri identificira „nuklein“, DNK sa pripadajućim proteinima

Na univerzitetu Tubingen, istraživajući bijela krvna zrnca, uspio je izolovati novu molekulu iz stanične jezgre i nazvao je nuklein. Nuklein je sadržavao hidrogen, oksigen i jedinstven omjer  fosfora i nitrogena. Iako je tokom cijelog svog života nastavio istraživati nuklein, on i ostali istraživači u tom vremenu su smatrali da su proteini molekule preko kojih se prenose osobine sa roditelja na djecu. Važnost nukleina (DNK) je ostala nepoznata još mnogo godina poslije toga.

Photograph 51

1952

Rosalind Franklin pokazuje zavojiti oblik DNK-a praveći sliku „Photograph 51“

Rođena u Londonu 1920, nakon diplomiranja na Cambridge-u proučavala je tehnike X-zraka u Parizu. Već slijedeće godine, odlazi u London gdje sa ljekarom i molekularnim biologom Maurice Wilkinsom koristi rendgensku kristalografiju za proučavanje DNK. Koristeći ovu tehniku uspjela je napraviti fotografiju na kojoj se prvi put jasno moglo vidjeti kako izgleda DNK.

James Watson i Francis Crick

1953

James Watson i Francis Crick otkrivaju dvostruku zavojnicu DNK-a

Njih dvojica su modelirali strukturu DNK, a to je dvostruka zavojnica sa šećerima i fosfatima koji tvore vanjski dio lanca zavojnice i baza koje su okrenute prema centru. Hidrogenske veze spajaju baze tako što uparuju A-T i C-G, i dva lanca zavojnice su paralelni, ali okrenuti u suprotnim smjerovima. Njihove bilješke direktno ukazuju na mogućnost postojanja mehanizma za kopiranje genetskog materijala.

Marshall Nirnberg

1961

Marshall Nirnberg „razbija“ genetski kod za proteinsku sintezu

Identificiranje tzv. „UUU“ ( tri baze U- uracila u redu) kao RNK koda za fenilalanin je bio prvo uspijeh. U narednim godinama, Nirnbergov tim je dekodirao 60 mRNK kodona za svaku od 20 aminokiselina. Nirnberg je dobitnik Nobelove nagrade 1968. godine za doprinos u „razbijanju“ genetskog koda i razumijevanja proteinske sinteze.

Frederick Sanger

1977

Frederick Sanger razvija brzu metodu sekvenciranja DNK-a

Da bi odredio redoslijed baza u lancu DNK, Frederick Sanger je razvio klasičnu tehniku brzog sekvenciranja DNK-a, koja je danas poznata kao Sangerova metoda. On je također dobitnik Nobelove nagrade za hemiju za svoj doprinos u razvijanju metoda sekvenciranja DNK-a.

Huntingtonova bolest

1983

Mapirana prva genetska bolest, Huntingtonova bolest

Ova bolest uzrokuje umiranje specifičnih neurona u mozgu, što dovodi do nekontrolisanih pokreta, ukočenosti tijela te senilnost. Simptomi se javljaju u srednjem dobu, te se pogoršavaju. Lokacija HD gena, čija mutacija uzrokuje Huntingtonovu bolest, je mapirana na hromosom 4, čime je ovo postao prvi gen vezan za bolest koji je mapiran. U konačnici ovaj gen je izolovan 1993. godine.

PCR

1983

Izum tehnike „Lančana sinteza polimerazom (PCR)“  za umnožavanje fragmenta DNK

PCR tehnika je relativno jednostavno i jeftino rješenje za naglašavanje ili pravljenje milijardi kopija fragmenta DNK-a, i smatra se jednim od najvažnijih otkrića u molekularnoj biologiji. Danas, ova tehnika se koristi svakodnevno za dijagnozu raznih bolesti, identifikaciju bakterija i virusa. Dokaz toga koliko je ovaj izum revolucionirao proučavanje DNK je to da je Dr. Kary Mullis nagrađen Nobelovom nagradom za hemiju 1993. godine.

CFTR

1989

Otkrivena Mutacija gena cistične fibroze

Cistična fibroza (CF), bolest opasna po život, uzrokuje stvaranje jakog i ljepljivog tzv. mukusa u plućima, probavnom traktu, pankreasu, te ostalim organima. Početkom 1980-ih mnoge laboratorije su pokušale identificirati gen koji uzrokuje ovu bolest. Tek juna 1989., naučnici su otkrili malu DNK mutaciju kod 70% pacijenata oboljelih od ove bolesti, dok kod zdravih osoba ta mutacija nije postojala. Otkriće CFTR gena je do danas najvažnije otkriće u istraživanju ove bolesti.

BRCA1

1990

Prvi dokazi o postojanju BRCA1 gena

BRCA1 (BReast CAncer gene 1 – Gen 1. raka dojke) je vrsta gena koji u osnovi stvara protein koji spriječava nekonstrolisani rast i diobu ćelija. Međutim, određene varijacije ovog gena mogu poremetiti njegovu normalnu funkciju, što dovodi do nasljednog rizika od raka. Gen je naposlijetku izoliran 1994. godine, a već danas istraživači su identificirali više od 1000 mutacija BRCA1 gena.

