Ko geni nepravilno delujejo

V verigah DNK se občasno pojavljajo napake, imenovane mutacije. Mutacije lahko pomenijo spremembo le v enem baznem paru ali pa izgubo velikega dela DNK. Na pojav mutacij vplivajo številni dejavniki. Mutacije se dogajajo pri podvajanju DNK, saj kljub nadzornim mehanizmom encimi, ki DNK podvajajo, včasih naredijo napako. Spremembe v DNK povzročajo tudi ultravijolični žarki, radioaktivnost, številne naravne ali umetne snovi in še veliko razlogov bi lahko našteli. Mutacije se v življenju pojavljajo neprestano, vendar jih je večina neškodljivih. Geni so le manjši del celotne DNK, saj so med posameznimi geni (pa tudi znotraj njih) dolgi odseki, za katere še ne vemo, kakšno vlogo imajo. Ker je take DNK, ki jo nekateri imenujejo kar odpadna DNK, več kot tiste, ki sestavlja gene, se v njej pojavlja tudi sorazmerno več mutacij. Po eni od teorij naj bi bil pomen te DNK prav to, da se v njej pojavljajo mutacije in organizem tako zmanjšuje pojavljanje mutacij v tistih delih DNK, kjer bi prizadele njegovo delovanje. Prav tako tudi vse mutacije v genih niso vedno škodljive. Ker več trojk baznih parov pomeni v abecedi DNK isto aminokislino, pogosto sprememba ene baze ne bo pomenila spremembe sestave beljakovine, pa tudi če se to zgodi, sprememba ene same aminokisline pogosto ne povzroči hude napake v delovanju beljakovine. A občasno se pojavijo take mutacije, pri katerih se spremeni ali izbriše večji del DNK ali se spremeni sporočilo za zelo pomemben del beljakovine. Posledica takih mutacij so različne genetske okvare in bolezni, pa tudi rakasta obolenja. Mutacije so prav tako lahko koristne. Občasno se v DNK pojavijo mutacije, ki bodo vplivale na spremembo v organizmu, tako da bo ta laže preživel v okolju. Take mutacije se bodo seveda prenašale v naslednje generacije in zelo počasi pripeljale do očitnih sprememb pri živalih ali rastlinah. Mutacije so torej nujno potrebne zaradi evolucije, saj brez njih ne bi bilo napredka, in po eni od evolucijskih teorij bi vrsta, ki bi se nehala spreminjati, bila v boju za obstanek hitro iztrebljena. Brez sprememb, ki so se pojavljale naključno v DNK v milijonih let, bi bila tudi zemlja videti precej bolj dolgočasno, saj so se le zaradi neprestanih sprememb v zaporedjih DNK lahko razvile vse različne živalske in rastlinske vrste, skupaj z nami samimi.

Genetske bolezni

Težave pa nastanejo, ko se pojavijo mutacije s škodljivimi posledicami. Nihče si ne želi otroka s kakšno telesno ali umsko hibo ali kakšno neprijetno genetsko boleznijo. Vendar se to neprestano dogaja in tudi rakasta obolenja so posledica sprememb v DNK. Pred približno desetletjem se je prvič pričelo resno govoriti o možnostih tako imenovane genske terapije, se pravi o spreminjanju in popravljanju genov v človeških celicah. A na žalost moramo ugotoviti, da kljub nekaterim obetavnim dosežkom in nekaj uspešno izpeljanim ozdravljenjem genetskih bolezni večinoma še vedno nimamo orodij, da bi se lahko lotili popravljanja okvarjenih genov rutinsko. Največji problem slej ko prej ostaja, kako prenesti popravljeni gen na točno določeno mesto, tja, kjer je pokvarjeni gen, ki ga želimo zamenjati. Tako imenovana homologna rekombinacija, kar pomeni, da se gen, ki ga vnesemo v jedro neke celice, zamenja točno z okvarjenim genom, se dogodi zelo redko, zato je direkten vnos DNK v celice, vsaj z današnjimi metodami, popolnoma neuporaben. Ne samo da gen, ki se vsadi na neko drugo mesto, pogosto ne bo deloval pravilno, večji problem je, da naključno vstavljeni geni lahko povzročijo rakasto obolenje. To pomeni, da bi s takim posegom prišli z dežja pod kap - pozdravili bi genetsko bolezen, hkrati pa povzročili rakasto obolenje, zaradi katerega bi pacient umrl. Ta problem so pri redkih danes mogočih genetskih zdravljenjih zaobšli tako, da so celice iz bolnikovega organizma prenesli v epruveto, tam vanje vnesli normalen gen in nato izmed tisoč celic, ki so se delile v epruveti, poiskali tiste, pri katerih je normalen gen zamenjal okvarjenega, ni pa se vnesel nikamor drugam v celotni DNK. Sliši se dokaj preprosto, pa vendarle ni. Prva težava je, da se normalno človeške celice ne delijo v nedogled, temveč po toliko in toliko delitvah umrejo, razen zelo redkih celic, imenovanih zarodne celice. Zaradi tega je ta postopek omejen na bolezni, pri katerih so prizadete take neprestano deleče se celice.

