Inżynieria genetyczna w medycynie

INŻYNIERIA GENETYCZNA W MEDYCYNIE

"Wiedza nigdy nie rozstrzygnie jednego problemu bez stworzenia dziesięciu nowych"

Bernard Shaw

Na początku lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku dwóch amerykańskich biologów, Stanley Cohen i Herbert Boyer, podjeli się, jak dotąd nierealnego zadania: po raz pierwszy przenieśli ludzki gen do bakterii, pokazując, że podstawowa instrukcja życia zapisana jest we wszystkich organizmach w tym samym języku. To wydarzenie było początkiem ery inżynierii genetycznej.


Termin inżynieria genetyczna to celowa ingerencja w organizm, która polega na wprowadzeniu do genomu żywego organizmu nowych informacji genetycznych, czyli przenoszeniu genów z jednego organizmu do innego, bądź na zmodyfikowaniu genomu poprzez izolowanie lub eliminację kodu genetycznego. W wyniku tego typu zabiegów organizm ulega modyfikacji, przybierając cechy zgodne z oczekiwaniami; zmianom ulegają właściwości fizyczne np.: rozmiar, masa, wygląd, kolor, itp. lub fizjologiczne np.: procesów wzrostu i starzenia się, odporności . dzieje się to dzięki wektorom plazmidowym ,( to wektory oparte na plazmidach. Dobry wektor tego typu powinien zawierać miejsca rozcinane przez enzymy restrykcyjne, przy czym z reguły dany plazmid posiada kilka takich miejsc dla kilku różnych enzymów ) które są wprowadzane są do komórek bakterii przy wykorzystaniu zjawiska transformacji. W przypadku stosowanej najczęściej bakterii - E.coli wymaga to zwiększenia przepuszczalności błon komórkowych czyli ukompetentnienia. W tym celu wystawia się komórki na wysoką koncentrację pewnych dwuwartościowych kationów. W typowej procedurze komórki traktuje się roztworem chlorku wapnia. Zazwyczaj 1 komórka na milion zostaje stransformowana. 1 cząsteczka na tysiąc zrekombinowanych plazmidów transformuje komórkę bakteryjną. Każda kompetentna komórka inkorporuje tylko jeden plazmid.

Selekcję zazwyczaj uzyskuje się na dwa sposoby. Pierwszy z nich to obecność w plazmidzie dwóch genów oporności na dwa różne antybiotyki- przy czym w jednym z nich znajduje się miejsce do klonowania. Komórka , która nie pobrała plazmidu będzie wrażliwa na obydwa antybiotyki , taka , która pobrała plazmid niezrekombinowany będzie oporna na obydwa. Komórka , która ma plazmid z fragmentem obcego DNA będzie wrażliwa na antybiotyk , w którego genie było miejsce restrykcyjne , ponieważ ciągłość genu zostanie przerwana co unieczynni produkowane białko. Drugi sposób to system selekcji opierający się na tzw. teście alfa-komplementacji. Polilinkery większości wektorów umiejscowione są w obrębie genu kodującego a peptyd b-galaktozydazy. Transformowane są bakterie , które mają mutację akurat we fragmencie genu kodującym tą część enzymu. Umożliwia to selekcję na odpowiedniej pożywce bakterii , które pobrały zrekombinowany plazmid ponieważ tylko one będą białe w odróżnieniu od tych , w których zaszła komplementacja mutacji i sprawny enzym rozkłada substrat dodany w pożywce co powoduje niebieskie zabarwienie kolonii.
Pojedyncze komórki bakteryjne , utworzą kolonie a wszystkie plazmidy w takiej kolonii będą pochodziły od jednego plazmidu wprowadzonego do komórki , która tą kolonię założyła. Powstanie więc klon a fragment DNA na plazmidzie to sklonowany DNA.


