Biolog jak detektyw

Biolog jak detektyw

Korespondencja z Neapolu

Prof. Marilena Cipollaro, biolog molekularny

Tak jak dzisiaj praktycznie nie ruszamy się bez karty płatniczej, tak niebawem nie wyjdziemy z domu bez naszego osobistego kodu numerycznego

– Jako pierwsza obejrzała pani pod mikroskopem DNA antycznych mieszkańców Pompejów. Jakie to wrażenie?
– Niezwykłe. Wie pani dlaczego? Dlatego, że do końca nie wierzyliśmy, że je znajdziemy. Byliśmy przekonani, że podczas wybuchu wulkanu panowała bardzo wysoka temperatura, a co za tym idzie, że DNA się nie zachowało. Fakt, że je znaleźliśmy, oznacza, że temperatura nie mogła być wysoka. Wulkanolodzy znaleźli w domostwie zwanym Casa dei Casti Amanti lapille, które powstają, gdy popiół wejdzie w kontakt z parą wodną. Gdyby temperatura była wyższa, nie byłoby wody. Mówię zawsze o tym zarówno moim studentom, jak i kolegom na międzynarodowych zjazdach, bo to jasno i w sposób oczywisty tłumaczy obecność DNA w szkieletach znalezionych w Pompejach.

– Dlaczego fakt, że w Pompejach szkielety perfekcyjnie się zachowały, wzbudził tak ogromne zainteresowanie naukowców?
– Jeśli w jakimkolwiek innym kraju bada się DNA antyczne (kopalniane), naukowiec ma do dyspozycji przede wszystkim fragmenty kostne pochodzące z nekropolii, co bardzo komplikuje badania, gdyż trzeba uwzględnić ogromną ilość czynników – wilgoć, zmiany zachodzące w ziemi, temperaturę czy działanie bakterii. Badając fragmenty szkieletów z Pompejów, nie znaleźliśmy DNA bakteryjnego. Kości pompejańskie dobrze się przechowały, popiół i inne materiały piroklastyczne doskonale ochroniły je przed bakteriami. A to dla badaczy oznacza niezwykle dużo.

Mieszkańcy Pompejów jak żywi

– Jeszcze kilkadziesiąt lat temu szkielety czy kości znajdowane w Pompejach wędrowały do skrzynek, dziś dzięki biologii molekularnej pozwalają określić wiek, płeć i pokrewieństwo antycznych mieszkańców miasta.
– Badaliśmy 13 szkieletów z domu bogatego eksniewolnika Polybiusa. Okazało się, że oprócz samego gospodarza, który musiał mieć około 65 lat, znaleźliśmy jego sześcioro dzieci: pięciu synów i jedną córkę. Dziewczyna miała około 18 lat i była w ostatnim stadium ciąży, o czym świadczą kostki znalezionego obok płodu. Wśród pozostałych szkieletów nie było natomiast matki rodzeństwa, można więc przypuszczać, że w chwili wybuchu znajdowała się poza domem lub Polybius miał drugą, młodszą żonę. Istnieje też trzecia hipoteza – ponieważ brzemienna córka Polybiusa trzymała za rękę swego najmłodszego – dwu-, trzyletniego brata, matka mogła umrzeć podczas porodu.

– Czy są to pewne badania?
– Na początku było mnóstwo sceptycyzmu, ludzie nie wierzyli w rezultaty. Gdy pracuje się na DNA antycznym, badacz musi być ogromnie ostrożny, żeby nie analizować swojego DNA. Technika badania genów jest bardzo efektywna, ale nie rozróżnia DNA antycznego i współczesnego. Na przykład – przygotowuję moje probówki i rozmawiam z panią – z moich ust mogą wydostać się ze śliną komórki, które trafiając do probówki, rozbiją się i uwolnią DNA, które nałoży się na badane DNA antyczne. Jest wiele publikacji, które trzeba przyjąć ze sporą rezerwą. Ten typ badań staje się jednak coraz bardziej wiarygodny i dzięki temu coraz popularniejszy. Kongres w Australii dwa lata temu pokazał ogromny postęp w tej dziedzinie, najbardziej rozwinęły się badania nad starożytnymi chorobami, zwłaszcza gruźlicą. Bardzo ciekawie zapowiada się tegoroczny kongres w Łodzi.
Jeśli chodzi o nasze badania – niektóre nie pozostawiają najmniejszych wątpliwości, na przykład rozróżnianie płci. Płeć identyfikujemy, badając proteinę zawartą w zębach, konkretnie w zębinie. Gen ten jest obecny zarówno w chromosomie X, jak i chromosomie Y, z niewielką różnicą – ten obecny w X jest krótszy, ma, obrazowo mówiąc, sześć cegiełek mniej, jeśli jest dłuższy, czyli ma 112 cegiełek, stanowi część chromosomu Y. W przypadku pokrewieństwa wygląda to już inaczej. Nasze badania nad 13 szkieletami znalezionymi w domu Polybiusa prowadziliśmy, opierając się na DNA mitochondrialnym, które dziedziczy się po matce – możliwe więc, że wśród sześciu szkieletów, które zidentyfikowaliśmy jako rodzeństwo, mógł się znaleźć kuzyn po kądzieli.