Prva uspešno pozdravljena genetska bolezen je bila zato bolezen, pri kateri ne deluje encim, imenovan adenozinska deaminaza (ADA). Pri bolnikih s to boleznijo je okvarjen sistem obrambe telesa pred bakterijami in vsemi drugimi vsiljivci, ker njihove bele krvničke ne delujejo pravilno oziroma sploh ne delujejo, ker nimajo encima ADA. Zaradi tega lahko takega otroka ubije že povsem nedolžna okužba, ki bi pri zdravem otroku povzročila le prehlad ali pa niti tega. Krvne celice so ene redkih celic v telesu, ki se neprestano obnavljajo. V kostnem mozgu so skrite tako imenovane krvne zarodne celice, ki se neprestano delijo in iz njih nastajajo vedno nove krvničke. Zaradi tega je mogoče bolniku s to boleznijo iz kostnega mozga odvzeti krvne zarodne celice, jih gojiti v epruveti toliko časa, da v njih zamenjamo okvarjeni gen z normalnim, in nato tiste celice, pri katerih se je opravila natančna zamenjava okvarjenega gena, vsadimo nazaj istemu bolniku. Ta postopek so prvič opravili v ZDA leta 1990 in od takrat večkrat ponovili. Otroci, ki bi bili drugače obsojeni na smrt ali življenje znotraj sterilnega balona, tako danes živijo normalno življenje. Na žalost pa je ta postopek uporaben le pri manjšem delu genetskih bolezni, saj so pri večini drugih bolezni prizadete celice, ki jih ne moremo gojiti v epruveti tako kot krvne zarodne celice.

Veliko raziskovalcev se zato trudi najti načine, kako dostaviti gene v človeške celice. Največ se poskuša s spremenjenimi virusi. Virusi, najpreprostejša živa bitja, so v bistvu sestavljeni le iz verige DNK (ali v nekaterih primerih RNK) ter beljakovinske ovojnice. Nekateri virusi celice napadejo tako, da svojo DNK vnesejo v DNK gostitelja in izkoristijo samega gostitelja, da proizvaja sestavne dela virusa. Prav ta lastnost, da lahko svojo DNK vstavijo v človeško ali živalsko DNK, daje upanje, da bomo morda z virusi lahko rešili problem dostave popravljenih genov v človeške celice. Viruse pred tako uporabo seveda močno spremenijo, odstranijo jim vse gene, ki so škodljivi za celico, in ohranijo le tiste, ki so potrebni, da virus vstopi v celico in vstavi svojo DNK v jedro, k tem virusnim genom pa dodajo še popravljeni gen. A tudi tu ostaja težava, kako zagotoviti, da bi virus vstavil DNK s popravljenim genom na točno določeno mesto, ne pa kam, kjer bi lahko povzročila nastanek raka. Drugi problem pri virusih je, da jih organizem prepozna kot tujke in jih zaradi tega napade. Zato lahko uporaba takih virusov sproži hudo vnetje, ponavadi prav v organu, ki je že tako prizadet zaradi genetske bolezni in ga želimo pozdraviti. Pri zdravljenju genetskih bolezni zatorej ostaja največji problem še naprej dostava popravljenega gena na pravo mesto. Kljub zastoju po začetnem valu navdušenja in optimizma okoli leta 1990 stvar le ni tako brezupna. Številni laboratoriji po svetu se ukvarjajo s problemom dostavljanja DNK v celice in nedvomno bo kdo kmalu rešil problem. Navsezadnje je treba vedeti, da pri vsakem novem zdravilu preteče vsaj deset let od odkritja do pričetka uporabe, pri genski terapiji pa ne govorimo le o novem zdravilu, temveč o popolnoma novem konceptu zdravljenja. Pesimizem zatorej najverjetneje ni utemeljen, saj je vendarle preteklo šele deset let od prvih poskusov genetskega zdravljenja in nedvomno bodo prihodnja leta prinesla velik napredek tudi pri tem.