Klonowanie w wektorze plazmidowym polega na przecięciu go stosownym enzymem restrykcyjnym , defosforylacji( jest procesem odwrotnym do fosforylacji, polegającym na odszczepieniu reszty fosforanowej od cząsteczki białka) jego końców w celu wyeliminowania możliwości recyrkularyzacji samego wektora oraz ligacji , którą to reakcję przeprowadza ligaza DNA tworz ąca standardowe wiązanie fosfodiestrowe , z odpowiednio wcześniej przygotowanymi fragmentami DNA , które chcemy sklonować , pociętymi tą samą restryktazą lub dającą komplementarne końce.


Jak widać , samo zjawisko jest bardzo skomplikowane , oraz trudne w zrozumieniu dla zwykłego człowieka. Sklonowanie genu lub cDNA kodującego określone białko jest tylko pierwszym z wielu kroków niezbędnych do wyprodukowania zrekombinowanego białka do użytku medycznego lub przemysłowego. Inżynieria genetyczna w przyszłości może przynieść ludziom wiele dobrego , jednak jak wszystkie wielkie wynalazki w złych rękach , nieumiejętnie używana może obrócić się przeciwko swojemu wynalazcy.Granice jej zastosowań są tam gdzie kończy się ludzka wyobraźnia a zaczynają dominować moralne i etyczne aspekty zagadnienia.Nie należy jednak postrzegać inżynierii genetycznej jako zagrożenia dla ludzkości , dla życia na ziemi. Trzeba tylko pamiętać , żeby zawsze stawiać sobie pytanie jak daleko możemy się posunąć aby nie naruszyć delikatnej równowagi stworzonej przez naturę.Zbyt wieka ufność w potęgę nauki nie powinna sprawić abyśmy zaniechali zastanowienia i nie potrafili zdobyć się na garść refleksji.Trudne do przewidzenia są skutki świadomego wprowadzania transgenicznych organizmów i zrekombinowanych kwasów nukleinowych do środowiska naturalnego. Dzieje się tak dlatego , że obecnie nie dysponujemy wystarczającą wiedzą o naturalnych sposobach przekazywania DNA między organizmami nawet ewolucyjnie odległymi , o trwałości zrekombinowanych organizmów w warunkach naturalnych . Jednak najczęściej zmodyfikowane genetycznie organizmy mają jedną wspólną cechę - mogą rozmnażać się tylko w ściśle określonych warunkach i na ogół przegrywają w konkurencji , w naturalnych warunkach z organizmami dzikiego, naturalnego typu.

