Naukowcy wszczepili myszy ludzkie nerwy i mogli nią sterować. Genetyka posunęła się już dalej, niż można sobie wyobrazić

Co więcej, geny te mogą być wprowadzone selektywnie w określoną populację neuronów. To się wszystko robi na poziomie embrionu (chociaż są też techniki wprowadzania genu kodującego to wrażliwe na światło białko już do żyjącego, dorosłego zwierzęcia). Jak taka mysz dorośnie, to można aktywować te białka światłem. Ta aktywacja powoduje określone zachowania zwierzęcia np. będzie ono niespokojne, lękliwe albo - wręcz przeciwnie - śmiałe, eksplorujące otoczenie. Może być także bardziej lub mniej podatne na substancje uzależniające lub też szybciej albo wolniej się uczyć. Wiedząc, w jakich neuronach mamy ten gen, którego produkt czyli białko - aktywujemy światłem i obserwując zmiany w zachowaniu zwierzęcia, możemy badać szlaki neuronalne zaangażowane w te reakcje. To bardzo ciekawa dziedzina, nazywa się optogenetyka.

Cały obszar śledzenia - badania i mapowania - sieci połączeń neuronowych to nazywa się konoktemiką i jest jedną z dziedzin neuronauki, najważniejszą spośród tych którymi zajmują się w BRAIN.

Problem w tym, że była ona rozproszona, po wszystkich tych ośrodkach, w którym dokonywano obrazowania. Poza tym te dane nieco się różniły, bo aparaty pomiarowe były nieco inne... BRAIN powstał m.in. po to, by uwspólnić, ujednolicić ten cenny materiał, tworząc jedną bazę wspólnych danych nie tylko o tych konkretnych schorzeniach, które każdy badał. Dzięki temu takie badania, które dostarczają mnóstwo informacji, a które w danym szpitalu nie są akurat mało potrzebne, komuś innemu mogą się bardzo przydać.

Ogromny postęp, jaki obecnie następuje, wynika z kilku osiągnięć, które dokonały się na przełomie wieków. Na początku XXI wieku opublikowano prawie pełną sekwencję ludzkiego genomu, kończąc tym samym wielki projekt międzynarodowy, w którym uczestniczyły instytucje rządowe, ale też i prywatne. Był to tzw. Human Genome Project.

Ponadto niebagatelną rolę ma tu także rozwój technik badawczych. Na przełomie lat 80-tych i 90-tych poszukiwanie genu odpowiedzialnego za chorobę Huntingtona trwało 10 lat i angażowało wielu ludzi z dużej liczby ośrodków badawczych. Obecnie jest to znacznie szybsze.

Poza tym ogromny postęp w technikach informatycznych, zwiększenie mocy obliczeniowej komputerów, początki bioinformatyki, internet. To wszystko pozwoliło na tworzenie ogromnych baz danych grupujących sekwencje genetyczne, sekwencje białek, na porównywanie i poszukiwanie różnic prowadzących do rozmaitych patologii, ale też gromadzenie wiedzy podstawowej, łatwość komunikacji i wymiany informacji pomiędzy naukowcami.

I w końcu także wielki postęp w technikach obrazowania żywego mózgu, wzrost rozdzielczości tych technik, szczególnie tzw. funkcjonalnego rezonansu magnetycznego.

Genetyka może wiele. Dziś już nawet klonowanie organizmów wyższych jest możliwe i nawet się dzieje (słynna owieczka Dolly). Teoretycznie możliwe jest również zwiększanie wydajności różnych układów czy narządów. Ostatnio czytałam o bardzo ciekawych badaniach polegających na wszczepieniu myszom genetycznie zmienionych ludzkich komórek mózgowych. Mówię o tym, bo to badanie właśnie najlepiej ukazuje możliwości genetyki, na jakie ona już osiągnęła.

Zacznijmy od tego, że komórki wątroby czy serca są bardzo podobne u zwierząt i u ludzi. Neurony w zasadzie też - w tym sensie, że ich budowa, funkcjonowanie, charakterystyka prądowa itp. są bardzo zbliżone.

Pierwotnie, przed erą mikroelektrod, badania nad przewodzeniem impulsu nerwowego robiono najpierw na tzw. gigantycznym (2 mm) neuronie mątwy, jedynym możliwym modelu, na którym wówczas eksperymenty w tym obszarze były możliwe. I już wtedy okazało się, że w zasadzie neurony organizmów wyższych pracują według tych samych schematów, co u innych – niższych – gatunków.