Rakasta obolenja

Čeprav se tega pogosto ne zavedamo, so tudi ene najpogostejših bolezni današnjega časa, različna rakasta obolenja, genetske bolezni. Pri rakastih obolenjih gre najpogosteje za to, da celice v odraslem organizmu nehajo biti specializirane in postanejo bolj podobne celicam, kakršne najdemo v zarodku. Pričnejo se zelo hitro deliti, tako kot to počnejo različne celice v zarodku, le da je v zarodku ta proces urejen, rakaste celice pa navadno ubežijo vsakršnemu nadzoru. V zarodku je hitro deljenje celic potrebno zaradi rasti in razvoja novega organizma, nekontrolirana rast celic v odraslem organizmu pa je hudo nevarna in vemo, da so maligna rakasta obolenja nazadnje vedno smrtna, če jih ne pričnemo zdraviti dovolj zgodaj. Mnoge genetske bolezni so posledica nepravilnega delovanja (ali nedelovanja) le enega gena, pri rakastih obolenjih pa gre najpogosteje za sočasno nepravilno delovanje več genov. Zaradi tega so rakasta obolenja pogostejša pri starejših ljudeh. Ker se mutacije pojavljajo v DNK vse življenje, je razumljivo, da je možnost, da se bodo pojavile mutacije hkrati v petih ali šestih genih, kar je potrebno za pričetek rakaste rasti nekaterih tkiv, večja pri višji starosti. Nagnjenost k rakastim obolenjem pa se lahko tudi podeduje, če od staršev prejmemo nekatere kopije genov z mutacijami, ki bodo lahko kasneje prispevale k nastanku rakastega obolenja. Enostavno povedano, recimo, da je za nastanek rakastega obolenja potrebna okvara petih genov - če dva od teh genov že okvarjena podedujemo od staršev, je verjetnost, da se bodo pozneje v življenju pojavile mutacije še v preostalih treh genih in bomo zaradi tega zboleli za rakom, toliko večja, kot če smo imeli ob rojstvu vseh pet genov neokvarjenih in bi se torej morale mutacije na novo pojaviti v vseh petih.

Pred nekaj leti je bil odkrit gen z dolgočasnim imenom p53, za katerega pa se je izkazalo, da je izjemno pomemben pri nastanku rakastih obolenj. Ugotovili so, da je ta gen okvarjen pri več kot polovici bolnikov z rakastimi obolenji. Delovanje tega gena je pomembno pri samopreverjanju celic, ali je njihova DNK neokvarjena in se bodo zaradi tega lahko delile ali bodo umrle (v celicah obstaja več takih mehanizmov, ki zagotavljajo normalno delovanje organizma). Če mehanizem, katerega del je p53, odkrije napako v DNK, bo sprožil v celici samomor in tako preprečil še hujše posledice za celoten organizem, kot je lahko nekontrolirana, se pravi rakasta rast celic. Če je p53 zaradi mutacije okvarjen, ta nadzorni proces ne deluje več in celica spregleda napako v DNK, ki lahko privede do rakaste novotvorbe. Ker je p53 udeležen pri nastanku tako veliko rakastih obolenj pri ljudeh, se zdi zanimiva tarča za genetsko zdravljenje, se pravi, da bi ga v okvarjenih celicah zamenjali z zdravim, to pa bi v rakastih celicah povzročilo celični samomor. Seveda se tudi tu srečamo z istim vprašanjem kot pri bolj enostavnih genetskih boleznih, kako spraviti neokvarjeni gen na točno določeno mesto znotraj celičnega jedra, in dokler ne bomo rešili tega vprašanja, bo tudi zdravljenje raka z gensko terapijo ostalo neuresničljiva želja. V zadnjih letih raziskovalci neprestano odkrivajo nove gene, ki sodelujejo pri nastanku rakastih obolenj. Danes poznamo že veliko tako imenovanih onkogenov, ki sodelujejo pri nastanku rakastih obolenj. Zelo veliko pozornosti je pred nekaj leti vzbudilo odkritje dveh genov, imenovanih BRCA1 in BRCA2, ki sta udeležena pri nastanku raka na dojki, vendar za zdaj še ne vemo, kakšna je vloga teh dveh genov pri normalnih procesih v organizmu, pa tudi ne, zakaj okvara prav teh dveh genov privede do nastanka raka na dojki.

