RAPORT

Imigranci na granicy z Białorusią

Genotyp każdej tkanki z osobna, czyli dlaczego serce nie wygląda jak mózg

Pojedyncza komórka musi „ogarniać wszystkie tematy” (fot. Shuttestock/HQuality)
Pojedyncza komórka musi „ogarniać wszystkie tematy” (fot. Shuttestock/HQuality)

20 lat temu zsekwencjonowano ludzki genom. Zakończył się wtedy jeden z, jak się wydawało, największych projektów naukowych ludzkości. I już wszystko mieliśmy wiedzieć. Po co zatem badać od dekady genetycznie każdą tkankę i rodzaj komórek ludzkich z osobna? Bo nie jesteśmy zbiorem małych, identycznie wyglądających komórek-kulek, tylko skomplikowanym organizmem – człowiekiem. Zbudowanym z komórek „różnych, różnistych”.

Placebo czy nie placebo?

Czy granulki z cukru albo kapsułki z suszonym burakiem działają tylko wtedy, gdy nie mamy pojęcia, że to nie żaden bezcenny lek? Czy istnieje jakiś...

zobacz więcej

Najdawniejszy ewolucyjnie byt żywy , co jest niebakteryjny (więc np. sinice się nie liczą), wielokomórkowy, ale wszystkie te komórki są jakieś takie identyczne, to by były chyba np. wielokomórkowe zielenice typu chlorokokowców oraz gąbki – uznawane z kolei za beztkankowe zwierzęta. Reszta wielokomórkowego świata tworzy jakieś tkanki – chociaż dwie. Czyli np. z innych komórek się składa, a innymi rozmnaża.

Dlaczego? Bo kluczem do rozwoju w większe i coraz większe formy (a w naturze duży może na ogół więcej, jak w reklamie pewnego towarzystwa ubezpieczeniowego) jest specjalizacja. I znowu „lecąc” inną z reklam, tym razem proszku do prania, można to prosto ująć, że „jak coś jest do wszystkiego, to jest do niczego”.

Tak to działa w świecie zbudowanym z komórek. Pojedyncza komórka musi „ogarniać wszystkie tematy”: odbierać bardzo złożone sygnały i bodźce ze środowiska, magazynować nadmiar pokarmu, wydalać co zbędne lub szkodliwe, komunikować środowisku, jak z nią jest, bronić się przed inwazją z zewnątrz, rozmnażać etc. A organizm wielokomórkowy tak został przez matkę ewolucję ociosany przez miliardy lat, że konkretne zadania powierza konkretnym wyspecjalizowanym komórkom i powstałym z nich tkankom.

I choć organizmów jednokomórkowych per saldo jest na naszej planecie więcej (czego nie widać, bo są na ogół w pojedynkę niewidoczne gołym okiem), to tzw. „korona stworzenia”, czyli my we własnych osobach, jesteśmy wielokomórkowi i tkankowi do granic.

Szczepienia przeciw grypie w dobie COVID-19

Ministerstwo Zdrowia i GIS oraz oczywiście WHO i amerykańskie oraz europejskie CDC rekomendują w roku pandemii jak najszersze szczepienia...

zobacz więcej

Skoro zaś każda tkanka, a nawet wyspecjalizowane poszczególne komórki w jej obrębie, robią różne rzeczy, a genom ludzki jest jeden w nich wszystkich (z małymi wyjątkami, ale zaraz do tego wrócę), to jak to się dzieje, ale tak detalicznie?

Tu nastąpić musi parafraza cytatu z mojego ulubionego filmu „Stwórca” z nieodżałowanym Peterem O’Toole w roli głównej: „Po 10 latach nieustannych badań, które pochłonęły bagatela 150 mln dolarów, dobry Bóg raczył udzielić nam odpowiedzi” za pomocą rąk i głów badaczy tworzących projekt Genotype-Tissue Expression (GTEx). Przebadali oni szczegółowo aktywność ok. 20 tys. ludzkich genów (wszystkich kodujących białka w naszym genomie) w każdej ze zdefiniowanych przez siebie 54 rodzajów tkanek i komórek wyspecjalizowanych. Gdzie owa aktywność była mierzona? Tkanki pobierali do natychmiastowej analizy ze zwłok właśnie zmarłych osób.