Wszystkie mózgi, oprócz neuronów, mają komórki zwane astrocytami. Do niedawna astrocyty uważano za swego rodzaju "rusztowanie dla neuronów". Miały pełnić rolę podtrzymującą , opiekuńczą. Jednakże niedawne wnikliwe badania pokazały wiele dość fundamentalnych różnic pomiędzy astrocytami człowieka, a tymi zwierzęcymi. Ludzkie są większe, mają znacznie więcej wypustek i „obsługują" znacznie więcej połączeń neuronalnych.

Naukowcy zaczęli się zastanawiać, co by się stało, gdyby ludzkie astrocyty „zainstalować” w mózgach zwierząt. I zrobili to.

Za zgodą odpowiednich komisji etycznych, pozyskali komórki z ludzkich embrionów (red. - pochodzących z aborcji). Dalej z tych komórek wyosobniono te, które miały być astrocytami. Te zaś zmodyfikowano genetycznie tak, aby „świeciły" (dodano im gen kodujący białko, które fluoryzuje) i wszczepiono je do mysiego mózgu. One tam sobie dojrzały i oplotły po swojemu (a więc bardziej wydajnie) neurony mysie. Wszystko to można było zobaczyć pod mikroskopem, właśnie dlatego, że komórki „świeciły". Myszy z ludzkimi astrocytami zostały przebadane w najrozmaitszych testach behawioralnych i elektrofizjologicznych i okazało się, że "biją na głowę" swoich pobratymców. Po prostu ich lepiej dopieszczone neurony pracowały wydajniej.

Tak, to niesamowita historia, ale może budzić lęk. Na szczęście badania nad embrionami ludzkimi są bardzo rzadkie i obwarowane ścisłymi regulacjami. Jako ciekawostkę dodam, że gdy przebadano mózg Einsteina, to w jego określonych regionach znaleziono różnice w ilości astrocytów, co jak można dedukować, wpłynęło na jego geniusz.

Ludzkość jest wspaniała! Osobiście zachwycam się codziennie potęgą ludzkiego umysłu, tym jak fantastycznie poznaliśmy i opisaliśmy Naturę (zawsze chylę czoła przed fizykami, szczególnie tymi z przełomu XiX i XX wieku) i jak umiemy wykorzystać Jej wszystkie siły i właściwości. Zachwyca mnie, jak bardzo poznaliśmy również biologiczną stronę natury – takie odkrycia jak ewolucjonizm, odkrycie kodu genetycznego itp. zapierają dech w piersiach. Wszystko co nas otacza we współczesnym cywilizowanym świecie jest stworzone przez człowieka na bazie tego, co oferowała nam natura. Jednak ludzkość, jak wiadomo, to sprzeczności - sacrum i profanum, yin i yang, wielkość i dno…

Tak jak Nobel się obawiał, obawiam się i ja… Tak jak energia atomowa: ma swoją fantastyczną twarz (dostarcza nam energii), ma też i niestety twarz grzyba nad Hiroszimą.

Podobnie, genetyka molekularna – możliwości modyfikacji organizmów w celach badawczych a przede wszystkim w celach terapeutycznych – może pomóc przywracać zdrowie czy ratować życie, ale też i doprowadzić do stworzenia potwora. Nie tylko świadomie, przez „złych ludzi” ale także przez przypadek, brak wiedzy, zaniechanie.

Trzeba być ostrożnym i pokornym, by nie doprowadzić się do stadium pychy, że „człowiek jest stwórcą”. Ale osobiście myślę, że pokora jest zawsze potrzebna, właściwie nawet niezbędna i to nie tylko genetykom.

Osobiście uważam, że z organizmami modyfikowanymi genetycznie ludzkość żyje cały czas. Robili i robią to hodowcy zwierząt i roślin, ulepszając swoje produkty poprzez krzyżówki. Teraz robi się to po prostu szybciej i wydajniej, bardziej efektywnie.