– 2 tys. lat od wybuchu Wezuwiusza naukowcom udało się odtworzyć twarze mieszkańców Pompejów. Na ile rekonstrukcja jest wiarygodna?
– Od lat podejmowano tego rodzaju próby, były one jednak dość rzemieślnicze, używano plasteliny. My dokonaliśmy rekonstrukcji twarzy antycznych za pomocą algorytmów. Istnieją algorytmy, które są w stanie odtworzyć rysy, oczywiście z wyjątkiem nosa i uszu, bo to chrząstka. Jak to się robi? Trzeba stworzyć bazę danych współczesnych twarzy, robiąc trójwymiarową tomografię czaszki i jednocześnie tej samej osobie robi się skan części miękkich twarzy. Mając bazę danych twarzy i przyporządkowanych im czaszek, robimy tomografię czaszki antycznej, wprowadzamy otrzymane wyniki do naszej bazy danych z poleceniem wybrania najbardziej podobnej. Czy pani wie, co jest najtrudniejsze? Zbudowanie bazy danych – nie można poprosić zwykłej osoby o zezwolenie na zrobienie jej tomografii komputerowej twarzy i czaszki, możemy wykorzystać dane pacjentów, którzy muszą być poddani tomografii ze względu na ich stan zdrowia.

– Badała pani również DNA pompejańskich koni.
– Badaliśmy pięć szkieletów zwierzęcych znalezionych w domostwie znanym pod nazwą Casa dei Casti Amanti i jeden z Herkulanum. Ze względu na niewielkie rozmiary szkielety pompejańskie uznawane były za ośle. Badając DNA, absolutnie wykluczyliśmy tę możliwość. Z całą pewnością nie są to osły. Są to konie lub muły. Badania nad DNA mitochondrialnym pokazały, że nie należały do jednej wyselekcjonowanej rasy, to oznacza, że starożytni Rzymianie nie przykładali wagi do rasy koni, kupowali je w różnych obszarach, mieli szeroki dostęp do rynków zbytu – oczywiście wszystko to wiemy z przekazów historycznych, a teraz potwierdziło się to dzięki naszym badaniom.

GMO – plusy i minusy

– W swoich badaniach nie zajmuje się pani wyłącznie przeszłością. Szefuje pani pierwszemu włoskiemu centrum powołanemu do kontroli produktów genetycznie modyfikowanych – jakie są jego zadania?
– Unia Europejska zezwala na sprzedaż produktów zawierających zmodyfikowaną kukurydzę, soję, rzepak i bawełnę. Naszym zadaniem jest analiza tych właśnie produktów. Weźmy na przykład paczkę krakersów – w jednym ciastku może być więcej niż jeden produkt GMO, może zawierać zmodyfikowaną soję, kukurydzę, olej, czekoladę. Na czym polega trudność – otóż na tym, że w przypadku produktów spożywczych mamy do czynienia z DNA mocno uszkodzonym, to normalne, bo przecież mąka to zmielone ziarno, czyli DNA uszkodzone mechanicznie, potem poddane obróbce w wysokiej temperaturze, bo ciastko trzeba upiec.

– Czyli macie do czynienia z nieźle zmaltretowanym DNA…
– Można to tak obrazowo nazwać. W gruncie rzeczy sytuacja badawcza jest porównywalna do badań nad DNA antycznym. Mamy bowiem obowiązek certyfikowania nie tylko produktu finalnego, ale i wszystkich produktów wchodzących w jego skład, bo w każdym momencie może być wprowadzony element zmodyfikowany.

– Od ponad roku obowiązuje rozporządzenie Unii Europejskiej, zgodnie z którym etykietka powinna informować, czy dany produkt zawiera składniki genetycznie zmodyfikowane. Kiedy możecie wydać certyfikat, że dany produkt jest GMO free?
– Gdy zawartość GMO jest mniejsza niż 0,9% – tak stanowi prawo unijne.

