EDU.REGINAMARIA.RO

Odiseea explorarii codului genetic uman si secretele sanatatii

Articol de Cornelia Paraschiv Senior Medical Editor
odiseea
Desi ar putea sa te surprinda, intre o bacterie, o molusca sau o crizantema si un peste spada, un elefant sau o fiinta umana, asemanarile sunt mult mai multe decat iti imaginezi. Si aceasta pentru ca la baza oricarei forme de viata cunoscuta de pe Terra, de la simplistele virusuri la cei mai falnici arbori si de la musculita de otet la sofisticatele mamifere cu care ne inrudim, sta un cod biologic format din numai patru tipuri de litere, insiruite de sute, mii sau miliarde de ori pe doua lanturi rasucite, numite acid dezoxiribonucleic sau, mai simplu, ADN.

Aceste litere, numite nucleotide (Adenozina, Guanina, Citozina, Timina), formeaza intr-un limbaj secret „cuvintele”, „frazele” si „capitolele” unor manuale extrem de elaborate de instructiuni genetice, specifice fiecarei specii, dar particulare fiecarui membru al acesteia, o biblioteca inghesuita in „serverul” central al fiecarei celule, denumit nucleu.

ADN contine procedurile si modul de operare pentru toate procesele necesare cresterii, dezvoltarii, reproducerii si functionarii oricarei fiinte vii. Mai pe scurt, acest cod genetic care cuprinde tot ADN-ul tau celular se numeste genom si este un amestec de programe genetice care provin de la parintii tai.
Insa nu suntem doar o replica a parintilor, ci fiecare nou descendent este irepetabil, are o amprenta unica in aceasta lume. Cu alte cuvinte, desi suntem asemanatori in cadrul speciei, suntem tot atat de diferiti.

Startul calatoriei tale la momentul big bang-ului genetic

Practic, odiseea vietii oricarei fiinte pleaca de la genomul initial care amesteca materialul genetic matern cu cel patern, formand un nou puzzle unic de gene active care va ghida apoi, etapa cu etapa si celula cu celula, toate procesele de crestere si dezvoltare, inca din stadiul tau primordial, cand luai startul in calatoria vietii tale ca o singura si fragila celula rotunda, neavand nimic altceva decat codul unui program executabil care avea sa declanseze curand o explozie de miriade de reactii desfasurate cu viteze uluitoare pentru capacitatea umana de perceptie.

Practic, totul a fost programat in acel cod genetic de la care a inceput totul.In acea prima celula aveai inscris ce ochi vei avea, cat de carliontat sau drept iti va fi parul, cat de inalt vei putea ajunge, ce temperament sau talente te vor domina, ce iti va placea sau displacea.. si, de multe ori, si ce boli vei purta de-a lungul vietii. Genomul initial, unic, replicat in zeci, sute, milioane si apoi miliarde de celule aflate permanent in multiplicare si reinnoire, detinea planul pentru a-ti construi si mentine organismul pe  parcursul intregii tale vieti.

Insa, ca orice program, uneori poate avea cateva erori din start, mostenite de la unul dintre parinti, care se vor replica in toate celulele descendente, alteori este perfectibil sau poate suferi pe parcursul derularii, in copilarie, la maturitate sau la batranete, diverse deteriorari, mutatii sau influente exterioare.

Genomul uman, un pas mic pentru cercetatori, imens pentru umanitate

Astazi, omul a reusit nu numai sa descifreze placutele sumeriene, hieroglifele antice egiptene sau glifele maiase, dar a strapuns agil frontiere altadata inimaginabil de trecut, decodificandu-si propriul cod existential.

Si, desi mai este mult pana sa cunoastem toate caile prin care se exprima sau se regleaza celulele, cea mai mare parte a acestora ne este astazi familiara gratie unor megaproiecte umane cum ar fi cel al Genomului uman care a inceput acum aproximativ 30 de ani.

Progresele sunt uriase

„Mai degraba decat o explorare exterioara a planetei sau a cosmosului, Proiectul Genomului Uman a fost o calatorie spre interiorul celulei condusa de o echipa internationala de cercetatori care urmareau sa secventieze si sa cartografieze toate genele -- cunoscute impreuna sub numele de genom -- ale membrilor speciei noastre, Homo sapiens. Inceput la 1 octombrie 1990, a fost finalizat in aprilie 2003 si a oferit oamenilor capacitatea, pentru prima data, de a citi planul genetic complet al naturii pentru construirea unei fiinte umane.

