Мистерија тамне материје људског генома

Када је у априлу 2003, после тринаестогодишњег напора уложеног у секвенцирање читаве „књиге живота“, кодирање људског генома проглашено „завршеним“, сви су гајили велике наде. Очекивало се да ће пројекат израде људског генома, који је коштао око три милијарде долара, открити третмане за хроничне болести и расветлити све што је генетски одређено у нашим животима.

Али чак и док су се конференције за штампу одржавале како би се најавила тријумф ове нове ере биолошког разумевања, ово упутство грађе људског живота већ је донело неочекивана изненађења.

У то време, преовладавало је уверење да се огромна већина људског генома састоји од упутстава за прављење протеина, градивних блокова свих живих организама који обављају збуњујући низ улога унутар и између наших ћелија. Са преко 200 различитих типова ћелија у људском телу, чинило се да има смисла да ће свакој од њих бити потребни сопствени гени да би обављале своје неопходне функције. Сматрало се да је појава јединствених скупова протеина била витална у еволуцији наше врсте и наших когнитивних моћи. (Ми смо, на крају крајева, једина врста способна да секвенцира сопствени геном.)

Уместо тога, показало се да је мање од два одсто од три милијарде слова људског генома посвећено протеинима. Утврђено је да постоји само око 20.000 различитих гена који кодирају протеине у дугим линијама молекула познатих као базни парови који чине наше ДНК секвенце.

Генетичари су били запањени када су открили да људи имају сличан број гена за стварање протеина као нека од најједноставнијих створења на планети. Одједном се научни свет суочио са непријатном истином: можда је велики део нашег разумевања онога што нас чини људима заправо био погрешан?

Преосталих 98 одсто наше ДНК постало је познато као тамна материја, или тамни геном, мистериозна гужва слова без очигледног значења или сврхе. У почетку су неки генетичари сугерисали да је тамни геном једноставно вишак ДНК или канта за ђубре људске еволуције – остаци покварених гена који су одавно престали да буду релевантни.Транспозони и наша еволуциона прошлост

Како су научници први пут почели да ишчитавају „књигу живота“ средином двехиљадитих, један од највећих изазова био је то што се чинило да су региони људског генома који нису кодирани протеинима препун секвенци понављајуће ДНК познате као транспозони. Ове понављајуће секвенце су толико свеприсутне да чине скоро половину генома свих живих сисара.

У почетку су генетичари игнорисали транспозоне. Већина генетских студија одлучује да се фокусира искључиво на егзом – мали регион генома који кодира протеине. Али током протекле деценије, успон софистициранијих технологија секвенцирања ДНК омогућио је генетичарима да проучавају тамни геном детаљније него до сада.

Један експеримент, где су истраживачи избрисали специфичан фрагмент транспозона код мишева који је довео до тога да половина младунчади животиња умре пре рођења, илустровао је да неке секвенце транспозона могу бити критичне за наш опстанак.

Можда би најбоље објашњење зашто транспозони постоје у нашим геномима могло бити да су они изузетно древни, да датирају из најранијих облика живота. Други научници су указивали да потичу од вируса који су упали у нашу ДНК током људске историје, пре него што су постепено пренамењени у телу да би дали неку корисну сврху.

Један од најфасцинантнијих елемената транспозона је да они могу да се крећу из једног дела генома у други – понашање по коме су и добили име – стварајући или преокрећући мутације у генима, понекад са драматичним последицама.

Померање транспозона у други ген је можда било одговорно за губитак репа у породици великих мајмуна, што је довело до тога да је наша врста развила способност да хода усправно.

Али баш као што наше растуће разумевање тамног генома објашњава више о еволуцији, оно такође може бацити ново светло на то зашто се болести појављују. Ако се погледају студије асоцијација на геному (ГВАС), које траже генетске варијације међу великим бројем људи да би се идентификовале оне повезане са болешћу, велика већина повезана са хроничним болестима као што су Алцхајмерова болест, дијабетес и болести срца не налазе се у регионима који кодирају протеине, већ у тамном геному.

Тамни геном и болест

Тамни геном такође пружа упутства за формирање различитих врста молекула, познатих као некодирајуће РНК, које могу имати различите улоге у распону од помоћи у склапању протеина, блокирања процеса производње протеина или помоћи у регулисању активности гена.

РНК произведене у тамном геному делују као диригенти у оркестру и управљају тиме како наша ДНК реагује на околину. Управо се на ове некодирајуће РНК сада све више гледа као на везу између тамног генома и различитих хроничних болести.

Сматра се да ако тамном геному доследно дајемо погрешне сигнале, на пример кроз начин живота, пушење, лошу исхрану и неактивност, молекули РНК које производи могу послати тело у стање болести, мењајући активност гена на начин који повећава запаљење у телу или промовише ћелијску смрт.

Сматра се да одређене некодирајуће РНК могу да појачају активност или да искључе ген који се зове п53, који нормално делује тако да спречи настанак тумора. У сложеним болестима као што су шизофренија или депресија, читава какофонија некодирајућих РНК може деловати синхронизовано да смањи или повећа експресију одређених гена.

Али наше све веће уважавање важности тамног генома већ води ка новим приступима за лечење ових болести. Док се индустрија развоја лекова обично фиксирала на циљање протеина, неки схватају да би се могло показати ефикаснијим покушати пореметити некодирајуће РНК које контролишу гене задужене за ове процесе.

У области вакцина против рака, где компаније спроводе секвенцирање ДНК на узорку тумора пацијента како би покушале да идентификују одговарајућу мету за напад имунолошког система, већина приступа се усмерила само на регионе генома који кодирају протеине. Међутим, немачки биотехнолошки институт је пионир у приступу где анализирају и регионе који не кодирају протеине у нади да ће пронаћи мету која може пореметити рак на његовом извору.

Непознанице

У исто време, део узбуђења мора бити ублажен чињеницом да смо једва загребали површину у смислу разумевања како тамни геном функционише. Знамо врло мало о ономе што генетичари описују као основна правила – како ове секвенце које не кодирају протеине комуницирају једна са другом да би регулисале активност гена. И како се тачно ове сложене мреже интеракција манифестују током дугих временских периода у особине болести, као што је неуродегенерација виђена код Алцхајмерове болести?

Тренутно смо тек на почетку, тврде научници и додају да би у следећих 15 до 20 година требало идентификовати специфично понашање у ћелијама које би могло довести до болести, а затим покушати да се идентификују делови тамног генома који би могли бити укључени у модификацију ових понашања. Срећом, наука сада има алате за ова испитивања која раније није имала.

Један такав алат је уређивање гена. Предвиђа се да како будемо сазнавали више, генетска књига живота наставиће да доноси неочекивана изненађења, баш као што је била када је први геном секвенциониран пре 20 година. У сваком случају, пред научницима је још много питања.