Lidé z chimér a upravená dvojčata – co víme o lidském genomu

Lidé z chimér

—Ve své knize mluvíte o jistém americkém manželském páru, který po rozvodu daroval krev na rutinní test DNA, aby matka mohla od bývalého manžela získat materiální pomoc pro jejich společné děti. A ukázalo se, že on je jejich genetický otec, ale ona není matka. Jak to může být?

Ano, notoricky známý případ Lydie Fairchildové. Měla štěstí, že našla inteligentního právníka, který si pamatoval, že takové incidenty se už staly. Lydia se ukázala jako chiméra – těchto lidí není na světě víc než sto. Biologové nazývají chiméry organismy, které se skládají z buněk dvou různých jedinců. U lidí se chimerismus může objevit během vícečetných těhotenství, kdy matka nosí dvojčata a oba plody si vyměňují buňky. Genotypizovali babičku dětí, matku Lydie, a ukázalo se, že je to jejich babička. To znamená, že tajemnou matkou dětí by mohla být Lydiina sestra.

— Měla sestru?

– Ještě zajímavější. Když Lydii odebrali výtěr z cervikálního kanálu, z děložního čípku, a podívali se na jeho DNA, tento vzorek se shodoval se vzorky všech tří dětí. Její krvinky měly jeden genotyp a její oocyty – buňky reprodukčního systému – jiný.

Když byla Lydiina matka těhotná, zjevně nenosila jednu dívku, ale dvě neidentická dvojčata, která se vyvinula z různých vajíček. Druhé embryo zemřelo, ale část jeho buněk se dostala do „sousedního“ embrya. Pak se rozvinulo úplně obyčejné jednočetné těhotenství, které skončilo Lydií.

Ale když měla Lydia vlastní děti, geneticky to vypadalo, že byla jejich náhradní matkou a biologickou matkou byla její nenarozená sestra.

Omikron předpovídali bioinformatici

— Jaké technologie související s objevem DNA změnily naše životy?

– Každý už ví, co je to PCR – to je pravděpodobně jediná výhoda covidu. V Rusku lze test PCR provést téměř všude. Co se plánovalo realizovat za deset let, bylo za rok nebo dva hotovo.

Polymerázová řetězová reakce využívá hlavní vlastnosti nukleových kyselin – kopírování na vlastní matrici. Tato vlastnost, jejímž prostřednictvím děti získávají rodičovský genom a rodičovské vlastnosti, je čistě mechanicky využívána pro výzkum DNA.

To je určitě užitečné – 18 produktů ze seznamu WHO:

Vytváří se mnoho kopií určité jedinečné oblasti a když vidíme, jak se počet kopií zvyšuje, docházíme k závěru, že tento fragment genomu, který nás zajímá – charakteristický pro koronavirus nebo virus chřipky – je ve vzorku přítomen. Takže test na virus je pozitivní.

PCR je špatný, protože vzorek se musí zahřát na poměrně vysoké teploty a poté zchladit, což vyžaduje termostat, který je nepohodlné nosit s sebou. Nyní dochází k tzv. izotermickému zesílení. Množí se tam i fragmenty nukleových kyselin, ale při konstantní teplotě. Je to jednodušší a levnější.

— Jak se PCR liší od sekvenování DNA?

– Když provádíme PCR, vidíme pouze fragment nukleotidové sekvence a při sekvenování ji sledujeme celou.

PCR je jako dívat se na to, kolikrát je Napoleon zmíněn ve válce a míru. A sekvenování je čtení celého románu za sebou, nebo alespoň jeho části.

Nyní se velmi rozšířilo takzvané masivní sekvenování. DNA se rozřeže na mnoho malých kousků, všechny se čtou ve stejnou dobu a velmi rychle a pak se v počítači poskládají jako puzzle do jediné sekvence.

Umožňuje vám sekvenování rychle sledovat vznik nových kmenů?

Ano, to se stalo omikronu v listopadu. Ještě předtím, než dostal své jméno a dostal se na titulky, podíval jsem se do bioinformatické skupiny a viděl jsem, co se zdálo být novým kmenem. Vedla se o něm aktivní diskuse a účastníci používali poměrně silné výrazy – ve smyslu, že byl nějak překvapivě odporný.

Nukleotidová sekvence vykazovala mnoho mutací v spike proteinu, což znamená, že nová varianta bude vysoce nakažlivá a bude schopna dokonale uniknout protilátkám. Následně bylo experimentálně i epidemiologicky potvrzeno to, co již bylo zřejmé ze sekvence.

Upravená dvojčata

—Zapomeňme na koronavirus. K čemu ještě potřebujeme sekvenování?