– Praktycznie producenci artykułów spożywczych powinni mieć interes w tym, żeby na ich produktach znalazł się taki właśnie napis, bo konsumenci nie mają zaufania do artykułów modyfikowanych genetycznie, przynajmniej w Europie. W Stanach Zjednoczonych przeciętny obywatel jest bardziej otwarty. Kto ma rację?
– Nie mogę odpowiedzieć na to pytanie, ponieważ nie jestem w stanie stwierdzić, jaki mają wpływ na nasze zdrowie – pozytywny czy negatywny – bo to jest pytanie najważniejsze. Ale żeby na nie odpowiedzieć, trzeba czasu.

– Mówi się o różnego rodzaju alergiach…
– Jeśli zmienimy genetycznie roślinę, w gruncie rzeczy wprowadzimy DNA, którego wcześniej tam nie było, może się zdarzyć, że ktoś, kto jest uczulony na daną proteinę, ucierpi.

– Czy GMO rzeczywiście zagrażają naturalnym uprawom?
– W basenie Morza Śródziemnego, jak i praktycznie w całej Europie, mamy niezwykłe bogactwo roślinne, jeśli chcemy je zachować, a uważam, że to nasz obowiązek w stosunku do następnych pokoleń, trzeba otwarcie powiedzieć, że duże uprawy GMO są zagrożeniem; przede wszystkim dlatego, że rośliny modyfikowane są fizycznie silniejsze i mogą zdominować, a z biegiem czasu wyprzeć, te naturalne. W Europie nie mamy rozległych terenów uprawowych takich jak w USA, gdzie można całe hektary obsiewać ziarnem modyfikowanym, my mamy niewielkie skrawki ziemi, gdzie jedne uprawy graniczą z drugimi. I to jest właśnie niebezpieczne. DNA niektórych roślin genetycznie zmodyfikowanych ma zdolności powielania się horyzontalnego, dlatego jest rozporządzenie, które stanowi, jaka powinna być odległość między uprawą GMO i uprawą naturalną. W Europie prawo zakazuje upraw GMO, możliwa jest jedynie produkcja, sprzedaż i konsumpcja artykułów spożywczych wyprodukowanych na bazie składników poddanych modyfikacji genetycznej.

– Czy w krajach takich jak Indie albo Chiny, gdzie należy nakarmić ogromne rzesze ludzi, GMO jest dobrym rozwiązaniem?
– Oczywiście. Ponieważ są to uprawy bardzo odporne i gwarantują wyższe zbiory. I jest to, rzeczywiście, szansa na walkę z głodem. Nie wszystkim się to jednak podoba. Zawsze wchodzą w grę pieniądze. Nie wiem, czy pani sobie przypomina aferę z ziarnem o nazwie Terminator – zostało ono tak zmodyfikowane, że nadawało się tylko do jednokrotnego zasiewu, na drugi rok rolnik musiał kupić nowe ziarno, na szczęście zostało ono wycofane z produkcji.

– Czy to prawda, że ziemia przyzwyczaja się do roślin GMO i nie można wrócić do upraw naturalnych?
– Nie użyłabym terminu “przyzwyczaja się” – zachodzi inny proces, ale skutek jest ten sam, ponieważ pozostaje w ziemi, nazwijmy to, “zapis” danej rośliny, zanim gleba się od niego uwolni, potrzeba czasu.

Kod genetyczny może uratować życie

– Biologia molekularna to nauka dość młoda…
– Liczy sobie niespełna pół wieku, punktem wyjściowym może być odkrycie struktury DNA przez Watsona i Cricka. Ale już sporo wniosła i ciągle wnosi do naszej wiedzy o tym, skąd wychodzimy i dokąd zmierzamy.

– Co uznaje pani za największe odkrycie?
– To, że neandertalczyk nie jest naszym przodkiem. Nawet jeśli pomiędzy człowiekiem neandertalskim i homo sapiens upłynęło 40 tys. lat, różnice w DNA mitochondrialnym są zbyt duże, abyśmy mogli być spokrewnieni. Pewność ta bierze się stąd, że znamy szybkość zmian DNA mitochondrialnego. Biorąc pod uwagę szybkość ewolucji DNA, nie jesteśmy następcami neandertalczyka, prawdopodobnie naszym praprzodkiem jest jakiś jego kuzyn.

