Znaczenie genetyki w medycynie.
Człowiek od zawsze dąży do ułatwiania sobie życia. Od zawsze podąża za nowościami i ku nowościom. Różne gałęzie nauki rozwijają się w różnym tempie. Jedną z prężniej działających dziedzin jest inżynieria genetyczna, czyli w skrócie bezpośrednie manipulacje materiałem genetycznym. Pojęcie inżynierii genetycznej ma bardzo krótką historię. Pojawiło się dopiero w połowie lat 70-tych, gdy po raz pierwszy stało się możliwe ukierunkowane przerabianie genów.
Inżynieria genetyczna wzbudziła wielkie nadzieje wśród ludzi dotkniętych lub bezpośrednio narażonych na anomalie genetyczne. Ze zrozumiałych względów szczególne nadzieje wiąże się z opracowaniem terapii genowych wielu wad wrodzonych. Aktualnie potrafimy leczyć jedynie nieliczne z tych chorób i tylko objawowo, nie usuwając ich przyczyny. Leczenie takie polega na podawaniu odpowiednich hormonów, przestrzeganiu odpowiedniej diety. Takie objawowe leczenie zawdzięczamy badaniom genetycznym, które umożliwiły poznanie istoty działania niektórych genów. Niejednokrotnie w/w leczenie jest bardzo drogie.
Przypuszcza się, że terapie genowe poza tym, że będą leczyły przyczyny chorób to będą znacznie tańsze.
Planuje się stosowanie różnych odmian takiej terapii:
1) podstawienie uszkodzonego allelu przez prawidłowy
2) zablokowanie szkodliwego genu
3) korekcja uszkodzonych genów
Pierwszą z metod można by stosować w przypadku jednogenowych chorób uwarunkowanych recesywnie (np. w leczeniu mukowiscydozy, hemofilii) natomiast drugą do leczenia chorób uwarunkowanych allelami dominującymi (np. choroba Huntingtona). Trzecia metoda wydaje się być uniwersalna.
Większość tego typu terapii pozostaje w sferze planów. Występuje mnóstwo problemów natury technicznej. Przede wszystkim trzeba by nauczyć się precyzyjnego wstawiania genów we właściwe miejsca chromosomów. Niewłaściwa insercja może spowodować np. unieczynnienie innego genu i pojawienie się wielu negatywnych skutków.
Większość terapii pozostaje jeszcze w sferze badań klinicznych. Niektóre z nich przyniosły już spodziewane skutki np. terapia 4-letniej dziewczynki chorej na złożony brak odporności. Pobrano od niej limfocyty T, wprowadzono do nich zdrowy fragment uszkodzonego genu i wszczepiono je z powrotem.
Niestety postęp we wprowadzaniu terapii genowych jest mniejszy niż początkowo przypuszczano.
Innym zastosowaniem genetyki jest diagnoza chorób na podstawie DNA. Stosowanie takiej diagnostyki może odegrać niebagatelną rolę np. w leczeniu nowotworów. Wczesne wykrycie tej choroby pozwala na jej całkowite wyleczenie. Dzięki molekularnym testom DNA możemy wykryć chorobę w jej bardzo wczesnym stadium a nawet przewidzieć jej zaistnienie u krewnych chorego.
Testy DNA przeprowadza się u noworodków w celu wykrycia fenyloketonurii czy tyrozynemii.
W testach diagnostycznych DNA wykorzystuje się różnicę w sekwencji nukleotydów pomiędzy genem prawidłowym a zmutowanym. Zmieniona sekwencja może być wykryta w różny sposób np. za pomocą krótkiej, odpowiednio znakowanej sondy (fragmentu DNA lub RNA), która wykrywa tę sekwencję w chromosomach lub izolowanym DNA pacjenta.
Możliwy jest też rozdział odcinków DNA pacjenta na żelu i poszukiwanie fragmentu o charakterystycznej dla zmutowanego genu długości.
W opisanych metodach diagnostycznych wykorzystuje się istnienie dla danej wady genetycznej charakterystycznej sekwencji DNA. Sekwencje takie stanowią swoiste znaczniki – tzw. markery zmutowanych genów. Są one pomocne nie tylko w wykrywaniu ich obecności w DNA chorego, ale także w testach na nosicielstwo. Przeprowadza się je m.in. po to by określić rzeczywistą częstotliwość szkodliwego allelu w populacji, by ocenić ryzyku wystąpienia choroby u potomstwa.
