Dechiffreringen av människans genetiska kod

FRÅN VAKNA!:S KORRESPONDENT I STORBRITANNIEN

”BIOLOGINS första ’stora’ vetenskapliga projekt”, det sjätte av ”den nutida världens sju underverk” — båda dessa uttalanden gäller Human Genome Project (Genomprojektet), ett internationellt projekt som syftar till att dechiffrera dig! Ordet ”genọm”, som förekommer i projektets titel, betyder genkomplex, dvs. summan av det genetiska material som du har ärvt — hälften av din far och hälften av din mor och som gör att du är du.

Genetikerna sir Walter Bodmer och Robin McKie kallar Genomprojektet för ”Boken om människan”. Att läsa denna bok är emellertid ingen lätt uppgift. ”En viktigare uppsättning instruktionsböcker kommer människan aldrig att finna”, hävdar James Watson, en av de forskare som tillskrivs äran av att ha upptäckt den nu så kända DNA-molekylens uppbyggnad. ”När de genetiska budskap som finns inkodade i våra DNA-molekyler slutligen uttolkas, kommer de att ge de definitiva förklaringarna av den kemiska grundvalen till människans existens”, förklarar han.

Liksom fallet är med alla stora och kostnadskrävande vetenskapliga projekt har Genomprojektet både supportrar och kritiker. ”Genomprojektet kan komma att bli den slutliga kränkningen av vår personliga integritet”, säger den vetenskaplige skribenten Joel Davis varnande, ”men det kan också öppna fantastiska möjligheter till nytt liv, hälsa och botande.” Vilket fallet än blir kommer projektet att ”i grund förändra den genetiska forskningen” och kanske också ”fullständigt omgestalta Homo sapiens”, menar Davis. År 1989 var George Cahill, vice verkställande direktör för Howard Hughes Medical Institute i USA, mycket positiv till projektet. ”Det kommer att avslöja allt”, sade han. ”Evolutionen, sjukdomar, allting kommer att baseras på det som finns i denna fantastiska spiral som vi kallar DNA.”

En gigantisk uppgift

År 1988 bildade en internationell forskargrupp organisationen HUGO (Human Genome Organization) för att samordna den genforskning som deltagarländerna bedriver. Med en budget på 3,5 miljarder dollar lagrar HUGO deras resultat i en gemensam databas. Trots att datorer nu registrerar tusentals genetiska komponenter varje dag, är människans genuppsättning så komplicerad att forskarna inte räknar med att vara färdiga med dechiffreringen förrän någon gång på tjugohundratalet. Tidskriften Scientific American beräknar att om upplysningarna i genomet publicerades i bokform, skulle det ta ”en tredjedel av en människas livstid” att läsa igenom den.

Efter mycket debatterande har forskarna enats om följande strategi: Först skall de försöka kartlägga genomet för att bestämma positionen för var och en av människans 100.000 gener. Därefter hoppas de att med hjälp av en teknik som kallas sekvensbestämning kunna fastställa den exakta ordningsföljden för de kemiska byggstenar som dessa gener består av. Slutmålet är att sekvensbestämma de återstående 95—98 procenten av vår genuppsättning.

Kommer detta projekt att avslöja allt som finns att veta om mänskligt liv? Innehåller genomet den viktigaste ”uppsättningen instruktionsböcker” som människan någonsin har funnit? Kommer Genomprojektet att frambringa botemedel mot människans alla sjukdomar? De två följande artiklarna tar upp dessa frågor.

Varför du är du

REDAN innan Genomprojektet sattes i gång hade forskarna lärt sig mycket om vår genetiska utrustning. Det är därför termer som ”gener”, ”kromosomer” och ”DNA” ofta förekommer i nyhetsmeddelanden, när tidningarna tillkännager den ena upptäckten efter den andra om vad som enligt forskarna gör oss till vad vi är. Genomprojektet försöker nu bygga vidare på denna kunskap och dechiffrera hela den genetiska koden.

Innan vi går in på hur forskarna går till väga, rekommenderar vi att du läser rutan ”Ritningarna till dig” på sidan 6 i den här tidskriften.

