Zmeda črk namesto knjige

Leta 1977 prvi virus, leta 1995 prva bakterija, leta 2000 prvi sesalec - človek. Takšno je zelo površno časovno zaporedje napredka v določanju genskih zapisov (genomov) živih organizmov. Določitev človeškega genoma je bila takrat izjemno pomembna in je zaposlovala na stotine znanstvenikov iz več držav. Odkar pa sta Francis Collins (vodja javno financiranega projekta Human Genome Project) in Craig Venter (vodja konkurenčnega komercialnega določanja človeškega genoma) v Beli hiši skupaj s takratnim ameriškim predsednikom Billom Clintonom in z britanskim premierom Tonyjem Blairom naznanila skorajšnje dokončanje svojih projektov, se je tehnologija za določanje genskih zaporedij razvijala z izjemno hitrostjo. Stroški določanja genoma so se med letoma 1999 in 2009 zmanjšali za 14.000-krat. Konzorcij Human Genome Project je za svoj dosežek potreboval 3 milijarde dolarjev, danes pa lahko naročite izdelavo genoma že za manj kot 20 tisoč dolarjev. Francis Collins je v reviji Nature ponudil še en zanimiv primer. Gen, ki povzroča cistično fibrozo (redko gensko bolezen), so raziskovalci iz več laboratorijev s skupnimi močmi odkrili leta 1989, po več letih dela in porabljenih 50 milijonih dolarjev. »Danes bi dober študent z dostopom do interneta in ustrezno opremo to lahko napravil v nekaj dneh.« Kot poudarja dr. Roman Jerala s Kemijskega inštituta, je zadnja leta »rast zmogljivosti določanja sekvenc DNK precej hitrejša kot rast zmogljivosti računalnikov po znamenitem Moorovem zakonu«.

Razočaranje

Kar se tiče uporabe znanja, ki smo ga pridobili z določitvijo človeškega genoma, pa med večino znanstvenikov vlada precejšnje razočaranje. Sploh v medicini je bil razvoj novih načinov zdravljenja veliko počasnejši od pričakovanega. Izdelanih je bilo sicer nekaj novih učinkovitih zdravil za nekatere vrste raka, za več zdravil je na podlagi informacij v genomu mogoče sklepati, kako bodo učinkovala pri posameznem pacientu. »Vsekakor pa smo pošteni, če priznamo, da določitev človeškega genoma za zdaj ni vplivala na zdravstveno varstvo večine ljudi,« je zapisal Collins. Za nekakšno razočaranje lahko štejemo tudi to, da so pred določitvijo človeškega genoma znanstveniki pričakovali, da imamo ljudje vsaj kakih 100 tisoč genov, ki zapisujejo »recept« za izdelavo beljakovin. Danes vemo, da jih je komaj kaj več od 20 tisoč. Se je pa z določitvijo genoma pojavila množica novih vprašanj, ki jih znanstveniki (morda naivno) niso pričakovali. Izkazalo se je na primer, da tako imenovana odpadna DNK, del genoma, ki ne zapisuje »receptov« za izdelavo beljakovin, nikakor ni odpadna, temveč je ključna za delovanje organizma, saj v številnih primerih določa izražanje genov in s tem lahko tudi ključne lastnosti organizma. Pa o njej vemo še zelo zelo malo. »Pričakovanja glede človeškega genoma so bila bombastična. Pričakovali smo, da bo, če preberemo vse črke v knjigi, iz teh črk zelo lahko sestaviti besede in stavke. Nekatere strani so že zelo dobro sestavljene, ponekod pa smo še vedno na ravni črk in posameznih besed ter stavkov,« pravi dr. Damjana Rozman z Medicinske fakultete Univerze v Ljubljani.
Naše znanje o genomih, njihovi raznolikosti in s tem njihovih raznolikih vplivih na lastnosti organizma je še vedno »površno«. Do danes je bilo na primer dokončanih 709 genomov bakterij, še več kot tisoč jih je v delu. A glede na mnenja, da naj bi se v samo 10 gramih prsti skrivalo kar 10 milijonov različnih vrst bakterij, bo priložnosti za delo še več kot dovolj. Prav tako pa je pri večini določenih genomov na voljo en sam primerek genoma. Pri tistih nekaj najzanimivejših bakterijah, ki so imele to čast, da so znanstveniki določili genome več primerkov iste vrste, pa se je pokazalo, da to za razumevanje genoma bakterij še zdaleč ni dovolj, saj so z vsakim novim določenim genomom iste vrste odkrili več deset novih genov, ki jih prej »pregledani« primerki niso imeli. En sam primerek torej zelo malo pove o genskem potencialu vrste.
Podobno je pri človeku. Do zdaj je bilo objavljenih nekaj več kot 20 človeških genomov (med drugim južnoafriškega nadškofa Desmonda Tutuja), vendar večina teh ni bila sestavljena povsem na novo. Pri sestavljanju se znanstveniki večinoma opirajo na referenčni genom, ki so ga iz DNK več posameznikov sestavili pri Human Genome Projectu. Ker pa je tudi referenčni genom »zgolj« 99,99-odstotno pravilen, se lahko pri sestavljanju pojavijo napake, ki se zaradi enega samega referenčnega genoma vedno znova reproducirajo. Šele z določanjem vedno več človeških genomov na novo, brez uporabe referenčnega genoma, in njihovo primerjavo z lastnostmi teh ljudi bo mogoče z večjo gotovostjo sklepati o dejanski povezanosti delov genoma z lastnostmi organizma in bolezenskimi stanji. Nekatere najpogostejše genske razlike med ljudmi so sicer že precej dobro znane, še vedno pa ostajajo številne manj pogoste razlike, ki so prav tako lahko povezane z nastankom različnih bolezni in ki jih znanstvenikom zaradi za zdaj premajhnega števila določenih genomov še ni uspelo zaznati. Tako je vprašljiva točnost interpretacije pomena nekaterih značilnosti genoma za morebiten razvoj bolezni, saj utegnejo imeti za zdaj neznani oziroma nerazumljeni deli genoma pri tem ključno vlogo, ki pa je pač še ne poznamo. Že prihodnje leto naj bi skupina znanstvenikov sicer končala fazo zbiranja podatkov za projekt, v okviru katerega so si za nalogo postavili natančno določitev tisoč genomov različnih ljudi. Seveda bo trajalo še nekaj časa, da bodo pridobljene podatke sestavili in osmislili.