Jak się mierzy ową aktywność? Po pierwsze trzeba dla każdej z tych tkanek ustalić poziom powstającego tam specyficznie pierwszego produktu aktywności genu, zwanego informacyjnym RNA (messenger RNA, mRNA). Gdyż, jeśli gen jest bardziej aktywny, to w danej tkance w konkretnych warunkach powstanie więcej mRNA „przepisanego” z tego genu. Mierząc zatem poziomy owego mRNA, da się ustalić, czy dany gen jest w tej konkretnej tkance aktywny bardziej, mniej lub nawet wcale.

Mamy jeszcze jednego przodka

Największe nieporozumienie związane z powszechnym rozumieniem ewolucji człowieka polega na przekonaniu, że „człowiek pochodzi od małpy”. Fakty są...

zobacz więcej

Ale hola! Aby robić takie porównania, że coś jest mniejsze lub większe, to trzeba mieć odniesienie – motylek bowiem, mówiąc obrazowo, nie może mieć jednego skrzydełka bardziej. Musimy wiedzieć, od czego bardziej. Tym niezbędnym punktem odniesienia w danej tkance jest uśredniona aktywność genów niezbędnych do przetrwania każdej komórce – czyli odpowiedzialnych za tzw. metabolizm podstawowy.

Dlaczego musimy ustalać ten poziom podstawy dla każdej tkanki z osobna? Gdyż tempo metabolizmu jako całości w różnych tkankach bywa różne. Choć ów metabolizm podstawowy, np. rozpad glukozy do pirogronianu, jest przeprowadzany w każdej komórce organizmu tym samym zestawem enzymów. Skoro mierzymy to dla wielu niezależnych genetycznie osób, udaje się jakoś uśrednić te wyniki.

I w efekcie powstaje bardzo szczególna mapa – mapa aktywności wszystkich genów kodujących białka w różnych ludzkich komórkach i tkankach. Teraz trzeba jeszcze jakoś to mozolnie pospinać z działaniem konkretnych, tkankowo-specyficznych sekwencji regulatorowych w DNA.

Co to znaczy? Aktywność genów nie wynika z działania magicznej różdżki jakiejś, tylko z tego, że w konkretnych tkankach działają konkretne sekwencje regulatorowe w DNA,. Takie przełączniki.

Tu można sobie wyobrazić ludzki genom jako gigantyczny zestaw obwodów elektrycznych. Są takie przełączniki (sekwencje regulatorowe w DNA), które włączają jedne jego części – co widzimy zapalającymi się z różnym natężeniem światła zastawami żaróweczek (aktywne geny, a zatem wyższy lub niższy poziom powstającego mRNA konkretnych genów).

Robaki i stare szkielety

Dziś najpowszechniejsze robaki zakażają ok. 1,5 mld ludzi na świecie. Endemiczne są jednak tylko w tzw. Trzecim Świecie, gdyż Pierwszy Świat rzadko...

zobacz więcej

Mimo, że cały ten skomplikowany gigantyczny obwód elektryczny (genom) jest obecny bez żadnych przeróbek w niemal każdej z komórek organizmu, to w każdej z tkanek świeci się inny zestaw żarówek i to z różnym natężeniem.

Całe zatem badanie Genotype-Tissue Expression to niejako fotografowanie z lotu ptaka tych konkretnych podobwodów elektrycznych, rejestrowanie tych żarówek i włączników. Oczywiście to dotyczy większości komórek, bo rearanżacje na poziomie DNA (czyli „cięcie gięcie” sprawiające, że w danej komórce zanika lub ulega powieleniu jakiś odcinek genomu) są rzadkie i dotyczą np. bardzo wyspecjalizowanych komórek, jak limfocyty B produkujące przeciwciała.

