Jest rok 1990. Przedstawiciele Departament Energii i Narodowe Instytutu Zdrowia USA ogłaszają kolejną wielką narodową misję porównywalną, jeżeli nie większą, od lądowania człowieka na księżycu: Projekt Poznania Genomu Ludzkiego. Misja jest doniosła, więc musi trwać odpowiednio długo i kosztować odpowiednio dużo: 15 lat plus (a raczej minus) 3 miliardy dolarów z kieszeni podatników. Pieniądze nie są przecież najważniejsze, jeżeli jest szansa na uczynienie Ameryki Znów Wielką.
Tego dnia dyrektorzy amerykańskich instytutów badawczych odkorkowali drogiego szampana, a technicy analitycy wznieśli toast setką laboratoryjnego etanolu. Rzeka dolarów będzie przez kolejne lata wartko płynąć ku chwale Wielkiego Projektu. Ponieważ czasu było dużo i pieniędzy jeszcze więcej, projekt ruszył ślimaczym tempie obrastając w liczne poboczne granty i inicjatywy często całkiem niezwiązane z poznaniem genomu.
Dolce vita trwało przez 8 lat, podczas, których odczytano około 3% genomu ludzkiego… Niestety wszystko zepsuł Craig Venter, włączając się do wyścigu o genom wraz ze swoją prywatną firmą badawczą Celera. Craig Venter to postać kontrowersyjna, jednak również w malowniczy sposób odróżniająca się od członków typowego naukowego establishmentu. Miłośnik surfingu, żołnierz podczas wojny wietnamskiej, ukończył biochemię na Uniwersytecie Kalifornijskim, a następnie uzyskał tytuł doktora z zakresu fizjologii i farmakologii. Gburowaty, bezczelny, jednak potrafiący łamać stereotypy oraz wytyczać nowe ścieżki w badaniach naukowych. Idealny kandydat na pogromcę monstrualnego projektu otoczonego, powagą, patosem oraz mnóstwem niezbyt zapracowanych naukowców.
Venter przedstawił sprawę krótko. Ogłosił, że Celera odczyta ludzki genom znacznie szybciej, za ułamek kwoty, którą planowano wydać na Projekt Poznania Genomu Ludzkiego. W dodatku miały to być wyłącznie pieniądze prywatnych inwestorów. Czarę goryczy dopełnił również fakt, że Celera, zamierzała poznać genomu nie ku chwale ludzkości, lecz z chęci zysku. Venter i jego inwestorzy planowali opatentować najbardziej interesujące z punktu widzenia medycznego geny ludzkie. W krótkim czasie Craig Venter stał się jednym z najbardziej znienawidzonych badaczy, którym wszyscy porządni naukowcy straszyli swoje niegrzeczne dzieci: “ Bądź grzeczny i umyj uszy Jasiu, bo przyjdzie Zły Venter i cię zje”.
Craig Venter wraz ze swoim zespołem postanowił wykorzystać szybszy i tańszy sposób odczytywania sekwencji DNA. Zastosowana przez Celerę metoda “shotgun” (strzał na ślepo), polegała na pocięciu DNA ludzkiego na małe fragmenty i ich odczytanie. Następnie wszystkie poznane w ten sposób odcinki były analizowane przez program komputerowy w celu odnalezienia nachodzących na siebie części i złożenia sekwencji DNA w całość. To jakby pociąć na przypadkowe kawałki tekst 1000 egzemplarzy “Ulissesa” Jamesa Joyce’a, wrzucić do pralki, zamieszać i poskładać, tak aby w rezultacie otrzymać dokładny tekst zakończony “Yes” w monologu Molly Bloom. Łatwizna.
Naukowcy puryści od razu zarzucili metodzie niechlujność, brak dokładności, zły wpływ na morale nastolatków oraz spowodowanie wzrostu gwałtowności huraganów na wschodnim wybrzeżu USA. James Watson (jeden z odkrywców struktury DNA) stwierdził w porywie oburzenia, że “właściwie każda małpa mogłaby wykonać podobną pracę”.
W rządowym Projekcie Poznania Genomu Ludzkiego, zastosowano inne podejście zakładające odczytywanie większych odcinków ludzkiego genomu kawałek po kawałku (klon po klonie). Zgodnie z założeniem miało to pozwolić na uniknięcie ryzyka pominięcia niektórych fragmentów DNA. To tak jakby podróżować wyłącznie pieszo i w dodatku boso. Żadnych szans na podwózkę w czerwonym cabrio prowadzonym przez seksowną blondynkę lub blondyna. Oldskul. Tyle, że wolno, niepraktycznie i w dodatku nogi bolą.
Włączenie się Ventera do wyścigu o genom spowodowało, jednak nie tylko oburzenie, ale również zmobilizowało wreszcie zespół rządowy do zabrania się poważnie do roboty. Ryzyko całkowitej kompromitacji, w przypadku gdyby Celera odczytała genom pierwsza, sprawiły przyznanie dodatkowych środków i rozpoczęcie pracy w laboratoriach Projektu przez 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu. Jak widać z badaniami wspieranymi wyłącznie ze środków publicznych jest jak z osłem, który galopuje tylko kiedy dostanie mocno kołkiem w zad.
