Странице

недеља, 12. мај 2013.

Istorijat i uticaj genetike na medicinu


http://en.wikipedia.org/wiki/Gregor_Mendel
        Prikazivanje istorijske istine je isto toliko izazovno kao i potraga za naučnom istinom te su i naši stavovi o ljudkim naporima tokom vekova išli u korist pobednika, kako onih koji su pobedjivali na vojnim i političkim poljima, tako i onih na naučnim. Iako je istorija genetike i njen uticaj na medicinu jedno od otkrića od kojih zastaje dah, a od koga su pacijenti i njihove porodice već imali velike koristi, ipak će se uspeh genetike u savremenom svetu meriti samo kontinuiranim progresom u lečenju i prevenciji bolesti.

Gregor Mendel i zakoni nasleđivanja

    Razvoj genetike je tokom XX veka postao zaista spektakularan. Početkom veka, 1900. godine, Mendelovi principi su čekali da budu otkriveni, hromozomi su bili jedva vidljivi, a molekularna genetika nije ni postojala. Nasuprot tome, u današnje vreme hromozomi se analiziraju veoma sofisticiranim metodama, a objavljena je i sekvenca celokupnog genoma čoveka. Napravljena je lista od blizu 11.000 gena čoveka poznate sekvence i opisano je skoro 6.000 naslednih bolesti ili fenotipova, od kojih je za 2.200 poznata molekularno-genetička osnova.
    Usled revolucije u nauci, ali i u mnogim naučnim istraživanjima, genetika počinje značajno da utiče na skoro sve grane medicine. Najnovija otkrića ne bave se samo retkim naslednim bolestima i sindromima već i spituju i mnogo nasleđene poremećaje kod odraslih, kao što su kardiovaskularne bolesti, psihijatrijske bolesti i kancer, a koje takođe mogu biti izazvane genetskim varijacijama. Otuda danas genetika zauzima centralno mesto u medicinskoj nauci.
Da bismo što bolje objasnili razvoj i napredak nauke o genetici, započećemo s kratkim pregledom najznačajnijih događaja u istoriji genetike u medicini.
    Ne zna se tačno kada se Homo sapiens prvi put pojavio na ovoj planeti, ali su se naučnici saglasili da bi to moglo biti pre oko 50.000 do 200.000 godina. Razumno je pretpostaviti da su naši prvi razumni preci bili isto tako znatiželjni kao i mi kada je reč o nasleđivanju i da su se baš kao i mi danas suočavali s rađenjem dece s fizičkim nedostacima. Natpisi u Chaldea u Vavilonu, današnjem Iraku, koji datiraju još od pre 6.000 godina, prikazuju način prenošenja određenih karakteristika konjske grive. Ipak, rani pokušaji da se otkriju misterije genetike bili su stalno ometani nedostatkom znanja i nerazumevanja osnovnih procesa kao što su začeće i reprodukcija.
Rani grčki filozofi i lekari, Aristotel i Hipokrat, zaključili su s tipičnom muškom skromnošću da su bitne karakteristike čoveka određene muškim semenom, da se mensturalna krv koristi kao medijum, a uterus kao inkubator. Mislilo se da se muško seme proizvodi u celom organizmu, pa će otuda ćelavi očevi začinjati ćelavu decu. Te ideje su preovladavale sve do 17. veka, kada su holandski naučnici Leeuwenhoek i de Graf otkrili postojanje spermatozoida i jajne ćelije, objašnjavajući tako da i žene mogu prenositi karakteristike na svoje potomstvo.
Procvat nauke u 18. i 19. veku doveo je do ponovnog interesovanja za genetiku, kako kod naučnika, tako i kod lekara. Među tim naučnicima dvojica su se naročito isticala. Francuski prirodnjak Pierre de Maupertius proučavao je nasledne osobine kao što su polidaktilija (prekobrojni prsti) i albinizam (odsustvo pigmentacije). Proučavajući rodoslovna stavla zaključio je da se te dve karakteristike nasleđuju na različite načine. Britanski lekar Joseph Adams (1756-1818.) takođe je otkrio da postoje različiti mehanizmi nasleđivanja i publikovao delo pod naslovom Rasprava o mogućim osobinama naslednih bolesti, koje se smatra osnovnom za genetsko savetovanje.
Za razumevanje humene genetike mnogo dugujemo radu austrijskog kaluđera Gregora Mendela (1822-1884.), koji je 1865. godine u časopisu Natural History Society of Brunn, Bohemia, današnje Brno u Šekoj, izneo rezultate svojih eksperimenata o ukrštanju baštenskog graška. Ubrzo potom Mendelova zapažanja su objavljena u časopisu Transactions of the Society, gde su nažalost prošla poprilično nezapaženo. Konačno 1900. godine, 16 godina posle njegove smrti, prvi put se uviđa njihov veliki značaj. Suština Mendelovog rada je u otkriću naslednih činilaca i načina na koji se oni nasleđuju. Termin gen prvi put je dao danski botaničar Johannsen 1909. godine, a potiče od reči pangen koju je uveo De Vries. Taj termin potiče od reči pangeneza koju je koristio Darwin još 1868. kao priznanje Medelovom doprinosu, termin Mendelovo nasleđivanje danas se primenjuje na različite oblike nasleđivanja svojstava koje kontroliše jedan gen, ali i na poremećaje za koje je dokazano da su posledica defekata u jednom genu.
U svojim eksperimentima ukrštanja Mendel je proučavao alternativne oblike određenih svojstava baštenskog graška, koristeći za svaki eksperiment linije koje se razlikuju samo u jednom svojstvu. Na primer, primetio je da kada se neke linije, uzgajane zbog svoje karakteristike kao što je visina, ukrštena sa biljkama patuljastog rasta, sve biljke u prvoj filijalnoj generaciji, ili F1 generaciji, bile su visoke. Ako su biljke iz F1 generacije samooplođene, dobijene su visoke i niske biljke u odnosu 3:1. Svojstva koja su se manifestovala u F1 hibridima smatraju se dominantnim, dok su ona koja su se ponovo pojavila u F2 generaciji opisana kao recesivna. Ponovnom analizom ukazano je na to da su Mendelovi rezultati „suviše dobri da bi bili tačni“. Ipak, nosioci dominantnih i recesivnih obeležija javljali su se u F2 generaciji u nesumnjivom odnosu 3:1, što je mnogo bolji rezultat nego što bi zakoni statistike mogli da predvide. Jedno od mogućih objašnjenja jeste i to da je on možda objavljivao samo one rezultate koji su najbolje odgovarali njegovoj prethodno zamišljenoj hipotezi delovanja jednog gena. Kakva god da je bila istina, kasniji događaji su pokazali da je Mendelova interpretacija dobijenih rezultata bila u potpunosti tačna.
Mendelova pretpostavka bila je da je svako svojstvo koje se proučava kontrolisano parom faktora, od kojih je svaki nasleđen od jednog roditelja. Čiste linije s dva identična gena, korišćene za početno ukrštanje nazivaju se homozigotne. Hibridne biljke F1 generacije, od kojih svaka ima po jedan genski alel za visoku i jadan za nisku stabljiku, označene su kao heterozigotne. Geni odgovorni za kontrastna obeležija zovu se alelomori ili aleli.
Na osnovu Mendelovih eksperimenata s biljkama ustanovljena su tri glavna principa, poznata kao zakoni uniformnosti, razdvajanja i nezavisnog kombinovanja.