W ostatnich latach naukowcy zajmujący się genetyką skupili się na tematyce ‘’mapowania’’ genomu ludzkiego. Rozszyfrowanie i odczytanie tej mapy otwiera medycynie nowe możliwości badania przyczyn schorzeń, szczególnie tych dziedziczonych, oraz leczenia ich w bardzo wczesnym stadium życia osoby, tzw. terapia genowa . Dysponowanie mapą genową człowieka umożliwi więc zapobieganiu i leczeniu wielu chorób, ponieważ dzięki informacją genetycznym lekarz może bezpośrednio badać przyczyny choroby, której źródło znajduje się w wadliwym genie. O znaczeniu tego odkrycia świadczy fakt, że obecnie mutacja tylko jednego genu może wywołać ponad 4 tysiące chorób, a jeden procent dzieci rodzi się z potencjalną chorobą wywołaną przez mutację jednego genu
. Jak stwierdził dyrektor generalny Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), "z powodu szybkiego rozwoju technicznego diagnozowania DNA może wkrótce stać się rutynową czynnością nie tylko w większych ośrodkach, lecz także w lokalnych laboratoriach, w ogólnej praktyce lekarskiej"
Już teraz szeroko stosowanym badaniem genetycznym jest diagnoza prenatalna. Poprzez badanie płynu owodniowego lub samego płodu pozwala ustalić, czy w organizmie płodu nie zachodzą przemiany chromosomowe, lub nie występują inne metaboliczne schorzenia genetyczne, które są przyczyną ciężkich wad rozwojowych. Diagnozę prenatalną można prowadzić także jeszcze przed poczęciem się dziecka, poprzez badanie rodziców(!!!). Jest stosowana zwłaszcza wtedy, kiedy istnieje podejrzenie wystąpienia schorzeń, które nie powodując zmian chorobowych u rodziców, mogą jednak zagrozić prawidłowemu rozwojowi płodu. Do chorób tego typu należą: toksoplazmoza, bruceloza, listeriza, powodując około jednej trzeciej wszystkich przedwczesnych poronień, martwych urodzeń i innych wad rozwojowych u noworodków.
W trakcie powstawania komórki jajowej poprzez podział redukcyjny, podwójny zestaw chromosomów obecny we wszystkich żywych komórkach, zostaje zredukowany do pojedynczego zestawu w komórce rozrodczej. Podczas podziału powstaje również ciałko polarne. Zarówno do nowopowstającej komórki jajowej jak i do ciałka polarnego przechodzi po jednym genie. Dzisiaj wiadomo, że wady genetyczne przenoszone są zwykle tylko przez jeden gen. Poddanie badaniom ciałka polarnego umożliwia więc stwierdzenie, gdzie znajduje się wadliwy gen. Eliminacja komórki jajowej z wadą genetyczną nie byłaby aborcją w ścisłym tego słowa znaczeniu, ponieważ następowałoby przed zapłodnieniem.
Diagnoza prenatalna umożliwia zdobycie informacji, które umożliwiają podjęcie przez rodziców odpowiedzialnej decyzji, czy podejmują potencjalne ryzyko posiadania dziecka z wadami rozwojowymi, czy też rezygnują z rodzicielstwa. W przypadku istnienia już płodu, badania prenatalne mogą być przesłanką dla dokonania aborcji, jeżeli płód jest uszkodzony i nie ma szans na jego przeżycie i prawidłowy rozwój po urodzeniu. Jeżeli jednak w wyniku badań genetycznych, diagnoza prenatalna pozwala wykluczyć wady rozwojowe dziecka, to przyczynia się do wyeliminowania podejrzeń i obaw wystąpienia schorzeń i wad rozwojowych i uspokojenia zarówno rodziców jak i lekarzy. Kiedy schorzenia lub wady okazują się stosunkowo niewielkie, to precyzja badań genetycznych umożliwia podjęcie decyzji o donoszeniu ciąży i poddaniu dziecka terapii jeszcze przed porodem.

Inżynieria genetyczna, może w przyszłości mocno przyczynić się do wyeliminowania wielu chorób poprzez tzw. terapię genową. Tutaj określenie tej dyscypliny medycznej "inżynierią", znajduje swoje najpełniejsze uzasadnienie, ponieważ terapia genowa polega na ingerencji w substancję dziedziczną i jej zmianie poprzez manipulację na genach. Polega to na wprowadzeniu do komórek narządów nowych genów, które zastąpiłyby geny wadliwe, odpowiedzialne za dane schorzenie lub w inny sposób wzmocniły i uodporniły organizm na chorobę.
Te dodatkowe geny nie byłyby jednak dziedziczne i w następnym pokoleniu schorzenie mogłoby znowu się pojawić. Aby tego uniknąć należałoby prowadzić terapię genową komórek rozrodczych, polegającą na wprowadzeniu genów do narządów rozrodczych lub do samych zarodków w bardzo wczesnym stadium ich rozwoju. W ten sposób zmodyfikowany materiał genetyczny stawałby się dziedziczny, uodporniając następne pokolenia na dane choroby. Jest to szczególnie istotne w przypadku ciężkich i nieuleczalnych schorzeń jak nowotwory, cukrzyca, wrodzone choroby metabolizmu w tym otyłości, hemofilii, choroby Parkinsona, Alzheimera, AIDS, zespołu Downa. Doniosłość tego rodzaju terapii trudna jest do przecenienia i choć dzisiaj pozostaje jeszcze w sferze doświadczalnej, to już przewiduje się jej świetną przyszłość i powstanie wręcz nowej gałęzi medycyny: "chirurgii genowej".
Opanowanie techniki manipulacji genami może spowodować rozszerzenie zakresu jej stosowania poza przypadki konieczne z punktu widzenia medycznego. Może np. pojawić się zupełnie komercyjne zapotrzebowanie na wprowadzanie dodatkowych genów, niosących cechy uważane za pożądane, a odpowiedzialne zarówno za kondycję fizyczną jak i intelektualną człowieka. W związku z problemami natury etycznej jak i trudnościami technologicznymi, na razie nie mówi się o tego typu zabiegach otwarcie; jednak ich wykorzystywanie w hodowli zwierząt pokazuje jak wielkie korzyści może przynosi to społeczeństwu i jego gospodarce. W związku z tym nie można wykluczyć zastosowania wprzyszłości chirurgii genowej w celu projektowania "dzieci na zamówienie", dla szczególnej grupy ludzi , czyli bogatych rodziców.