Genom wielu organizmów jest już poznany, ale jeszcze wielu relacji pomiędzy sekwencjami kodującymi geny, a sekwencjami regulatorowymi albo też ogromnymi obszarami sekwencji balastowych, nie znamy. Istnieje więc obawa, że manipulacje w owych sekwencjach, mogą prowadzić do jakichś wad i niepożądanych skutków w organizmach modyfikowanych. To fakt takie niebezpieczeństwo może istnieć, choć nie musi.

Naukowiec powinien cechować się wnikliwością, umiejętnością weryfikacji źródeł informacji i samych informacji – „diabeł zwykle tkwi w szczegółach”, a o nich trudno się dyskutuje, jeżeli partner w dyskusji nie ma podstawowej wiedzy.

Dyskusja nad klonowaniem człowieka szła w stronę możliwości przedłużenia sobie życia przez dawcę komórki, która miałaby być podstawą rozwoju nowego człowieka. To totalna bzdura! Nowy człowiek, który by się urodził, chociaż identyczny pod względem genetycznym z „dawcą”, miałby swoje życie, inny dom rodzinny, inną szkołę, innych przyjaciół, czytałby inne książki, słuchałby innej muzyki czyli wszystko to, co kształtuje naszą osobowość byłoby inne. To po prostu byłoby inne życie, innej samodzielnej istoty, które w żadnym wypadku nie byłoby przedłużeniem życia „dawcy”.

Poznajemy genetyczne podstawy schorzeń, ale nie umiemy ich jeszcze leczyć. Terapia genowa nie przyniosła na razie spektakularnych wyników, ale ciągle się próbuje. W zasadzie trzeba wiedzieć, że każda komórka danego organizmu ma ten sam zestaw genów, tylko nie w każdej te same geny są aktywne, dlatego komórka wątroby różni się od komórki mięśnia albo mózgu. Ale jak jest gen wadliwy, to on jest wszędzie wadliwy. W niektórych komórkach on i tak nie funkcjonuje, ale nie ma dobrych sposobów, żeby go zmienić, zablokować, odblokować tam, gdzie to jest akurat potrzebne.

Z jednej strony - najważniejsze próby związane z terapią genową dotyczą komórek układu krwionośnego . Można pobrać krew lub szpik od pacjenta, oczyścić ten materiał ze złych komórek - albo wprowadzić „dobry gen” czy zablokować ten wadliwy - namnożyć te prawidłowe poza organizmem i podać je z powrotem.

Wcześniej jednak trzeba pacjenta pozbawić wszystkich wadliwych komórek, co jest niebezpieczne samo w sobie, bo taki pacjent nie ma wtedy w ogóle odporności, trzeba stworzyć sterylne warunki całej operacji itp. Próby są więc podejmowane, ale wszystko zajmuje czas.

W obszarze schorzeń neuropsychiatrycznych sprawa jest jeszcze trudniejsza, bo są to złożone schorzenia, jeżeli dziedziczone, to wielogenowo. Tu jeszcze nie mamy postępu. Nawet wspomniana już tu przeze mnie choroba Huntingtona, która wynika ze zmiany genetycznej tylko w jednym genie, o czym wiemy już od 1993 roku, nadal nie jest jeszcze uleczalna.

Najłatwiej to wyjaśnić tak: genom człowieka to 3 miliardy „cegiełek”, z których jest zbudowane DNA, w każdej komórce. Często jest tak, że wystarczy zmiana jednej takiej cegiełki i już jest choroba, czasem zmiany są większe, dotyczą dłuższych fragmentów.

Ktoś może mieć wadliwy zapis w jakimś fragmencie swojego genomu, ale zmiana się nie ujawnia u niego, jest maskowana przez inny, bliźniaczy fragment (bo generalnie nasze DNA jest popakowane w chromosomy, których człowiek ma 46, ale mówimy że są to 23 pary - bo są właśnie bliźniacze, jeden od matki, jeden od ojca...). Taka zmiana może się nie ujawniać u „nosiciela” tejże i nie musi się nawet ujawnić u jego potomka. Niemniej może się ujawnić w drugim pokoleniu, kiedy ten fragment genomu z bliźniaczego chromosomu nie będzie miał zdolności maskowania albo będzie miał taką samą zmianę. Zmiany tych cegiełek budujących DNA to są mutacje. One nie tylko są dziedziczone, ale mogą też być nabywane za życia. Nie ma takiej możliwości, żeby totalnie wyeliminować je wszystkie. Bo nawet nie wiemy, kto jest nosicielem jakiej niekorzystnej zmiany.