Lokalisering av generna

Som nämndes i förra artikeln har Genomprojektets första mål varit att försöka ta reda på var i kromosomerna de olika generna är belägna. En genjägare liknar detta vid att ”leta efter en trasig glödlampa i ett hus utan adress på en obekant gata i en okänd stad i ett främmande land”. Tidskriften Time hävdar att det är en lika svår uppgift som att ”leta reda på ett telefonnummer utan vare sig adress eller efternamn”. Hur går då dessa vetenskapsmän till väga för att lösa den svåra uppgiften?

För att lokalisera gener som är förknippade med vissa bestämda ärftliga egenskaper och anlag undersöker forskarna personer som tillhör samma familj. På det sättet har de till exempel lyckats spåra gener för färgblindhet, blödarsjuka och gomspalt till vissa platser i en av våra kromosomer. Dessa genetiska ”kartor” är emellertid mycket inexakta — de anger genens läge inom en marginal av cirka fem miljoner baspar.

För att öka precisionen försöker forskarna sammanställa en fysisk karta. En metod som de använder är att spjälka DNA-molekylen i slumpmässigt formade bitar, som de sedan undersöker för att sekvensbestämma vissa genetiska markörer. Ju fler bitarna är, desto svårare är det naturligtvis att ordna dem. Om man jämför varje DNA-fragment med en bok som står på en tydligt markerad bibliotekshylla, kan lokaliserandet av en viss gen liknas vid att ”hitta ett citat i en enda bok i stället för att behöva söka igenom hela biblioteket”, förklarar tidskriften New Scientist. Dessa fysiska kartor gör att de bara behöver söka bland 500.000 baspar. I slutet av år 1993 lade en forskargrupp under ledning av dr Daniel Cohen, verksam vid Center for the Study of Human Polymorphism i Paris, fram något som tidskriften Time kallade ”den första fullständiga — om än något summariska — kartan över det mänskliga genomet”.

Projektets nästa mål är att kartlägga den exakta ordningsföljden av de kemiska beståndsdelarna i var och en av våra 100.000 gener och de övriga delarna av det mänskliga genomet. Allteftersom vetenskapsmännens kunskap om människans DNA ökar, upptäcker de emellertid att genomet är mycket mer komplicerat än de hade föreställt sig.

Läsning av genomet

Generna utgör endast 2—5 procent av vårt genom. Resten brukar kallas ”skräp-DNA”. Tidigare trodde somliga forskare att dessa så kallade oanvändbara sekvenser kom till av en händelse någon gång under evolutionsprocessen. Nu tror man att en del av dessa sekvenser styr DNA-molekylens uppbyggnad och innehåller information som kromosomerna behöver för att kunna tillverka kopior av sig själva i samband med celldelningen.

Forskarna har länge intresserat sig för vad det är som gör att en gen kopplas på och av. Tidskriften New Scientist rapporterar att så många som 10.000 av våra gener kan ha till uppgift att styra tillverkningen av en typ av proteiner som kallas transkriptionsfaktorer. Flera av dessa proteinmolekyler sammanlänkas tydligtvis med varandra och passar då in i en fåra i DNA-molekylen som en nyckel i ett lås. När de väl kommit på plats kan de antingen aktivera en närbelägen gen eller dämpa dess funktion.

Det finns också så kallade repeterande gener, som innehåller ett antal upprepningar av delar av den kemiska koden. En av dessa innehåller normalt mellan 11 och 34 upprepningar av nukleotidsekvensen CAG — en sekvens bestående av tre nukleotider som identifierar en viss aminosyra. Om genen innehåller 37 eller fler upprepningar, orsakar den en degenerativ rubbning i hjärnan som kallas Huntingtons chorea.

Den inbördes ordningsföljden av de olika baserna eller ”bokstäverna” i en gen är också av avgörande betydelse. Om en av de 146 bokstäverna i genen för en av hemoglobinets båda beståndsdelar kommer på fel plats, drabbas personen i fråga av sicklecellsanemi. Kroppen har emellertid ett ”korrekturläsningssystem” som kontrollerar att cellens DNA är korrekt vid delningen. Ett fel i detta system kan enligt uppgift förorsaka cancer i tjocktarmen. Det finns också många andra sjukdomar, till exempel diabetes och vissa hjärtfel, som är genetiskt betingade, även om de inte orsakas av en enda defekt gen, utan av den samlade verkan av många defekta gener.