Secventa finala produsa de Proiectul genomului uman acopera aproximativ 99 la suta dintre regiunile care contin gene ale genomului uman si a fost secventiata cu o precizie de 99,99%.

Acest efort international de a secventiona cele 3 miliarde de litere ADN din genomul uman este considerat de multi una dintre cele mai ambitioase activitati stiintifice din toate timpurile, chiar si in comparatie cu scindarea atomului sau mersul pe Luna.

Conform datelor obtinute de cercetatorii genomului, daca tot ADN-ul dintr-o singura celula umana ar fi intins cap la cap, s-ar forma un fir de 6 metri lungime compus dintr-un cod de sase miliarde de litere.

Este greu de imaginat cat de mult ADN poate fi impachetat in nucleul unei celule, care este atat de mic incat poate fi vazut doar cu un microscop specializat” (genome.gov)

Inceputurile calatoriei in interiorul codului genetic uman sunt de data recenta

Descoperirile sunt cu atat mai spectaculoase cu cat abia in anii 1950 cercetatorii au descifrat structura dublu elicoidala a ADN-ului. Astazi, acel proiect este considerat o realizare biologica epocala. „Cunoasterea acestei structuri remarcabil de inteligenta, care implica doua catene complementare de ADN, ce ofera fiecare sablonul pentru fabricarea celeilalte catene, a oferit o perspectiva cheie despre modul in care ADN-ul ar putea servi ca molecula de informatie a tuturor sistemelor vii” spune Eric Green, directorul Institutului National de Cercetare a Genomului Uman din Statele Unite.

Acest detaliu structural despre ADN a accelerat rapid cercetarea care a dezvaluit aspecte importante despre functia de codificare a ADN-ului.

Cromozomii: volumele din biblioteca genetica

ADN-ul dintr-o celula nu este o singura molecula lunga. Este impartit intr-un numar de segmente de lungimi neuniforme. In timpul diviziunii celulare, aceste segmente se compacteaza strans in pachete cunoscute sub numele de cromozomi, care pot transfera fidel informatia genetica in celulele fiice. In timpul uneia dintre aceste etape, cromozomii iau forma literei X.

Fiecare ciuperca, planta si animal are un anumit numar de cromozomi. De exemplu, oamenii au 46 de cromozomi (23 de perechi), plantele de orez au 24 de cromozomi, iar cainii au 78 de cromozomi.

In anumite situatii patologice pot aparea modificari ale cromozomilor, numite anomalii cromozomiale, care pot fi observate prin asa numita analiza de cariotip.

Anomaliile cromozomiale pot fi de numar (cromozomi in plus sau in minus) sau de structura (unele segmente pot lipsi sau sunt duplicate, pot migra de pe un cromozom pe altul, etc.). Sindromul Down este un exemplu de anomalie a numarului de cromozomi cu care se pot naste unii copii.

Anomaliile cromozomiale pot fi mostenite si atunci se manifesta in toate celulele organismului sau pot aparea spontan, in cursul proceselor de diviziune celulara. Riscul ca un fat sa aiba o anomalie cromozomială este crescut daca varsta materna depaseste 35 de ani.

Genele: retetarele pentru proteinele organismului

ADN-ul are o parte care codifica proteinele necesare construirii si functionarii organismului si o parte necodanta. O gena este un segment de ADN care ofera celulei instructiuni pentru a produce o anumita proteina, care apoi indeplineste o anumita functie in corpul tau.

Aproape toti oamenii au aceleasi gene aranjate in aproximativ aceeasi ordine.  Mai precis, 20.000 de gene se afla in ADN-ul fiecarei celule din corpul nostru si mai mult de 99,9% din secventa ta de ADN este similara cu a oricarui alt om.

Totusi, suntem diferiti. In medie, fiecare  gena umana are 1-3 litere care difera de la o persoana la alta. Aceasta duce la aproximativ 4 milioane de variatii genomice intre indivizi. 

Aceste diferente sunt suficiente pentru a schimba forma si functia unei proteine, a decide cat de multa proteina este produsa, cand sau unde este sintetizata. Aceste variatii afecteaza culoarea ochilor, parului si a pielii. Mai important, variatiile genomului tau influenteaza si riscul de a dezvolta boli si raspunsurile tale la medicamente.

Testele genetice pot analiza variatiile unei singure gene, atunci cand stim ca o anumita boala este produsa de mutatiile unei gene specifice (de exemplu in fibroza chistica, boala Huntington, etc), pot examina mai multe gene care ar putea induce o anumita boala (de exemplu panelurile pentru analiza predispozitiilor genetice pentru diferite cancere ereditare, boli psihice, cardiovasculare, metabolice, etc) sau pot analiza intregul exom (toate portiunile din ADN care codifica proteine, si anume toate genele).