Oczywiście, jak znamy dokładnie genetyczną przyczynę choroby - jak w chorobie Huntingtona - to badanie jest możliwe. Wtedy można np. nie decydować się na potomstwo - ale to będzie eliminowanie tej choroby z danej rodziny, a nie z populacji. Zresztą, badać się mogą tylko członkowie rodzin, w których występowało to schorzenie, ono ujawnia się dopiero w okolicach 40-tki więc czasem - nie wiedząc wiele o swoich przodkach – dotknięte tą chorobą osoby, już mają dzieci.

Nie jesteśmy może przodownikami w dziedzinie genetyki, ale weźmy pod uwagę to, że kiedy świat rozpoczął sekwencjonowanie genomu człowieka i genomów innych organizmów modelowych, to my w Polsce nie wiedzieliśmy jak wygląda automatyczny sekwenator. Nikt nie marzył nawet o kupnie takiego sprzętu. Dlatego my, w Polsce, bardziej korzystamy z osiągnięć genetyki i zajmujemy się biologią molekularną i genomiką funkcjonalną, niż stricte genetyką.

W nauce pracuję od 1986 r. I tak miałam szczęście, bo pracowałam w bardzo dobrym, nowoczesnym instytucie, otwartym na świat, na ile to wtedy było możliwe. Powiem może niepopularnie: uważam, że obecnie jest super. Nigdy nie było takich możliwości – finansowych, komunikacyjnych itp.

Obserwuję jednak moich współpracowników i sadzę, że dopiero obecni doktoranci są pokoleniem, które jest całkowicie kompatybilne ze światem. Nie mają kompleksów, znają języki, są równorzędnymi partnerami dla swojego pokolenia na Zachodzie. Nie chodzi mi o to, że „teraz trzeba stawiać tylko na młodzież”. Oni oczywiście stawiają swoje pierwsze kroki na fundamencie, którzy stworzyliśmy my, starsi i tego nie można nie doceniać. Ale to, że żyją w zupełnie innej rzeczywistości niejako od początku – jest wielkim atutem.

Mamy w Polsce wieloletnie zapóźnienia, ale to się zmienia i to jest wspaniałe. Zawsze w naukach przyrodniczych potrzeba pieniędzy – bo kosztują odczynniki, aparatura, zwierzęta. I pieniędzy mogłoby być więcej – bo obecnie choć zdecydowanie uważam, że mamy więcej pieniędzy w nauce niż mieliśmy wcześniej, ale i nasi koledzy na Zachodzie też mają ich więcej niż mieli, co oznacza, że mają dużo więcej niż my, więc wciąż uciekają, są szybsi, wydajniejsi. Zawsze mówię jednak moim współpracownikom: „choćby w ostatnim wagonie pędzącego pociągu, ale jedziemy”.

Fatalne dla nauki jest to, że podlegamy np. ustawie o zamówieniach publicznych, musimy wszystko kupować „przez przetargi”, gdzie często decyduje cena – co w ogóle jest fatalne, a dodatkowo procedury są długie, a to bardzo spowalnia proces „robienia nauki”. To bym absolutnie zmieniła! Zdobywamy pieniądze na badania w różnych konkursach, wypadałoby zaufać, że jak już je mamy to będziemy je wydatkować według najlepszej wiedzy.

Zdecydowanie poznanie mózgu człowieka w takim stopniu jak nicienia byłoby fenomenalnym osiągnięciem. Wyzwaniem jest tu wspomniana już konektomika. W USA pracuje się nad stworzeniem mapy mózgu w stylu Google Map.

Mózg w przeciwieństwie do np. wątroby czy serca da się modelować, badać . Mózg nie tylko składa się z miliardów komórek, neuronów oraz komórek glejowych (astrocytów, oligodendrocytów i mikrogleju), ale ma bardzo złożoną budowę. Składa się z rozmaitych struktur: kory mózgowej, prążkowia, hipokampa, jadra migdałowatego, istoty czarnej, uzdeczki, wzgórza, podwzgórza itp. Każda z tych struktur mózgowych ma określoną budowę, neurony budujące te struktury są nieco inne, łączą się ze sobą i wzajemnie na siebie wpływają – poznanie tych wzajemnych relacji dokładnie, stworzenie dokładnej mapy połączeń – to byłoby coś!