Za všechno na světě. To jsou informace o všech tvorech, velkých i malých – genomy zvířat, rostlin, lidí jsou potřeba pro lékařské účely nebo pro populační genetiku, aby se zjistilo, odkud se ten či onen člověk vzal. Máme v rukou obrovské množství informací pro základní i aplikovanou vědu – vše, o čem jsme snili, když Watson a Crick objevili dvojitou šroubovici DNA.

— Nobelova cena za rok 2020 byla udělena za metodu CRISPR-Cas – tzv. genomické nůžky. Proč je to tak důležité?

— Metoda vám umožňuje provést řez v určitém fragmentu genomu. Věděli, jak to udělat dříve, ale potřebovali specifické proteiny, které rozpoznávají požadovanou oblast. Bylo to drahé. CRISPR-Cas rozpoznává místo pomocí vodicí RNA, kterou je snazší získat než protein, a používá enzym Cas nukleázu k rozštěpení nukleové kyseliny na konkrétním místě. Poté buňka sama slepí řez. Tímto způsobem se získávají mutantní organismy pro experimenty, díky nimž již bylo učiněno mnoho objevů.

— To znamená, že jsme se ještě pořádně nenaučili číst, ale už jsme se vrhli na úpravy?

– Pokud mluvíte o úpravě lidského genomu, tak to zatím není nikde na světě povoleno. Čínský lékař He Jiankui byl za to právě ve vězení. Pomocí CRISPR upravil genomy dvou dívek dvojčat od otce infikovaného virem HIV a změnil ty receptory na buňkách imunitního systému, přes které se tento virus může dostat do těla. Mnoho lidí na Zemi má tuto mutaci a jsou do určité míry chráněni před HIV. V Číně to není příliš běžné, ale například v Rusku je to mnohem častější.

Takže Dr. Neudělal žádné nadlidi, pouze reprodukoval mutaci, která již existuje.

— Proč byl tehdy uvězněn?

—Někdy CRISPR-Cas zasáhne nesprávné místo a zavede nežádoucí mutace.

Dnes mezi vědci panuje shoda v tom, že přesnost metody neumožňuje přejít k experimentům na lidech.

Ale zdá se, že pacienti Dr. He mají štěstí. Brzy jim budou čtyři roky a zdá se, že se jim nic hrozného nestalo.

10 antistresových tipů od Skandinávců:

Je zde naprosté soukromí, tváře ani jména těchto dvojčat nejsou široké veřejnosti známé – tak by to mělo být podle pravidel lékařské etiky. Ale kdyby se jim stalo něco špatného, He Jiankui by se sotva dostal z vězení.

— Pokud je metoda zcela bezpečná, může zachránit například cystickou fibrózu?

– Teoreticky ano. Řekněme, že oba rodiče jsou nemocní cystickou fibrózou, ale opravdu chtějí mít děti. Pomocí IVF dostanou oplodněné vajíčko a změní ho tak, aby neobsahovalo gen pro toto onemocnění.

Je možné, že rodiče nejsou nemocní, ale každý z nich má jednu kopii genu pro toto onemocnění, která se může s podobnou kopií setkat u partnera a vést k narození nemocného dítěte s pravděpodobností 1:4. V tomto případě se během IVF z několika vajíček vybere to, kde není žádná mutace.

Pro mnoho lidí je takový výběr eticky nepřijatelný a úprava by se ho mohla zbavit. Když můžete opravit buňku, proč ji ničit?

Za tímto účelem musí metoda CRISPR-Cas fungovat bez chyb zapalování, což je stále mimo říši fantazie.

„Vrah ze zlatého státu„

—Existují genomické databáze, kde policisté hledají zločince. Jak to funguje?

— Policejní genomické databáze se objevily ve vyspělých zemích již poměrně dávno, v 90. letech a nultých letech. My je máme taky. Obsahují otisky DNA nebo čárové kódy lidského genomu.

V určitých oblastech našeho genomu jsou opakující se fragmenty. Počet opakování v každé části je u každého jiný. A pokud studujete 20 takových oblastí pomocí PCR, můžete získat individuální čárový kód osoby. Může odpovídat dvěma různým lidem, pouze pokud jsou dvojčata.

Tuto metodu vynalezl v 80. letech minulého století britský vědec Alec Jeffreys a v roce 1987 se s její pomocí podařilo poprvé vyřešit kriminální případ – v anglickém městě našli maniaka, který zabíjel dívky.

Policie má základnu, kde jsou umístěny vzorky odsouzených a podezřelých. Ve Spojených státech a dalších zemích se vedou bouřlivé diskuse: pokud byl člověk podezřelý a byl mu odebrán výtěr, a pak se ukázalo, že je nevinný, měly by být jeho údaje odstraněny z policejní databáze? Veřejnost si myslí, že by měla. Policie samozřejmě moc nechce. Pokud by každý byl genotypizován, bylo by pro ni mnohem pohodlnější pracovat.