– A co panią najbardziej zdumiało podczas badań nad DNA?
– To, w jak doskonały sposób DNA zachowało się w Pompejach i w Herkulanum. Ja i moi współpracownicy byliśmy pewni, że nie znajdziemy DNA – fakt, że je znaleźliśmy, mogliśmy badać, był ogromnym przeżyciem. Przypominam sobie emocje, jakie nam towarzyszyły, kiedy mieliśmy przed sobą pierwszą sekwencję nukleotydową mieszkańca Pompejów sprzed 2 tys. lat.

– Biologia molekularna wykorzystana jest także w medycynie sądowej.
– Również w diagnostyce, w gruncie rzeczy są to podobne techniki. Czy ma pani przed oczyma etykietkę cyfrową jakiegokolwiek produktu, który kupujemy w sklepie? Otóż – genom to taka właśnie etykietka człowieka. Ja i pani możemy mieć dwa takie same numery, trzy, ale nie wszystkie 15 – dlatego analizując np. ślad krwi, mogę powiedzieć, że dana krew należy do określonego osobnika i tylko do niego, że jestem dzieckiem danej matki i danego ojca itp. Tak jak dzisiaj nie ruszamy się praktycznie bez karty płatniczej, telefonicznej, różnego rodzaju elektronicznych kart wstępu itp., niebawem nie wyjdziemy z domu bez naszego osobistego kodu numerycznego.

– To straszne…
– Niezupełnie. W wielu przypadkach taki właśnie kod może uratować życie. Zilustruję to przykładem – ja mogę w części mego DNA mieć zapis, że dany lek jest w moim przypadku skuteczny, inna osoba cierpiąca na tę samą chorobę może nie reagować na dany lek lub zgoła być na niego uczulona – wszystkie tego typu informacje znajdą się w naszym kodzie cyfrowym. W przyszłości lekarz, zanim przepisze nam lek, obejrzy nasz kod. Farmakogenomika to obecnie najbardziej rozwijająca się dziedzina badań. To prawdziwa rewolucja. Tak naprawdę dopiero teraz zaczyna się bal – jak się zachowuje te 35 tys. genów, które są w naszej komórce, jakie są relacje między nimi, co należy zrobić, żeby jednemu ułatwić funkcjonowanie w stosunku do drugiego lub przeciwnie – uniemożliwić, gdy powiem jednemu genowi, że nie może działać, co stanie się z pozostałymi genami, które są z nim w kontakcie – to jest nasza przyszłość. Farmakogenetyka i farmakogenomika to jest to, co nas czeka.

– Wszystko ma swoje dobre i złe strony.
– To fakt. W USA już dawno pojawił się problem, ale zaczyna się i tutaj, z polisami ubezpieczeniowymi. Przed założeniem polisy klient musi zrobić szczegółowe badania, tzw. diagnozę ryzyka. Jeśli się okaże, że w niedługim czasie zachoruje na ciężką lub nieuleczalną chorobę, nie tylko nie założą mu polisy, ale jego życie zmieni się w koszmar. Ale, oczywiście, nie zatrzyma to rozwoju nauki.

– A co pani profesor myśli o eksperymentach na embrionach?
– Jestem absolutnie przeciwna. Tego rodzaju eksperymenty to wykorzystywanie życia – mogłoby to być moje życie i z pewnością nie byłabym z tego zadowolona. Obok aspektu naukowego istnieje aspekt etyczny. Jestem natomiast za wykorzystaniem dorosłych komórek macierzystych.

– Czy zagraża nam modyfikacja genomu?
– Prawo zabrania tego rodzaju eksperymentów i przynajmniej na razie jest respektowane. Zawsze znajdzie się jakiś szaleniec, ale jak do tej pory wszelkie oświadczenia w tej dziedzinie okazały się fałszywym alarmem, nie potwierdziły się. Na szczęście, bo oznaczałoby to modyfikację rasy ludzkiej.


Prof. Marilena Cipollaro – pracuje na wydziale Medycyny Eksperymentalnej Drugiego Uniwersytetu w Neapolu (Seconda Universita degli Studi di Napoli). Specjalizuje się w badaniach nad DNA mieszkańców antycznych Pompejów. Prof. Cipollaro jest również dyrektorem pierwszego włoskiego centrum diagnostycznego zajmującego się produktami genetycznie modyfikowanymi.

 

Wydanie: 39/2006

Kategorie: Nauka

Napisz komentarz

Odpowiedz na treść artykułu lub innych komentarzy