7 listopada 2007

Znokautuj mysz i dostań Nobla!

Nagroda Nobla 2007 w dziedzinie medycyny i fizjologii, która wynosi 10 mln koron szwedzkich, podzielą się: Amerykanin włoskiego pochodzenia Mario Capecchi, Brytyjczyk Martin Evans i Amerykanin Oliver Smithies. W tym roku medycznego Nobla przyznano za „odkrycie zasad pozwalających na wprowadzenie specyficznych modyfikacji genów u myszy za pomocą komórek macierzystych” – uzasadniła swój werdykt Komisja Noblowska.

Ogromna złożoność organizmów żywych, a zwłaszcza ssaków, do których zalicza się człowiek, od początku sprawiała nauce wielkie trudności poznawcze. Trudno bowiem badać układ, w którym oddziałują jednocześnie tysiące cząsteczek regulowanych przez tysiące genów. Pewne wyłomy w tym chaosie tworzyły schorzenia określane jako „doświadczenia natury”. Są to bardzo rzadkie, genetycznie uwarunkowane schorzenia, które polegają na mutacji jakiegoś genu. Po określeniu, który to jest gen, na podstawie objawów choroby powstałej przez jego uszkodzenie, można było wnioskować o tym, jaką funkcję ma produkt tego genu u zdrowego osobnika.

Przykładowo, dla hematologa (Autor – od red.) takie kluczowe pytanie to zagadka powstawania szpiku. Jakie geny i ich produkty są odpowiedzialne za to, że u człowieka jest szpik kostny? To oczywiście trudno badać u ludzi, ale istnieje zwierzę, które od człowieka różni się tylko 300 spośród 30000 genów, jest łatwe i tanie w hodowli – to mysz.

Zatem aby odpowiedzieć na pytanie, jak to jest u człowieka, zwykle wystarczy odpowiedzieć, jak to jest u myszy. A jak na to odpowiadać? Należy znaleźć mysz, która cierpi na taką chorobę – od urodzenia nie ma szpiku. Jeśli znajdzie się mysz z taką chorobą i następnie zidentyfikujemy gen (którego mutacja spowodowała taką chorobę), to jednocześnie odkryjemy gen, którego produkt jest odpowiedzialny normalnie za powstawanie szpiku (a którego brak powoduje brak szpiku, a tym samym chorobę). Otóż, istnieje taka choroba. Występuje zarówno u ludzi, jak i u myszy. Nazywa się osteopetrozą (proszę nie mylić z osteoporozą) – to choroba marmurowych kości. Okazało się, że może być ona spowodowana mutacją genu dla makrofagopoetyny, a jeśli tego czynnika wzrostu nie ma, to nie mogą powstać osteoklasty, a w następstwie nie mogą wykształcić się jamy szpikowe.

Takie podejście do rozwiązywania problemów wymaga jednak daleko idącej współpracy ze strony natury (gdyż mutacja musi się zdarzyć), a nadto – jakiś hodowca myszy musi wychwycić przypadkowe narodziny zmutowanej myszki i być w stanie taką myszkę hodować dalej. Ta bariera niesłychanie ograniczała rozwój nauki, gdyż jedynie dla kilkuset genów istniały zmutowane zwierzęta. W dodatku w wielu przypadkach nie były to te geny, które najbardziej interesowały badaczy.

Niemniej strategia ta była jedyną możliwą aż do ok. 20 lat temu, kiedy tegoroczni laureaci Nagrody Nobla opracowali metody uzyskiwania takich zwierząt na zamówienie. Od tego czasu można uzyskiwać zwierzęta z zaburzeniem funkcji dowolnego genu i poprzez analizę objawów choroby -oceniać jego normalną rolę. Wreszcie, można podejmować najrozmaitsze celowane próby lecznicze. Najpierw jeden z laureatów – sir Martin Evans (wraz Mattem Kauff-manem) – opracował metodę uzyskiwania tzw. zarodkowych komórek macierzystych u myszy. Późniejsze opracowanie podobnej metody dla ludzi rozpoczęło trwające obecnie badania oraz dyskusje etyczne dotyczące człowieka. Uzyskanie tego u myszy nie wzbudziło kontrowersji etycznych; pozwoliło natomiast opracować metody swoistego wyłączania poszczególnych genów w komórkach. Nazywa się to inaczej „nokautowaniem genów”. Następnie, opierając się na tak zmienionych zarodkowych komórkach macierzystych, udało się uzyskiwać myszy ze znokautowanym genem, określane skrótowo jako: „myszy znokautowane” (ang. knockout mice). To zwielokrotniło możliwości badawcze i stało się już rutyną w opisie dowolnego genu wskazywanie objawów, które powodują jego zniszczenie. Powstał kierunek genetyki określany jako genetyka amputacyjna. Zanalizowano w ten sposób już tysiące genów i setki zjawisk biologicznych.

Kontynuując opowieść o osteopetrozie, gdzie wspomniane wcześniej odkrycie było dziełem niżej podpisanego (wyróżnione Nagrodą Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej) – klasyczna metoda, tj. poszukiwanie naturalnie występujących schorzeń, pozwoliła zidentyfikować jeszcze 3 mutacje u myszy, czyli dodatkowo 3 geny kluczowe dla powstawania szpiku. Zastosowanie metod opracowanych przez tegorocznych noblistów pozwoliło do tej liczby dodać (do tej pory) jeszcze 30 genów i zbliżyć się do zamknięcia tej listy. Bez niego – odkrywanie tych 30 genów zajęłoby zapewne kilkaset lat. Ten przykład (a także wiele innych) pokazuje, jak bardzo metoda „nokautowania myszy” przyspieszyła rozwój nauki. Została ona bowiem zastosowana do każdego rodzaju genów, do każdego narządu i do każdego problemu.

Spowodowała, że – tak jak wcześniej poszukiwanie metod leczenia tych chorób opierało się na badaniu na oślep każdej substancji, która była pod ręką – po odkryciu tym możliwe stało się poszukiwanie celowane, poszukiwanie antidotum na konkretny defekt i precyzyjne monitorowanie skutków jego działania. Wspomniany wcześniej Martin Evans wykorzystuje ją do opracowywania metod leczenia zwłóknienia torbielowatego. Drugi laureat – Mario Capecchi – do badania, jakie geny odpowiadają za powstawanie organizmu w określonym kształcie i wielkości. Trzeci – Oliver Smithies – do badania nadciśnienia i hemoglobinopatii. To tylko przykłady ich ogromnego wkładu do światowej nauki.

Wiesław W. JĘDRZEJCZAK


Prof. dr hab. med.
Wiesław Wiktor Jędrzejczak
jest krajowym konsultantem
ds. hematologii

Archiwum

Okręgowa Izba Lekarska w Warszawie im. prof. Jana Nielubowicza