Wyścig pomiędzy zespołem Celery oraz laboratoriami zaangażowanymi w projekt rządowym doprowadził do gwałtownego przyspieszania prac. Zdawało się nawet przez chwilę, że jest możliwe kompromisowe rozwiązanie i wspólne ogłoszenie wyników badań obu zespołów. Na takie rozwiązanie silnie naciskał ówczesny prezydent USA Bill Clinton. Jednakże rozwiązania kompromisowe nie leżały zarówno w naturze Ventera, jak i jego przeciwników z obozu rządowego. Z tego powodu biedny Bill przeszedł do historii, nie jako zdobywca Genomu Ludzkiego, ale dzięki bardzo zażyłym stosunkom z dość mało atrakcyjną stażystką pracującą do późna w Białym Domu. Niewielkim ustępstwem z obu stron było jednak opublikowanie obu uzyskanych sekwencji DNA genomu ludzkiego w tym samym czasie. W lutym 2001 r. zespół rządowy ogłosił swoje wyniki w prestiżowym czasopiśmie Nature, a Celera ogłosiła swoje rezultaty w drugim, niemniej prestiżowym Science. Faktem jest, że w momencie opublikowania znana była jeszcze niepełna sekwencja genomu ludzkiego. Poznano jedynie około 90%. Jednak ten mały defekt nie zepsuł nikomu humoru i dobrej zabawy. Oczywiście każdy oficjalnie ogłosił zwycięstwo. Gorzką pigułką dla zespołu rządowego był jednak fakt, że sekwencja DNA odczytana przez Celerę szybciej i za dużo mniejsze pieniądze, nie była gorsza lub mniej dokładna. Obie wersje raczej wzajemnie się uzupełniały.
Dzięki przeczytaniu sekwencji DNA genomu ludzkiego poznaliśmy kilka zaskakujących faktów na temat nas samych:
- Genom ludzki zbudowany jest z ponad 3 miliardów liter (par zasad) tworzących nasze DNA. Jeżeli by zapisać nasz genom w książce o standardowym formacie trzeba by zużyć ok. 1,6 mln kartek. W sam raz tyle ile trzeba na ustawienia obok siebie 5 500 książek Andrzeja Sapkowskiego “Krew Elfów”. Spora biblioteka, ale pan Andrzej jest tego wart. Jeżeli dodać, że taki zestawik znajduje się w prawie każdej komórce naszego organizmu to trzeba przyznać, że to całkiem spore osiągnięcie.
- Liczba genów kodujących białka w ludzkim DNA to ok. 20 tys. Jest to bolesna degradacja w porównaniu z szacunkowymi ocenami sprzed odczytania genomu, kiedy to dumnie zakładaliśmy, że mamy co najmniej 100 tys. genów. A tu taki upadek. Trzeba przyznać, że wyprzedzamy jednak pod względem liczby genów np.: muszką owocową (13 525 genów), jednakże nicień (19 873 geny) idzie już z nami łeb w łeb. Liderami w kategorii liczba genów są jednak niektóre rośliny uprawne np.: kukurydza (39 656 genów) lub soja (46 430 genów). W porównaniu z tymi stałymi bywalcami naszych stołów wypadamy bardzo bladziutko. Trzeba mieć więc nadzieję, że rozmiar również w tym przypadku nie jest najważniejszy…
- Geny stanowią mniej niż 2%, całego ludzkiego genomu. Reszta nawet jeżeli pełni jakąś funkcję, to jest to nadal funkcja nieznana. W dużym stopniu to tzw. śmieciowy DNA, cmentarzysko martwych genów, które utraciły swoją funkcję. Są tam również liczne pamiątki po nieproszonych gościach, obcych genach np.: wirusach, które wbudowały swoją informację genetyczną w nasz DNA. Obce geny czasami przypominają swoim zachowaniem niektórych naszych rodaków w Irlandii. Przyjechali do pracy na miesiąc lub dwa zarobić na motor lub pralkę, ale spodobało się i są tam do dziś. Inne sekwencje niekodującego DNA posiadają natomiast tylko jedną, główną umiejętność. Potrafią kopiować się, przenosić i “osiedlać” w nowym miejscu genomu. Tak jak prawdziwy marynarz, który ma żonę i kilkoro potomków w każdym porcie. Przykładem takiego “wilka morskiego” naszego genomu są sekwencje LINEs, które stanowią aż 21% całego ludzkiego DNA.
Można by być może zamknąć historię odczytania genomu ludzkiego standardowym: …i żyli długo i szczęśliwie. Jednak życie to nie bajka. Kolejna bomba wybuchła bardzo szybko, kiedy Venter przyznał, że znaczna część genomu odczytanego przez Celerę stanowi sekwencja jego własnego DNA. Dla naukowców purystów, wykorzystanie własnego DNA do badań mających reprezentować Genom Całej Ludzkości nie mieściło się w głowie. Trzeba przyznać, że zakrawa na ponury żart fakt, że ludzkość będzie reprezentowana przez DNA jednego z bardziej znienawidzonych naukowców w środowisku. Złośliwego Ventera bez wątpienia bardzo bawiła konsternacja kolegów badaczy, którzy nie mogli nic poradzić, na to, że jego własny genom stał się obliczem ludzkości. Naukowcom z zespołu rządowego pozostał na pocieszenie jedynie fakt, że to Neil Armstrong, a nie Bin Laden pierwszy spacerował po Księżycu…
Zdjęcia źródło:
- https://www.biology.iupui.edu/biocourses/Biol540/15genomeCSS.html
- https://www.rna-seqblog.com/dna-day-2014-wheres-the-love-for-rna-day/
- https://www.news-medical.net/life-sciences/Sanger-Sequencing.aspx