Zakon uniformnosti

Zakon uniformnosti odnosi se na činjenicu da se ukrštanjem dva homozigota s različitim alelima dobija potomstvo, tj. F1 generacija, koje je uniformno i heterozigotno. Drugim rečima, konstrastne osobine se ne mešaju, kao što se ranije verovalo, a mogu se ponovo pojaviti u narednim generacijama.

Zakon razdvajanja

Činjenica je da svaka jedinka poseduje dva gena za određeno svojstvo, a da samo jedan može biti prenesen u datom trenutku osnova je zakona razdvajanja. Retki izuzeci od tog pravila mogu se javiti kada se dva alalna gena ne razdvoje zbog nerazdvajanja hromozoma u prvoj mejotičkoj deobi.

Zakon nezavisnog kombinovanja

Zakon nezavisnog kombinovanja odnosi se na činjenicu da se članovi različitih genskih parova razdvajaju u potpmstvu nezavisno jedan od drugog. Ponekad to nije tačno jer se geni koji se nalaze jedan pored drugog na istom hromozomu nasleđuju zajedno, a nazivaju se vezani geni. Postoje i mnogi drugi slučajevi kada se narušavaju Mendelovi zakoni nasleđivanja, ali i uprkos svemu tome oni ostaju osnova za razumevanje genetike.

Hromozomska osnova nasleđivanja

Istovremeno kako je raslo interesovanje za Mendelovo nasledjivanje, počelo je mnogo da se spekuliše o načinima nasleđivanja. U to vreme se znalo da svaka ćelija sadrži jedro u kome se nalaze končaste strukture poznate kao hromozomi, tako nazvani zbog njihovog afiniteta za određene boje (chroma – boja, soma – telo). Od druge polovine 19. veka hromozomi su mogli da budu proučavani zbog razvoja citoloških tehnika bojenja. Ćelije u stadijumu mitoze proučavane su još od 1880. godine, da bi tek 1902. godine Walter Sutton, američki student medicine, i Theodour Boveri, nemački biolog, nezavisno jedan od drugog predložili da hromozomi mogu biti nosioci nasleđivanja. Zatim, Thomas Morgan transforimiše Sutonovu hromozomsku teoriju u teoriju gena, a Alfons Janssens uočava formiranje hijazmi između homologih hromozoma tokom mejoze. Tokom kasnih dvadesetih godina 20. veka, a zatim 1930. godine Cyril Darlington postaje vodeći svetski citolog, omogućavajući da se razjasni struktura hromozoma korišćenjem lala sakupljenih za vreme ekspedicije u Persiji. Tokom 1920. termin genom (genome) ulazi u naučni rečnik, sjedinjujući reči genom (gen na nemačkom jeziku) i ome za hromozome.
Kada je Mendelovo nasleđivanje prvi put povezano s hromozomima, mislilo se da je normalan broj hromozoma kod ljudi 48, iako su se pojavljivali i neki drugi podaci. Broj od 48 hromozoma dobijen je tokom istraživanja koje je 1921. godine obavio Theophilus Painter, američki citolog koji je bio Boverijev student. U stvari, sam Painter je imao neke preparate koji su jasno prikazivali 46 hromozoma, mada se i on na kraju ipak zadržao na broju 48. Te razlike su verovatnopoticale od lošeg kvaliteta preparata, jer čak i u ranim pedesetim prošlog veka nailazimo na to da citolozi broje 48 hromozoma. Tek 1956. godine Tjio i Levan su utvrdili da je tačan broj hromozoma čoveka 46, a to je bilo tri godine posle otkrića tačne strukture DNK.