Prihaja čas, ko si bomo lahko brez težav naročili izpis lastnega genoma. V ta namen je nastala celo nova industrijska zvrst, ki so jo poimenovali osebna genomika (personal genomics). Prva podjetja so že začela ponujati storitev določanja zaporedja črk genskega koda posameznikov, a si to za zdaj lahko privoščijo le dovolj bogati. Cene branja posameznega genoma se po trenutnih cenikih v letu 2008 začenjajo nekje pri tretjini milijona dolarjev, kar je za običajnega zemljana še vedno zelo velik znesek, a menda je povpraševanje kar veliko.

Človek in gorila

Zadnja leta so nas navduševale novice, da je znanstvenikom uspelo prebrati genome naših evolucijsko najbližjih sorodnikov iz živalskega sveta. To je pomenilo, da smo lahko tudi na molekularni ravni vedno bolj natančno določili, v čem se ljudje razlikujemo od drugih živih bitij, oziroma kaj natanko v našem zapisu DNK nas dela ljudi. Napredek na tem področju znanosti je resnično bliskovit in pravkar je tehnika stopila še za en pomemben korak naprej. Znanstveniki lahko neposredno preučujejo tudi, kaj v genetskem zapisu nam določa povsem individualne lastnosti in ne več le lastnosti biološke vrste.

Pri reviji Science vsako leto izberejo nekaj največjih dosežkov, ki so zaznamovali znanost tekočega leta. Uredništvo revije je letos na prvo mesto uvrstilo raziskave genetskih variacij med ljudmi. Ocenjujejo namreč, da je v človeškem genomu približno 15 milijonov mest, kjer se lahko genetski zapis pri enem človeku razlikuje od zapisa pri drugem. Do sredine leta 2007 jim je uspela določiti že 3 milijone takšnih mest. Tako znanstvenike ne zanima več le, kateri deli posameznikovega genoma so odgovorni za to, da je človek človek in ne na primer gorila, ampak tudi, kaj ga dela drugačnega od drugih pripadnikov človeške vrste.

Kaj je genom?

Genom si lahko predstavljamo kot zelo debelo knjigo, ki je napisana s pomočjo preproste abecede. Doslej znanstveniki še niso odkrili živega bitja, ki ne bi uporabljal tehnike zapisovanja genetske informacije, ki temelji na zgolj štirih “črkah” genetske abecede. To so slavne štiri nukleotidne baze A, T, C in G, ki gradijo verigo DNK, in so enake pri vseh živih bitjih.

Podobno kot zaporedja črk v knjigi sestavljajo besede in stavke, tudi zaporedje nukleotidov v molekuli DNK zapisuje informacije, ki jih živa bitja potrebujejo za izgradnjo celičnih “robotov” – proteinov, ki v celicah in organizmih opravljajo najrazličnejša dela.

Seveda si znanstveniki, že odkar so pred dobrimi petdesetimi leti odkrili strukturo molekule DNK in način shranjevanja genetske informacije s pomočjo molekularne abecede, želijo tudi sami prebrati genetski zapis posameznih genov, pa tudi celotnih organizmov. Vendar branje molekularnih genetskih knjig nikakor ni preprosto. Štiri molekularne črke A, T, C in G so namreč tako majhne, da jih niti z najboljšimi mikroskopi ne moremo razbrati, kaj šele, da bi z mikroskopi prebirali cele romane. Zato so morali znanstveniki iznajti zelo zvite načine, kako prebirati te miniaturne zapise.

Do bistvenih spoznanj, ki so okoli leta 1975 omogočila vzpostaviti učinkovite načine branja genetskih informacij, je prišel Anglež Frederick Sanger, ki je hkrati tudi eden redkih znanstvenikov, ki je kar dvakrat prejel Nobelovo nagrado (leta 1958 in 1980). Z dvema Nobelovima se lahko pohvalijo le še Marie Curie, John Bardeen in Linus Pauling, pri čemer je Pauling prejel svojo drugo Nobelovo nagrado za mir in ne za znanstvene dosežke.

Sanger je med drugim razvil metodo, kako lahko s pomočjo nekakšnega molekularnega rezanja, lepljenja in barvanja genetsko knjigo razseka na male delčke, ki jih lahko nato uredi po velikosti in iz dolžine teh odsekov razbere zaporedje nukleotidov oziroma črk, ne da bi neposredno pogledal posamezno črko zaporedja.

Kako beremo genski zapis?