W najbardziej prestiżowych czasopismach naukowych, jak Science, Science Advances i Cell, ukazały się w mijającym tygodniu kolejne z już dziesiątków publikacji będących wynikiem pracy GTEx od 2015 roku, kiedy pojawiła się pierwsza z nich. Pokazująca m.in., że próbki pobrane ze zwłok i zamrożone w -80 st. natychmiast po zgonie (zgodnie z wolą osób, które życzyły sobie, aby ich ciało zostało przekazane na badania medyczne), są wcale niezłym przybliżeniem aktywności genów w żywym jeszcze organizmie.

Wtedy, w roku 2015, zanalizowano w ramach działania konsorcjum niecały tysiąc genów, a próbki do analiz mRNA pobrano z 9 tkanek. W mijającym roku tkanek jest jak dotąd 49, próbek ponad 15 tys. , zaś liczba dawców tkanek do analizy wzrosła 5-krotnie, tak że w 2020 roku było to 838 osób.

Spiskowe teorie, sztuczna inteligencja i językoznawstwo, czyli jak się to robi w Internecie

Czy teorie spiskowe różnią się narracją od realnych spisków? Pandemia COVID-19 była jak jedno wielkie laboratorium obu tych zjawisk. I tak...

zobacz więcej

Cała uzyskana przez GTEx baza danych oraz narzędzia do jej analizy są do ściągnięcia za darmo przez wszystkich naukowców zatrudnionych w jednostkach badawczych.

To wielkie narzędzie do badań w kilku co najmniej zakresach nauki o człowieku. Po pierwsze – w biologii rozwoju, która próbuje ustalić, kiedy i jak oraz dlaczego w czasie życia płodowego konkretne tkanki i wyspecjalizowane komórki w ogóle powstają. Czyli dlaczego serce to serce, a mózg to mózg. Po wtóre – w medycynie, np. onkologii.

Bo to, że jakaś komórka przestaje się zachowywać, jak należąca do konkretnej tkanki, „buntuje się” przeciw organizmowi i zaczyna np. po nim wędrować , dając przerzuty, to też jest wynik zmian w normalnej dla niej, właściwej dla jej tkanki ekspresji genów. Ale także we wszystkich innych obszarach medycznych, bo …

Nie tylko w sekwencji DNA, którą znamy i poznajemy coraz głębiej (ostatnio udało się np., wreszcie przeczytać cały pojedynczy ludzki chromosom – X – od początku do końca bez przerw, mimo że tzw. cały genom ludzki znamy już od 20 lat!) ukryte są przyczyny zmienności osobniczej, rozwoju osobniczego i zmian chorobowych.

Takie, ukryte w sekwencji DNA podłoże tego, że ja to ja, a Ty to Ty, i jesteśmy bardzo podobni, a jednak różni, bada się np. techniką GWAS. Gdzie sekwencje DNA tysięcy ludzi porównuje się ze sobą, aby znaleźć te mutacje, które korelują z konkretną ich cechą, np. leworęcznością (pisałam o tym w szczegółach). 

Natomiast inne źródło naszej różnorodności, powiedziałabym zwłaszcza wewnętrznej, tkankowej, ale także np. między zdrową a chorą tkanką, tkwi właśnie w aktywności genów. Która wcale nie musi wynikać z sekwencji genów. Wynika z działania tysięcy przełączników, sprawiających, że niewielka jednoniciowa cząsteczka, zwana mRNA, w ogóle powstaje i to w konkretnej ilości w komórce.

Miesięcznie baza danych GTEx jest odwiedzana 16 tys. razy przez tych, którzy chcą zrozumieć jak najgłębiej funkcjonowanie człowieka, który jest organizmem tkankowym.

Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne
źródło:
Zobacz więcej