Industrija

Vsega skupaj so se znanstveniki do danes lotili določanja približno 4000 genomov različnih organizmov, če odštejemo viruse, pa dobimo še vedno veliko številko, približno 2500. Med rastlinami je ta čast pripadla na primer koruzi, soji in vinski trti, med živalmi pa so na primer že bili določeni pasji, kravji, konjski, mačji in prašičji genom. Na seznamu so tudi genom šimpanza, afriškega slona in še nekaj bolj eksotičnih živali, na primer genom kljunaša, avstralskega endemita.
Kar zadeva infrastrukturo in znanje za določanje genomov, so zdaj vodilni Američani. A to se bo, kot na številnih drugih področjih, v kratkem spremenilo. Seveda bo ta položaj prevzela Kitajska. Na kitajskem inštitutu BGI s sedežem v industrijskem mestu Shenzen, v »tovarni sveta«, se zadeve lotevajo temu ustrezno - tovarniško. Januarja so naročili 128 najnovejših in najhitrejših naprav za določanje genskih zaporedij, s katerimi bodo imeli zmogljivost za določitev 10 tisočih človeških genomov na leto. Njihov cilj je določati genska zaporedja z dvakrat večjo hitrostjo in s polovico manjšimi stroški, kot to počnejo konkurenti. Na opozorila, da se utegnejo zaradi hitrega razvoja tehnologije kmalu znajti v mučnem položaju, zadolženi in s kupom zastarele opreme, pa odgovarjajo, da bodo opremo, ko bo treba, pač zamenjali. Do zdaj so se proslavili z določitvijo genoma pande, riža, kumare, virusa SARS in 4000 let starega Grenlandca. Njihovi načrti pa so megalomanski. Želijo izdelati gensko drevo življenja z genomom za vsako od množice različnih vej, nastalih med evolucijskim razvojem. V ta namen načrtujejo določitev genoma 10 tisoč mikrobov ter tisoč živali in rastlin.