Źródła obaw przed inżynierią genetyczną i klonowaniem pochodzą zasadniczo dwóch źródeł: pierwszym jest niewiedza , a drugim podbudowa ideologiczno-religijna. Jeżeli chodzi o niewiedzę, to jak zawsze rozwój techniki i nowe możliwości człowieka budzą obawy tych ludzi, którzy nie rozumiejąc zasad jej działania, oraz nie mogąc skorzystać z dobrodziejstw, które niesie, są nieufni.
Podbudowa religijno-ideologiczna jest drugim źródłem obaw i niechęci do projektów i osiągnięć inżynierii genetycznej. To światopogląd w większości przypadków determinuje ocenę inżynierii genetycznej, co prowadzi do jej odrzucenia jako działalności nie tylko niemoralnej, ale wręcz sprzeciwiającej się Bogu. Pełni obaw czerpią wiedzę jedynie z publicystyki, populistycznych haseł i interpretowanych na swój sposób przykazań Bożych. Mają więc do czynienia tylko z opinią jednej strony; lektura solidnych publikacji, czy obejrzenie rzetelnie zrobionego filmu popularnonaukowego jest poza ich zainteresowaniem. Argumenty naukowców z dziedziny inżynierii genetycznej traktuje się z podejrzliwością i nie przyjmuje do świadomości.