– Je úžasné, že nejen policie vytváří genomové databáze pro své vlastní účely, ale lidé sami dobrovolně zveřejňují své genetické informace. Proč?

– Genetický čárový kód pomáhá nejen identifikovat osobu, ale také označuje rodinné vazby, protože polovinu naší DNA získáváme od mámy a polovinu od otce. Toto je stejná analýza, kterou provedla Lydia Fairchild.

Někteří nadšenci nahrávají své otisky DNA do mezinárodních genealogických databází, aby vystopovali příbuzné. Mimochodem, s pomocí takové databáze kalifornští policisté v roce 2018 identifikovali sériového maniaka, který má od roku 2001 na svědomí nejméně 13 vražd a 50 znásilnění. Říkali mu Golden State Killer.

Na místě jiného zločinu byl nalezen vzorek DNA zločince, ale jak pochopit, komu patří? Je jen jasné, že s největší pravděpodobností žije někde ve Spojených státech. Rozhodli se vzorek nahrát do genealogické databáze – prý přišel běžný člověk hledat příbuzné (což bylo samozřejmě porušení policejní etiky).

12 potravin, které pomáhají při léčbě rakoviny:

Objevil vzdálené genetické příbuzné, vystopoval rodinné vazby a zjistil, kdo je vrah. Ukázalo se mimochodem, že jde o bývalého policistu – proto se mu dařilo policisty tak dlouho klamat.

Skutečnost, že se objeví testování DNA, vzorky se budou uchovávat desítky let a pak půjdou do obchodu, samozřejmě nemohl předvídat. V době svého zatčení byl „zabiják ze zlatého státu“ již poměrně starý.

Neexistují žádné „zdravé“ a „nemocné“ národy

—V posledních letech se staly módou genetické testy, které vám umožňují zjistit, k jakým národům patřili vaši předci. Je to to pravé, nebo marketingový tah?

—Populační genetika je založena na docela funkčních vědeckých metodách. Můžete porovnat genom jednotlivce s databázemi, které obsahují genomy zástupců různých národů. A to nejen moderní, ale i prastaré, získané z paleomateriálů.

K tomu není nutné číst celou genomickou sekvenci, stačí se podívat na určité body – tzv. jednonukleotidové polymorfismy, SNP nebo výstřižky. A pokud jsou takové body rozmístěny po celém genomu, můžete získat poměrně úplný obrázek o tom, která část genomu konkrétní osoby je charakteristická pro lidi jako celek, a tedy odkud by předkové této osoby mohli pocházet.

Vždy je tu ale otázka, jak dobře fungují komerční testy. Jako vždy existuje rovnováha mezi levností a kvalitou. Stalo se, že jednovaječná dvojčata poslala své vzorky dvěma různým společnostem a obdržela různé výsledky.

— Populační genetika vede vědce k závěru, že určité národní nemoci jsou charakteristické pro určité národy, ačkoli v moderní společnosti národ není vůbec biologickým pojmem. Jak překonat etickou nejednoznačnost?

– Především to neznamená, že jeden národ je horší než druhý. A také to, že lidé, mezi jejichž zástupci je častější predispozice k určité nemoci, jsou méně„zdraví„. Zpravidla je nějaké to mínus kompenzováno evolučním plusem.

Například v Africe jsou běžné genetické varianty spojené se srpkovitou anémií, což je dědičná porucha krve. A tyto stejné možnosti předcházejí malárii.

Pro lékařské genetiky je velmi důležité takové věci vědět – například proto, že stejné léky interagují různě s různými variantami buněčných receptorů. Stává se, že lék prošel klinickými zkouškami s třeskem, například v Japonsku. Odvezli ho do Ameriky a tam jsou výsledky mnohem horší.

Tak či onak je v lékařské genetice nutné brát v úvahu populační genové rozdíly, stejně jako je nutné v klinických studiích vyrovnávat skupiny podle pohlaví. Někdy totiž stejná droga působí na muže a ženy odlišně. Z toho nevyplývá, že by lékaři méně respektovali ženy nebo muže.

—Bude mít lidstvo zcela individuální léky, nebo je to utopie?

To je nyní velmi důležité, pokud jde o léčbu určitých typů rakoviny. Všechny rakovinné buňky chtějí totéž: nekontrolovatelně se dělit, vyhýbat se lékům a imunitnímu systému, ale tento vývoj je v každém organismu jiný. Každý člověk má svou vlastní rakovinu.

Je nutné investovat do personalizované medicíny, už jen proto, abychom si z existujících léků vybrali tu správnou hned, a ne metodou pokus-omyl.

A v ideálním případě bychom jednoho dne měli začít vytvářet individuální léky pro každého člověka.

Maria Bozovic