Slovenska realnost

V Sloveniji smo v genomiki v primerjavi z napredkom v svetu v precejšnjem zaostanku. Julija smo sicer končno dobili prvi »slovenski« genom, genom črne kvasovke Hortaea werneckii, ki so jo pred leti odkrili v Sečoveljskih solinah, naseljuje pa tudi soline in slana okolja drugod po svetu. Kot pojasnjuje dr. Nina Gunde - Cimerman z Biotehniške fakultete, ena od vodij slovenskega dela projekta, ki ga izvajajo skupaj s Kanadčani, gre za modelni organizem za raziskave prilagoditev na izjemno slano okolje pri glivah. Eden od ciljev je tudi odkritje genov, ki so primerni za vnos v agronomsko pomembne rastline in s tem povečanje tolerance rastlin za sol. »Eden glavnih problemov današnje globalne agronomije je zasoljevanje tal zaradi segrevanja, izsuševanja in tudi umetnega namakanja,« pojasnjuje Gunde - Cimermanova. Zdaj pridobljene podatke še obdelujejo, zato izsledkov niso še nikjer objavili. Že septembra naj bi se začelo določanje genoma druge glive iz Sečoveljskih solin, tokrat v sodelovanju z že omenjenim kitajskim centrom BGI.
Še vedno pa v Sloveniji čakamo na prvo domačo aparaturo za določanje genskih zaporedij in prvo domačo pobudo za določitev genoma katere od avtohtonih vrst zapletenejših organizmov pri nas. V Centru za funkcijsko genomiko in biočipe (CFGBC) in v Medicinskem centru za molekularno biologijo Medicinske fakultete Univerze v Ljubljani so se sicer odločili za nakup dveh naprav za določanje genskih zaporedij (t. i. sekvenatorjev) in na razpisu Agencije za raziskovalno dejavnost (ARRS) dobili odobrenih 60 odstotkov sredstev (okoli pol milijona evrov), vendar jim zaradi siceršnjih denarnih težav še vedno ni uspelo zapreti finančnih konstrukcij za nakup. A niti to jim ne bi pomagalo, saj bi potrebovali tudi dovolj uporabnikov, ki bi bili sposobni plačati še vedno precej drago obratovanje naprav. »To je zdaj glavni problem v Sloveniji - imamo dve tretjini denarja za dve dragi aparaturi, nihče nima še zadnje tretjine, potencialni uporabniki pa so tudi brez materialnih sredstev za pogon,« pravi vodja CFGBC dr. Damjana Rozman. Hud udarec je zanje pomenil prenos številnih Lekovih raziskav v raziskovalne centre švicarskega lastnika v tujini. Še bolj pa jih je udaril »poraz« na lanskem razpisu za Centre odličnosti in za projekte ARRS, s čimer so bili ob nekaj milijonov evrov sredstev. Po besedah Rozmanove smo danes pri funkcijskih raziskavah genoma v Sloveniji veliko bolj oddaljeni od svetovnega vrha, kot smo bili še pred petimi leti. »Razvoj tehnologij je šel v zadnjem obdobju eksponentno naprej, mi pa smo tehnološko ostali na ravni leta 2003.«
Ta zaostanek je povzročil, da bi jih tudi ob uspešnem nakupu opreme in zadostnem številu uporabnikov najprej čakalo obdobje izobraževanja raziskovalcev, ki bi bili sposobni razumeti in upravljati množico pridobljenih podatkov. »Res je, da bodo Kitajci in Korejci vedno cenejši, vendar se moramo zavedati, da je treba skrbeti za lasten nacionalni intelektualni potencial. Brez nove opreme strokovnjakov pogenomske dobe ne moremo izobraziti. Študentom medicine lahko ponudimo le malo s tega področja,« opozarja Rozmanova. Kot poudarja, je poznavanje pogenomskih tehnologij strateškega pomena, saj gre za enega od temeljev medicine prihodnjih desetletij. Dve napravi, ki ju imajo v načrtu, bi ta hip po njenem prepričanju sicer zadostili vsem slovenskim potrebam, že v prihodnjem desetletju pa bodo take naprave, opozarja, del standardne opreme vseh večjih bolnišničnih oddelkov.
Kar se tiče določitve genoma katere od avtohtonih slovenskih vrst - strokovnjaki omenjajo človeško ribico, kranjsko čebelo, hmelj, ajdo ... -, pa je za zdaj vse v fazi neformalnega razmišljanja. Resen projekt bo verjetno izvedljiv šele čez nekaj let. »Ker se cena določanja genskih zaporedij vztrajno zmanjšuje, vsi začenjajo razmišljati o kakšnem projektu v tej smeri. Cena se namreč približuje tisti, ki jo zmoremo tudi v okviru slovenskih projektov. Kljub temu pa menim, da bo v Sloveniji zadeva še nekaj časa omejena na genome bakterij in gliv, ki so precej manjši,« meni dr. Gregor Anderluh z Biotehniške fakultete. Genom človeške ribice je na primer, kot nas je poučil njegov kolega dr. Jernej Jakše, kar 15-krat večji od človeškega in zato še vedno velikanski finančni zalogaj. Sploh pa bo po mnenju dr. Anderluha zaradi pomanjkanja opreme in analitičnega znanja preteklo še veliko časa, preden bomo v Sloveniji sami, brez pomoči tujine, sposobni določiti kakršenkoli genom.
Po mnenju dr. Romana Jerale niti ni potrebe po lastnih zmogljivostih. »Če bi se v Sloveniji pokazala potreba po določanju genoma, bi se nedvomno bolj splačalo uporabiti ''outsourcing'', kje drugje kot na Kitajskem. Navsezadnje so tudi Danci uporabili kitajske zmogljivosti za določitev genoma 4000 let zamrznjenega Inuita, najdenega na Grenlandiji.« Tudi v tem primeru smo tako bolj ali manj »nekonkurenčni« in obsojeni na uvoz »poceni« kitajskega blaga.