Čeprav za zdaj okvarjenih genov še ne moremo popravljati, je odkrivanje onkogenov vseeno pomembno. Poznavanje, kateri geni (in kaj je njihova vloga v celicah) sodelujejo pri nastanku rakastih obolenj, nam pomaga razumeti, zakaj se pojavi rakasto obolenje. Prav tako lahko s pregledom DNK napovemo, ali ima posameznik v primerjavi z drugimi več možnosti, da bo zbolel za rakastim obolenjem. Seveda je onkogenov preveč, da bi lahko vsakega človeka pregledali, vsaj z metodami, ki jih imamo na voljo danes (vendar metode, ki se razvijajo zdaj, obetajo, da bodo tudi to revolucionarno spremenile). Lahko pa ugotavljamo mutacije nekaterih genov pri ljudeh, katerih bližnji sorodniki so imeli raka. Prav rak na dojki je obolenje, pri katerem se nagnjenost močno deduje. Pogosto se zgodi, da ima kar nekaj žensk v isti družini to bolezen. Ženskam iz take družine lahko tako danes pregledamo DNK in ugotovimo, ali so od svojih mater podedovale spremenjene gene, ki pomenijo večjo verjetnost, da bodo kdaj v življenju zbolele za rakom. S tem vedenjem so nato lahko take ženske precej bolj previdne in hodijo na redne preglede, saj je dovolj zgodaj odkrit rak na dojki danes popolnoma ozdravljiva bolezen, podobno pa velja tudi za številne druge oblike rakastih obolenj.

Izsledki raziskav rakastih obolenj v molekularno-bioloških laboratorijih so prav pred kratkim privedli do popolnoma novega zdravila za zdravljenje raka. Pred nekaj tedni je urad za zdravila v ZDA (FDA) odobril uporabo zdravila, imenovanega Gleevec. Uporabo zdravila za zdravljenje bolnikov s posebno obliko krvnega raka (kronične mieloidne levkemije) so odobrili izjemno hitro, veliko hitreje kot traja postopek odobritve sicer. Vzrok za to hitrost so izsledki kliničnih poskusov pri bolnikih, saj se je zdravilo izkazalo za izjemno uspešno. Nekaj bolnikov s to obliko krvnega raka, ki so imeli pred seboj le še nekaj mesecev življenja, si je po pričetku zdravljenja z Gleevecom izjemno opomoglo in lahko danes živijo skoraj normalno življenje. Gleevec ima tudi zelo malo stranskih učinkov, sploh v primerjavi s klasično kemoterapijo ali obsevanjem. Gleevec je prvo zdravilo, ki je nastalo kot plod našega razumevanja raka na molekularni ravni. Do sedaj so se rakasta obolenja zdravila z operacijami in predvsem z obsevanjem ter s kemoterapijo. Princip tega zdravljenja je, da uničimo vse hitro deleče se celice, to pa pomeni, da uničujemo tudi povsem zdrave celice v našem telesu. Zaradi tega imata obsevanje in kemoterapija veliko hudih stranskih učinkov. Gleevec pa je prvo zdravilo, ki napada le rakaste celice. Genetske raziskave so pokazale, da je vzrok za kronično mieloidno levkemijo napaka v delovanju sporočilnih sistemov v celici, ki urejajo deljenje krvnih celic. Ker ta sporočilni sistem ne deluje več, se celice pričnejo nenadzorovano deliti in to nazadnje pripelje do smrti bolnika. Gleevec učinkuje tako, da zavre delovanje enega od genov, ki ne delujejo pravilno, v rakastih celicah. Tako celice prenehajo dobivati signale, naj se delijo, in krvni rak se ustavi. Poleg Gleeveca je zdaj še nekaj drugih zdravil, ki delujejo specifično na rakaste celice, na stopnji kliničnih poskusov. To pomeni, da bodo, če se bodo izkazala za varna in učinkovita, na voljo za zdravljenje v prihodnjih letih. Nekatera podobno kot Gleevec zavirajo rast rakastih celic, druga zavirajo tvorbo novih žil, ki jih potrebuje rak za rast, nekatera pa spodbudijo rakaste celice, da storijo celični samomor. Vsa ta in še druga zdravila, ki bodo prišla v uporabo v prihodnjih letih, so plod dolgoletnih genetskih raziskav, s katerimi smo se naučili, kako nastane rakasto obolenje, kako rak raste in končno uniči organizem. Zdravila kot Gleevec pomenijo majhno revolucijo pri zdravljenju rakastih obolenj in kažejo pomembnost genetskih raziskav v medicini.