Omredigering av genomet

Läkare hoppas att Genomprojektet skall ge dem upplysningar som kan hjälpa dem att diagnostisera och behandla människans olika sjukdomar. Man har redan utvecklat tester som kan avslöja abnormiteter i vissa gensekvenser. Somliga fruktar att samvetslösa personer skall använda gentester för rashygieniska ändamål. Ännu så länge är emellertid de flesta människor kritiska till metoder som går ut på att förändra arvsmassan i spermier och äggceller. Även par som överväger provrörsbefruktning och implantation av ett genetiskt normalt embryo måste tänka på vad som händer med de embryon som inte blir utvalda att implanteras i livmodern. Tänkande människor har också uttryckt sin oro över vilka konsekvenser en diagnos som avslöjar en genetisk defekt kan få för de ofödda. Många oroar sig också över att gentester på vuxna kan komma att påverka deras möjligheter till anställning, befordran och till och med försäkringsskydd. En annan sak som bekymrar människor är genmanipulationer.

”De nöjer sig inte med att läsa livets bok, utan de vill också skriva i den”, konstaterar tidskriften The Economist. Ett sätt varpå läkarna hoppas kunna göra detta är genom att använda sig av retrovirus. Ett virus kan beskrivas som ett antal gener omgivna av ett kemiskt hölje. Forskarna tar ett virus som angriper människor, avlägsnar de gener som viruset behöver för att reproducera sig och ersätter dem med friska versioner av patientens defekta gener. När viruset sedan injiceras i kroppen, tränger det in i målcellerna och ersätter de defekta generna med friska.

Nyligen rapporterade en grupp forskare att de kommit på ett enkelt sätt att behandla hudcancer, sedan man upptäckt en gen som kan ge skydd mot denna cancerform. Eftersom endast 1 person av 20 har denna gen, tänker man låta den ingå som ingrediens i en salva för att genen på så sätt skall kunna tränga in i hudcellerna. Där sätter genen i gång tillverkningen av ett enzym som läkarna tror bryter ner de cancerframkallande toxiner som angriper kroppen.

Hur fantastiska dessa metoder än är, gör de rigorösa säkerhetsföreskrifterna att användandet av genmanipulation ännu så länge är begränsad, även om forskarna kämpar för att dämpa allmänhetens farhågor beträffande dess konsekvenser.

Mycket återstår ännu att upptäcka om det komplicerade mänskliga genomet. ”Det finns faktiskt inte något enhetligt mänskligt genom”, förklarar genetikern Christopher Wills. ”Det finns fem miljarder, ett för praktiskt taget varenda människa som finns på den här planeten.” Ditt genom säger mycket om dig. Men avslöjar det allt?

Avslöjar ditt genom allt om dig?

Somliga tror att generna är små diktatorer som får oss att handla som vi gör. På senare tid har man rentav kunnat läsa i tidningarna att forskare har upptäckt gener som somliga tror kan orsaka schizofreni, alkoholism och till och med homosexualitet. Många vetenskapsmän menar emellertid att man bör vara försiktig med att dra några slutsatser angående sådana samband. Christopher Wills skriver till exempel att vissa genvarianter ibland helt enkelt ”gör sin bärare predisponerad för alkoholism”. Enligt Londontidningen The Times anser molekylärgenetikern Dean Hamer att människans sexualitet är alldeles för komplicerad för att kunna styras av en enda gen. Samma uppfattning kommer till uttryck i 1994 Britannica Book of the Year, där det sägs: ”Man har emellertid inte kunnat identifiera någon bestämd gen som gör en person predisponerad för homosexualitet, och de rön som hittills gjorts skulle behöva bekräftas av andra.” Tidskriften Scientific American konstaterar likaså: ”Beteendemönster är oerhört svårdefinierade, och praktiskt taget alla påståenden om genetiska orsaker kan också förklaras med miljöpåverkan.”

I BBC:s TV-serie Cracking the Code (”Att knäcka koden”) gjorde genetikern dr David Suzuki följande intressanta uttalande: ”Våra personliga omständigheter, vår religion och till och med våra sexualvanor kan förändra det sätt varpå våra gener påverkar oss. ... Hur generna påverkar oss beror på våra omständigheter.” Han tillägger varnande: ”Om du läser i tidningarna att forskare har upptäckt en gen för alkoholism, kriminalitet, intelligens eller något annat, bör du ta det med en nypa salt. För att kunna avgöra hur en viss gen påverkar en person skulle forskarna också behöva veta allt om den personens miljö, och inte ens det skulle räcka.”