Rzetelna ocena tej dziedziny nauki - będąc odporna na irracjonalne lęki - powinna jednak dostrzegać zagrożenia, które mogą płynąć nie tyle ze strony samej techniki, co z celów dla których może zostać ona wykorzystana przez ludzkość, która jest grzeszna. Dwa najważniejsze zagrożenia dotyczą sfery militarnej i biologicznej. Istnieją uzasadnione obawy, że sfery wojskowe - za wiedzą lub bez wiedzy społeczeństwa - mogą prowadzić badania z zakresu inżynierii genetycznej, których celem może nie być terapia, ale produkowanie szczególnego rodzaju broni biologicznej: broni genetycznej. Już teraz prace nad bronią biologiczną polegają na wykorzystaniu genetyki; w przyszłości, w której nie widać granic możliwości inżynierii genetycznej mogłyby powstawać mikroorganizmy o niespotykanej dotąd sile rażenia.
Istnieją też obawy, że wojsko może wykorzystywać inżynierię genetyczną, w tym klonowanie do produkcji niezniszczalnych żołnierzy , czyli „terminatorów”. Ludzie o specjalnie zmodyfikowanym materiale genetycznym, o zwiększonej odporności organizmu na trudy walki i uszkodzenia ciała, a przede wszystkim bezwzględnie posłuszni i odważni do szaleństwa. Taka wizja bardziej przypomina film fantastyczny, niż realną rzeczywistość, ale trzeba pamiętać , że większość wynalazków ludzkiej techniki bardzo szybko znajdowało swoje zastosowanie w sferze militarnej.
Moim zdaniem , aby tego uniknąć kontrolowane powinny być wszelkie programy i laboratoria, a prace z zakresu inżynierii genetycznej jeżeli już prowadzone przez ośrodki wojskowe, powinny być jedynie częścią programów cywilnych. Całkowicie natomiast powinny być zabronione prace wojskowych naukowców związane z klonowaniem, które powinno być wykorzystywane wyłącznie w celach terapeutycznych. Oczywiście w krajach rządzonych przez agresywne reżimy nie ma żadnych wewnętrznych ograniczeń dla armii, dlatego niezbędna jest kontrola międzynarodowa nad tego typu badaniami. Broń genetyczna może okazać niemniej groźna od broni nuklearnej.
Pierwszym z zagrożeń natury biologicznej, czyli takich, które zagrażają egzystencji gatunku ludzkiego lub ją deformują, jest próba takich transferów genomów, że doprowadzi to stworzenia zupełnie nowego organizmu o trudnych dzisiaj do wyobrażenia właściwościach. Celem inżynierii genetycznej jest terapia, kiedy jednak naukowcy wkroczyli na pewien szlak, trudno im będzie wyznaczyć granice, których przekraczać nie powinni. Jeżeli weźmiemy przy tym pod uwagę powstanie rynku zapotrzebowania na usługi genetyczne, to istnieje realne niebezpieczeństwo nadużywania tej technologii. W stosunkowo krótkim czasie stoimy przed niebezpieczeństwem potraktowania człowieka przedmiotowo, jako "królika doświadczalnego". Już teraz ostre sprzeciwy budzi perspektywa używania do eksperymentów genetycznych zarodków, np. tych, które stanowią nadwyżkę w procesie zapłodnienia in vitro.Z kolei normalne funkcjonowanie naszego gatunku może zostać zachwiane z powodu zmniejszenia zróżnicowania genetycznego, ponieważ im większe zróżnicowanie tym większa zdolność dostosowania się gatunku do zmieniających się warunków i gwarancja jego przetrwania. Paradoksalnie więc może okazać się, że działając w interesie jednostki, zagrożone może zostać społeczeństwo. Ponadto usunięcie z puli genetycznej gatunku pewnych odmian materiału genetycznego z jednej strony, oraz aktywna kierunkowa zmiana tego materiału w celu osiągnięcia pewnych zamierzonych rezultatów jest niebezpieczna z ewolucyjnego punktu widzenia. Trudno przewidzieć jakie będą konsekwencje manipulacji genetycznych w kolejnych pokoleniach, skoro zostanie naruszona naturalna zasada mieszania się i doboru genomów.
Na koniec należy wziąć pod uwagę przemiany demograficzne. Obecnie społeczeństwa zachodnie koncentrują się na trosce głównie o sprawy jednostki, jej standardzie życia i osiąganiu osobistego szczęścia; w krajach Afryki i Azji "naczelną normą jest maksymalizacja reprodukcji". Jeżeli inżynieria genetyczna z jednej strony wyeliminuje niektóre choroby, dziesiątkujące dzisiaj ludność Trzeciego Świata , oraz z drugiej strony pomoże ograniczyć głód (np. poprzez genetyczne podniesienie wydajności płodów rolnych, co spowoduje obniżenie ich cen), to świat może stanąć przed groźbą gwałtownego wzrostu ludności świata. Może okazać się, że na taką rewolucję demograficzną nie są przygotowane zarówno kultury tych społeczeństw, jak i środowisko.

Moim zdaniem inżynieria genetyczna może nieść ze sobą wiele dobra jak i zła. Niecenionym byłby fakt wyeliminowania z ludzkości takich chorób jak AIDS czy Down. Wiele osób marzy już teraz o takim postępie , który pomógłby w wyeliminowaniu ciężkich schorzeń poprzez badania prenatalne. Jednak niesie to ze sobą również wiele zagrożeń militarnych, oraz biologicznych. Naukowcy posiadają władzę mogłabym żec , boską , bawiąc się genami. Od nich tylko zależy nasze bezpieczeństwo i do czego niedościgniona wiedza będzie wykorzystana.
Nie zapominajmy, że tyle ile jest nowych badań , odkryć czy posunięć w dziedzinie tak ważnej dla życia ludzkiego – tyle rodzi się nowych zagadnień i wyzwań dla społeczeństwa. Powstają nowe pytania i niebezpieczeństwa.
Nie zapominajmy, że tyle ile jest nowych badań , odkryć czy posunięć w dziedzinie tak ważnej dla życia ludzkiego- tyle jest możliwości i spełnienia marzeń dla zwykłych szarych ludzi jak my.