Exomul intreg reprezinta totalitatea genelor umane. Este in concordanta cu 2% din intregul ADN uman, dar contine 85% din toate mutatiile patogene.

Ce este testarea genetica a intregului exom?

A face analiza intregului exom (whole exome sequencing sau WES) inseamna secventierea intregii regiuni de codificare a tuturor celor 20.000 de gene umane. Aceasta este cea mai extinsa abordare pentru tulburarile genetice, de la boli rare pana la susceptibilitatea genetica la cancer.

Secventierea intregului exom atinge rate de succes diagnostice fara precedent si scurteaza solutia odiseei de diagnosticare de la ani la doar cateva saptamani, datorita randamentului sau ridicat.

Cea mai completa analiza a intregului genom: WGS  

In anumite cazuri se impune o analiza aprofundata a intregului genom (whole genome sequencing sau WGS) care analizeaza nu numai portiunile codante ale ADN-ului, dar si cele care nu codifica sau regleaza genele (ex. intronii, regiuni reglatoare, etc).

Secventierea intregului genom (WGS) identifica 4.000.000 de variante genetice per persoana, care trebuie filtrate si interpretate cu atentie pentru a gasi mutatia patogena a unei boli.

A face secventierea intregului genom inseamna secventierea tuturor celor 20.000 de gene umane si regiuni intergenice, practic se analizeaza 3 miliarde de perechi de baze din ADN uman.

Pentru fiecare gena, atat  exonii (codificatori),  cat si  intronii (partea necodificatoare din ADN) sunt secventionati. Aceasta este o abordare fara compromisuri pentru studierea ADN-ului unei persoane si reprezinta astazi cel mai puternic instrument pentru diagnosticarea pacientilor cu boli rare sau alte tipuri de boli cu variante multiple patogene.

Cum decizi de ce tip de analiza genetica ai nevoie?

Dupa o consultatie amanuntita si evaluarea datelor clinice si paraclinice, medicul genetician  va putea lua o decizie si iti va recomanda exact testarea care sa identifice anomaliile genetice de care ai putea suferi.

Testele genetice, altadata prohibitive, devin astazi din ce in ce mai accesibile.

Exista mai multe tipuri de teste efectuate pentru diagnostic, predictive (de predispozitie), prenatale, de screening, pentru purtatorii unor anomalii genetice, in scop de aflare a paternitatii, liniei genealogice sau in criminalistica.

Din cauza complexitatii si implicatiilor este preferabil sa te adresezi unui medic genetician si unui laborator specializat care va respecta cu rigurozitate tehnicile de recoltare si pastrare a probelor fara a le deteriora sau compromite. Decizia efectuarii unei analize se face in colaborare cu medicul genetician care cunoaste posibilitatile, beneficiile dar si limitele fiecarui test, scutindu-te de cheltuieli inutile si timp pierdut.

Astazi, cu cat stim mai multe despre diversele afectiuni, cu atat oamenii de stiinta afla ca fiecare boala este determinata sau este asociata cu modificari genetice sau epigenetice.

Factorii epigenetici si varsta biologica

Factorii epigenetici (”epi” - deasupra) sunt ca niste comutatoare care pot activa sau dimpotriva, inactiva anumite gene.

Modificarile epigenetice depind mult de factorii de mediu, de stilul tau de viata  sau de nutritie.

Ele determina ceasul epigenetic sau varsta biologica a organismului tau. Chiar daca ai o varsta in buletin, celulele tale pot fi mai tinere sau mai imbatranite din cauza acestor multipli factori epigenetici care actioneaza asupra genelor si, implicit, asupra proceselor metabolice celulare.

Alegerile pe care le faci de zi de zi si pe termen lung, cum ar fi ce mananci, cat de activ esti, daca fumezi sau daca dormi suficient, toate iti afecteaza sanatatea.

ADN-ul nu este destinul nostru. Felul in care traim influenteaza modul in care functioneaza genomul, insa cunoasterea exacta a predispozitiilor, particularitatilor genetice sau mutatiilor ne ajuta sa luam cele mai bune decizii privind viata si sanatatea noastra si a copiilor nostri, ne ajuta sa ne optimizam alegerile, tratamentele si viata pentru a trai cat mai mult si cat mai sanatosi.

Surse de informatie:

www.genome.gov
www.genomicsengland.co.uk