Za molekularne črke genetske abecede velja posebnost, da so medsebojno lepljive. Črka A se rada lepi s črko T, C pa z G. Če zmešamo skupaj posamezne črke in kos zaporedja DNK, bodo celični roboti začeli postopoma lepiti prosto lebdeče črke k zaporedju DNK. Vendar se ta proces ne začne kar sam od sebe, ampak se mora najprej na razprto molekulo DNK vezati vsaj ena že zgrajena kratka beseda iz črk molekularne abecede, ki natančno ustreza odseku molekule DNK. Recimo, da je na molekuli DNK nekje zaporedje, ki se začenja z nizom GGCTCAC… Če k takšni molekuli dodamo kratko “besedo” CCGA, se bo prilepila na molekulo DNK prav na opisanem mestu, saj se zaporedje CCGA neposredno ujema in zato “lepi” z zaporedjem GGCT. Ko pa je enkrat takšna beseda že prilepljena na molekulo DNK, celični roboti sami začnejo proces nadaljnjega dodajanja ustreznih črk.

Sangerjeva ideja je bila, da je v mešanico črk poleg pravih A-jev, T-jev, C-jev in G-jev uvedel še nekaj spremenjenih črk. Bistvena značilnost teh črk je, da se ne obnašajo povsem enako kot običajne črke genetske abecede. Ko se vežejo na zaporedje, ne pustijo več, da bi se zraven pripenjale nove črke. Ko se veže takšna, malo spremenjena črka, se pisanje zaporedja ustavi. Prav tako so te spremenjene črke obarvane. Vsaka namreč “sveti” z drugačno barvo.

Poskusimo si celotno metodo predstaviti še z malo drugačno prispodobo. Recimo, da je genetski zapis spravljen v dolgi verigi, ki je zgrajena iz štirih vrst členov. Naša želja je, da bi ugotovili, v kakšnem zaporedju si sledijo členi verige, a žal naš mikroskop ni dovolj močan, da bi lahko pogledali vsak člen verige posebej in prebrali na njem zapisano črko. Kaj lahko naredimo? Ker vemo, da se členi verige s pomočjo celičnih robotov sami gradijo po vzorcu že zgrajene verige, dodamo najprej že izdelan mali košček verige (ang. primer), nato pa prepustimo robotom, da ga dograjujejo s pomočjo novih členov, ki prosto lebdijo v okolici.

Če bi robotom pustili povsem proste roke, bi izdelali veliko kopij iste molekule, ki ne bi bila nič drugačna od izvorne, a to nam pri samem branju zaporedja črk na členih nič ne pomaga. Zato robotom podtaknemo še malo spremenjene člene, ki jih lahko uporabijo in vgradijo v verigo, vendar za njimi verige ne morejo več graditi naprej. Ko se tak spremenjeni člen vgradi v verigo, se na tem mestu veriga konča.

Sedaj moramo verige le še urediti po velikosti. To storimo tako, da zanje priredimo nekakšno tekmovanje v teku čez ovire. Verige damo v gel in vse skupaj postavimo v električno polje. Krajše verige se bodo v gelu zaradi električnega polja premikale hitreje kot večje. Čez čas se tako razporedijo po velikosti in iz barve posameznih verig lahko razberemo zaporedje črk genetskega zapisa.

Sodobne naprave so to metodo seveda še bistveno bolj izpopolnile in avtomatizirale, tako da znajo moderne naprave za sekveniranje povsem avtomatsko že zelo hitro brati genski zapis v molekulah DNK.

Pomen varovanja genetskih podatkov

Seveda se ob vse bolj množični in cenovno vedno bolj dostopni tehniki prebiranja celotnih človeških genomov hitro zastavijo tudi povsem praktična vprašanja. Težko sicer rečemo, da javno objavljen genom posameznika povsem razgali in postavi vsem na ogled njegove najbolj intimne značilnosti, a vseeno je mogoče iz zapisa DNK razbrati marsikaj.

Znanih je že zelo veliko malih genetskih napak, ki bistveno povečajo verjetnost, da bo posameznik nekoč zbolel za kako neozdravljivo boleznijo. Gotovo je, da se bo odnos okolice do osebe, za katero postane javno znano, da lahko vsak trenutek zboli, bistveno spremenil. Najhuje pa je, da posameznik z javno objavo svojega genoma ne razkrije le svojih bioloških skrivnosti, ampak hkrati razgali tudi skrivnosti svojih bližnjih sorodnikov. Genomi “krvnih” sorodnikov so seveda zelo podobni, tako da je, če ima en član družine dedno bolezen, zelo verjetno, da jo bo imel tudi kdo drug v družini, tudi če tega sam (še) ne ve.