Właśnie dla rodzin gdzie ryzyko wystąpienia chorób genetycznych jest duże prowadzi się poradnictwo genetyczne. Na podstawie sporządzanych przez lekarza rodowodów zasięgających porady przyszłych rodziców można określić, jakie jest prawdopodobieństwo urodzenia dziecka obciążonego chorobą dziedziczną. Poradnictwo genetyczne wykorzystuje wiele metod diagnostycznych. Niektóre z nich, stosowane po poczęciu dziecka, pozwalają na stwierdzenie, czy płód rozwija się prawidłowo (np. obserwacje ultrasonograficzne). Inne mają szersze zastosowanie. Badania kariotypu przeprowadza się np. u przyszłych rodziców pochodzących z rodzin, w których występowały przypadki choroby Downa. Można je również przeprowadzić u płodu w początkowym okresie ciąży. Technika nazywana amniopunkcją pozwala na pobranie niewielkiej ilości płynu owodniowego i określenie kariotypu znajdujących się w płynie komórek płodu. W przypadku stwierdzenia trisomii 21 chromosomu rodzice mają możliwość podjęcia decyzji, czy wychowywać upośledzone dziecko z zespołem Downa, czy też zakończyć ciążę w tym momencie. Z drugiej strony, w przypadku rodziny o zwiększonym ryzyku potwierdzenie prawidłowości kariotypu rozwijającego się płodu pozwala uniknąć przerwania ciąży z obawy przed urodzeniem chorego dziecka. Opisane powyżej badanie kariotypu może przyczynić się do wykrycia tylko tych chorób genetycznych, których podłożem są zakłócenia struktury lub liczby chromosomów. Badanie takie nie jest jednak skuteczne w przypadkach chorób zależnych od pojedynczych genów lub chorób poligenicznych.
Specjalistyczne poradnictwo genetyczne jest w Polsce prowadzone w Centrum Zdrowia Dziecka, Instytucie Matki i Dziecka, Instytucie Psychiatrii i Neurologii w Warszawie oraz przy Akademiach Medycznych w Poznaniu, Łodzi, Gdańsku, Wrocławiu, Krakowie i Białymstoku.
Warto uświadomić sobie, że głęboko zakorzeniony w naszej tradycji zakaz zawierania małżeństw wśród bliskich krewnych jest niczym innym, jak bardzo ogólną „poradą genetyczną" przekazywaną z pokolenia na pokolenie. Zakaz ten znajduje racjonalne uzasadnienie we współczesnej wiedzy na temat dziedziczenia. Im bliżej spokrewnione są ze sobą dwie osoby, tym bardziej podobne są ich genotypy. Im bardziej podobne są genotypy rodziców, tym większa szansa na to, że u dzieci spotykają się dwa recesywne allele odpowiedzialne za chorobę. Jest oczywiste, że nasi dalecy przodkowie nie znali mechanizmów leżących u podstaw dziedziczenia cech. Jednakże łatwe do zaobserwowania schorzenia pojawiające się częściej wśród potomstwa bliskich krewnych niż w pozostałych rodzinach były dostatecznie wyraźnym ostrzeżeniem, aby unikać takich małżeństw.
Dzięki genetyce prowadzona jest także produkcja hormonów, które wcześniej można było pozyskiwać tylko z organizmów zwierzęcych lub ludzkich.
Dla pewnej grupy chorób (hemofilia, zaburzenia związane z brakiem hormonu wzrostu, rozedma wynikająca z braku alfa-1-antytrypsyny) jedynym sposobem leczenia (na razie) jest podawanie białka identycznego z obecnym w ludzkim organizmie. Jest ewidentne, że pozyskiwanie takich produktów jest wielkim problemem. Niektóre z nich (właśnie czynniki krzepliwości krwi) uzyskiwano dawniej z krwi ochotników.Hormon wzrostu można było tylko izolować z ludzkich mózgów, co było poważnym problemem. Co więcej, ta metoda izolacji była odpowiedzialna za zakażenie szeregu osób pobierających hormon wzrostu zakaźnymi cząsteczkami obecnymi w tkance mózgowej.
Inne białko np. stosowana w leczeniu bardzo częstej choroby - cukrzycy - insulina - mogło być izolowane ze zwierząt (trzustki bydlęce albo świńskie), ale nieznacznie różniło się od białka ludzkiego, co mogło dawać niepożądane efekty.
Inżynieria genetyczna rozwiązała te problemy przez umożliwienie klonowania genów kodujących pożądane białka. Są obecnie na świecie bakterie produkujące insulinę, produkujące czynniki krzepliwości krwi i hormon wzrostu, które można otrzymywać stosunkowo łatwo i w dużych ilościach, i które nie są zanieczyszczone czynnikami powodującymi ludzkie choroby.
Wcześniej wspomniane markery DNA mogą być stosowane również w wielu innych dziedzinach nauki, nie tylko w medycynie. Odpowiednie metody diagnostyczne pozwalają ni tylko na wykazanie obecności określonych genów, ale także na identyfikację DNA określonego osobnika. Dzisiejsze badania pozwalają ustalić DNA nawet z cebulki włosa lub złuszczonego fragmentu naskórka. Najczęściej stosuje się je w medycynie sądowej w celu wykrycia sprawcy przestępstwa.
Markery molekularne stosuje się także w selekcji zwierząt i roślin o pożądanym genotypie, odpornych na niektóre choroby.
Badania DNA wykorzystuje się także m.in. w badaniach nad ewolucją organizmów oraz badaniach antropogenicznych.