HGP

1990

Human Genome Project – Projekat dekodiranja ljudskog genoma

Početkom 1984. godine, ministarstvo energije SAD-a (DOE), Nacionalni zdravstveni instituti (NIH), te internacionalne grupe su održale sastanak  o proučavanju ljudskog genoma. Godine 1990-te, NIH i DOE su objavili plan za prvih 5 godina, od ukupno 15 predviđenih godina za ovaj projekat. Cilj projekta je bio razvijanje tehnologije za analiziranje DNK, mapiranje i dekodiranje ljudskih, mišjih te genoma voća, itd.

Human Genome Project

Projekat ljudskog genoma je zasigurno prekretnica u cjelokupnom istraživanju ljudskog genoma, jer po prvi put okuplja sve važne naučnike iz cijelog svijeta oko istog cilja – dekodiranje ljudskog genoma.

Projekat je pokrenut 1990. godine, a nosioci projekta su bili Nacionalni zdravstvenog institut (NHI) i Ministarstvo za energiju Sjedinjenih Američkih Država. Ove institucije, uz konzorcije naučnih centara iz Velike Britanije, Nemačke, Japana, Kine, Francuske, Kanade i mnogih drugih zemalja.

Cilj je bio identificirati gene koji uzrokuju bolesti, i da novostečeno znanje primjeni u liječenju istih. Za ostvarenje ovog cilja dali su sebi rok od 15 godina, a ukupni budžet je bio tri milijarde američkih dolara.

Ideja osnivača projekta je bila da konačne rezultate objavi javno, i stavi na raspolaganje cjelokupnoj naučnoj javnosti i institucijama.

“Istraživanje ljudskog genoma će revolucionirati dijagnoziranje, prevenciju, te liječenje većine, ako ne i svih bolesti kod ljudi”. – bivši predsjednik SAD-a Bill Clinton

Konkretan korak u tom smjeru, lideri “Human Genome Project-a” čine na samitu na Bermudima 1996. godine, gdje je odlučeno da svi podaci o sekvenciranju ljudskog genoma do kojih dođe bilo koji od većih centara za istraživanje sekvenciranja mora biti stavljen javnosti na raspolaganje, i to besplatno.

Ovakvi principi su uvelike podstakli istraživanje i razvoj, i ovi principi su kontrast dotadašnjoj praksi stavljanja eksperimentalnih podataka na raspolaganje javnosti tek nakon službene publikacije.

Prvi značajan trenutak, i jedan od najbitnijih pronalazaka koji je poslužio kao podloga za daljnji razvoj “Human Genome Project-a” i sekvenciranja ljudskog genoma je dekodiranje prvog ljudskog hromosoma – Hromosoma 22.

Hromosom 22 je odabran kao prvi od 23 hromosoma iz DNK čovjeka za dekodiranje, jer je manji od ostalih i dovodi ga se u vezu sa nastankom raznih oboljenja.
Dekodiranje hromosoma 22 je omogućila kooperacija naučnika iz SAD-a, Engleske, Japana, Francuske, Njemačke i Kine.

“Dekodiranje ljudskog genoma je najznačajniji organizirani poduhvat ikada izveden u nauci. Vjerujem da će historija pokazati da će čitanje “skice” čovjeka, i arhiviranje iste u priručnike, biti značajniji poduhvat od razbijanja atoma ili odlaska čovjeka na Mjesec.” –  Francis S. Collins, američki liječnik i genetičar

Godine 2001., ovaj pionirski internacionalni konzorcij objavljuje prvi nacrt, inicijalnu analizu sekvence ljudskog genoma.

Bitno je napomenuti da je Craig Venter i njegov tim iz privatne korporacije „Celera Genomics Corporation“ iste godine objavio i svoju verziju sekvence ljudskog genoma.

Ovo je omogućilo izobilje podataka za naučnu zajednicu, jer se u publikacijama navodi da su došli do broja od 20 000 gena. Također su objavili da sekvenca DNK bilo koja dva čovjeka je 99,9% identična.

23andMe

Kao kruna svog uloženog rada, 2003. godine, svi ambiciozni ciljevi HGP-a su bili ostvareni.
Ne samo da je projekat završen dvije i po godine prije predviđenog roka, već je ostao i debelo unutar budžeta.
U sažetku, projekat je trajao punih 13 godina, te je utrošeno oko 1 milijarda američkih dolara, a cijena dekodiranja ljudskog genoma za jednu osobu svedena na oko 5 000 dolara.

Može se sa sigurnošću reći da je projekat uspješno ispunio zadatak za koji je dizajniran, a to je generisanje resursa koji će se koristiti za širok pojas biomedicinskih studija.

Zaključak

Iako su naučnici mislili da će nas dekodiranje ljudskog genoma dovesti na vrhunac shvatanja ljudskog organizma, ono nas je dovelo tek na početak. U zadnjih 13 godina imamo više pitanja nego odgovora, ali to vjerovatno i jeste bila poenta ovog projekta.

Danas, 13 godina nakon kraja projekta ljudskog genoma konačno ubiremo stvarne plodove cijelog truda. Kako kaže doktor Aleksander Parker, genomika nije samo “obećanje za budućnost”, ona već ima utjecaj u skoro svakom dijelu medicine.

Genomika je postala snažan dijagnostički alat, pogotovo za pacijente sa rijetkim bolestima. Transformiše i liječenje tumora jer omogućava prilagođavanje terapije DNK profilu osobe i tumora. Farmogenomika koristi genetske informacije da odredi koji lijek i u kojoj količini daje nabolje rezultate.

San o personalizovanom zdravstvu je stvaran.