Nej, det skulle det inte göra, för det finns en annan faktor som kan påverka din personlighet. Följande artikel visar vad det är för en faktor och hur den kan påverka dig i god riktning.

[Ruta/Diagram på sidorna 6, 7]

(För formaterad text, se publikationen)

Ritningarna till dig

• Din kropp består av cirka 100 biljoner celler, av vilka de flesta innehåller fullständiga ritningar till dig. (De röda blodkropparna har emellertid ingen kärna och innehåller därför inte några ”ritningar”.)

• Dina celler är mycket komplicerade till sin konstruktion. De påminner om en stad med industrier, kraftstationer och vägar som leder ut och in. Verksamheten styrs från cellens kärna.

• Cellkärnan, som innehåller ritningarna till dig, kan liknas vid ett stadshus, där de lokala myndigheterna förvarar planritningar till de hus som byggs i området. För att bygga dessa hus måste någon beställa material, skaffa fram verktyg och utrustning och organisera arbetet.

• Dina kromosomer tolkar ritningarna. De 23 kromosomparen består av tätt hoppackade, spiralvridna DNA-molekyler som, om de rätades ut och fogades samman, skulle räcka till månen och tillbaka cirka 8.000 gånger!

• Ditt DNA består av två spiraler som sammanbinds av kemiska ämnen som kallas baser, ungefär som stegpinnarna på en stege. Basen adenin (A) kopplas alltid ihop med thymin (T) och cytosin (C) med guanin (G). Om man spjälkar DNA-stegen på samma sätt som när man öppnar ett blixtlås, avslöjas den genetiska koden, uttryckt i olika kombinationer av de fyra bokstäverna A, C, G och T.

• Dina ribosomer kan liknas vid transportabla fabriker, som tolkar det kodade budskap som finns i cellens RNA (ribonukleinsyra). De sätter sedan samman olika aminosyror till de proteiner som du består av.

• Dina gener är segment av DNA-molekylen som tillhandahåller mallar för tillverkningen av kroppens byggstenar — proteinerna. Generna avgör också om du har anlag för vissa sjukdomar. För att läsa informationen i dina gener spjälkar en sorts kemiska verktyg som kallas enzymer en del av DNA-molekylen. Andra enzymer ”avläser” sedan genen och bygger samtidigt upp nya kedjor av baser i en hastighet av 25 i sekunden.

[Ruta/Bild på sidan 8]

Genetiska fingeravtryck

Isolera något av DNA-materialet från mänsklig cellvävnad och sönderdela det i mindre fragment. Blanda fragmenten i ett gel, låt en elektrisk ström passera gelet och låt sedan de fläckar som uppstår sugas upp på ett tunt nylonfilter. Tillsätt en radioaktiv gensökare och fotografera. Resultatet blir ett DNA-fingeravtryck.

Hur blir din framtid?

STUDIET av människans genom har redan avslöjat mycket om de sjukdomar som vi människor kan drabbas av. Men hur stora är möjligheterna att bota eller till och med förhindra dessa sjukdomar?

Ju mer forskarna lär sig om människors, växters och djurs genuppsättning, desto större möjligheter har de att utveckla effektiva läkemedel och behandlingsmetoder, hävdar Londontidningen The Times. En biokemist som citeras i tidskriften Industry Week säger emellertid varnande att det kan bli ”en eftersläpning på 20—50 år” mellan diagnosen och sådana terapeutiska fördelar. Att få reda på att man kommer att drabbas av en sjukdom som det inte finns någon bot för gör, enligt professor Charles Cantor, att man ”blir berövad allt hopp”. Men det behöver inte vara så.

Bibeln lovar uttryckligen att det skall bli slut på alla sjukdomar. ”[Gud] skall torka bort varje tår från deras ögon, och döden skall inte vara mer; inte heller skall sorg eller skrik eller smärta vara mer”, sägs det i Uppenbarelseboken 21:4. Kommer genetikerna att uppfylla detta löfte genom en ”genetisk medskapelse”, som tidskriften The Christian Century uttrycker det? Nej, uppfyllelsen av Bibelns löften är inte beroende av vare sig Genomprojektet, en ”genetisk medskapelse” eller en gradvis förbättring av människans miljö. Det som gör dessa löften så tillförlitliga är att de kommer att förverkligas genom Guds verksamma kraft, hans heliga ande.