50 milijard črk

Človeška ribica ima vse lastnosti, ki so potrebne za to, da bi bilo njen genski zapis, njena »notranja navodila za sestavo in uporabo«, zanimivo poznati. Gre za ogroženo vrsto, živečo na zelo omejenem območju, ki velja za enega nacionalnih simbolov naše države. Poleg tega pa ima kopico sposobnosti, po katerih hrepenimo tudi ljudje – doživi lahko izjemno visoko starost, tudi več kot sto let, ob tem pa tudi na stara leta ohranja vitalnost in sposobnost razmnoževanja.

Če ne bi bil genom človeške ribice 15-krat večji od človeškega in če Slovenija ne bi bila majhna država s podhranjeno znanostjo, bi se določanja njenega genoma verjetno lotili že prej. Tako pa je bilo treba počakati na splet naključij, ki se je zgodil lani jeseni.

Dr. Nina Gunde Cimerman z ljubljanske Biotehniške fakultete je bila novembra kot predavateljica povabljena na vsakoletno genomsko konferenco, ki jo organizira kitajski biotehnološki velikan BGI. Ta je eden od vodilnih svetovnih genomskih centrov z gromozansko tehnološko in človeško zmogljivostjo, ki je nazoren primer tega, kaj vse lahko Kitajska izvede, če se za nekaj odloči. Ustanovljen je bil kot kitajski prispevek k projektu določanja prvega človeškega genoma, ki se je končal leta 2000. Kratica BGI v osnovi pomeni Pekinški inštitut za genomiko, a danes, ko je to delniška družba, ki kotira na borzi in se vse bolj usmerja v komercialne medicinske genske teste, je ostala le še kratica. Sedež podjetja je v mestu Šenzen.

»Na konferenci sem izvedela, da so Kitajci določili genom pande, tam je predavala tudi avstralska znanstvenica, Kathy Belov, ki je sodelovala pri določanju genoma koale. Kar je za Avstralce koala in za Kitajce panda, je za nas človeška ribica.«

Ob robu konference so razglasili odprtje Inštituta Larsa Bolunda za regenerativno medicino. Bolund je ugledni danski strokovnjak za genetiko staranja. Inštitut naj bi se pod njegovim vodstvom in pod pokroviteljstvom BGI ukvarjal z raziskovanjem vzrokov staranja, razlogi za pojav kroničnih bolezni in regenerativno medicino. Med drugim naj bi skrivnosti obnavljanja organizma preizkušali tudi s pomočjo dvoživk, ki so znane po dolgoživosti in sposobnosti regeneracije.

Človeška ribica se je zdela obetavna kandidatka.

Dr. Nina Gunde Cimerman je sicer strokovnjakinja za glive, prilagojene na ekstremne življenjske razmere. Prav po zaslugi njene raziskovalne skupine je bil leta 2010 določen prvi genom kateregakoli »slovenskega« organizma – šlo je za črno kvasovko Hortaea werneckii, ki so jo odkrili v Sečoveljskih solinah.

Če ne bi bil genom človeške ribice 15-krat večji od človeškega in če Slovenija ne bi bila majhna država s podhranjeno znanostjo, bi se določanja njenega genoma verjetno lotili že prej.

Razlog, da so se ji po glavi podile misli o človeški ribici, pa je sodelovanje pri raziskovalnem projektu, namenjenem preučevanju mikroorganizmov, ki bi utegnili ogrožati človeško ribico. Njenega sodelavca pri projektu dr. Roka Kostanjška, ki na Biotehniški fakulteti vodi skupino za preučevanje človeške ribice, ni bilo treba dolgo prepričevati. Pogovori s potencialnimi kitajskimi partnerji so se konec prejšnjega meseca končali s slavnostnim podpisom pogodbe o sodelovanju.

Slovenski znanstveniki bodo priskrbeli vzorce DNK, genski zapis pa bodo določili aparature in uslužbenci na BGI. Inštitut Larsa Bolunda naj bi poskrbel za kasnejšo interpretacijo raziskav v medicinskem kontekstu.

Veselo na delo

Kitajske naprave za branje genskih zaporedij le še čakajo na vzorce DNK. »Genetski material bomo pridobili od več osebkov. Najprej bomo poskušali z odvzemom krvi, ki ga živali seveda preživijo. V nasprotju s človekom ima proteus celična jedra tudi v rdečih krvničkah,« razlaga Rok Kostanjšek.

A ker želijo poleg genoma človeške ribice določiti tudi njen »transkriptom«, bodo prej ali slej potrebovali tudi vzorce njenih organov. »Genom je v vsaki celici telesa enak, izražanje genov pa je v različnih delih telesa zelo različno. Hočemo torej tudi vedeti, kateri deli genoma se v posameznih organih prepišejo.«

Nekaj živali bo tako v vsakem primeru treba žrtvovati, a kot zagotavlja Kostanjšek, lahko število teh živali preštejemo na prste ene roke. »Pravzaprav zaradi določanja genoma ne bomo žrtvovali niti ene dodatne živali. Vzorce nameravamo vzeti v okviru že prej načrtovanih poskusov.«

Branje genskega zapisa, ki bo sledilo uspešnemu odvzemu vzorcev, je tehnološko in finančno najzahtevnejši del projekta, ki ga Slovenci sami nikakor ne bi zmogli. Genom človeške ribice je, kot rečeno, 15-krat večji od človeškega. »Velikost genoma je mogoče oceniti na podlagi ’tehtanja’ DNK, ocene prostora, ki jo ta zaseda v celici. In proteus ima res ogromno ’kepo’, tako kot veliko dvoživk,« razlaga dr. Rok Kostanjšek.

Doslej največji določen genski zapis je 10-krat večji od človeškega, gre pa za genom aksolotla, mehiškega bratranca človeške ribice. Sama velikost ob tehnološkem napredku in padajočih cenah na področju določanja genskih zaporedij niti ni tak problem. Večja težava je v tem, da so ti veliki genomi polni dolgih, ponavljajočih se genskih zaporedij, ki ne določajo nobene posebne lastnosti. »Ne gre za to, da bi proteusov DNK vseboval več informacij kot človeški genom. Nekateri genomi enostavno vsebujejo več nekodirajočih genov kot drugi,« pojasnjuje dr. Kostanjšek.

Postopek določanja genoma poteka po koščkih DNK, delčke strojno prebranega zapisa pa je treba nato spet zložiti v celoto. Za to bo potrebnih največ ur človeškega dela. »Največji strošek pri projektu pomeni mala vojska bioinformatikov, ki bodo delčke DNK, ki jih bodo naprave prebrale, spravili v smiselno celoto. Pri 99 odstotkih genoma, ki ne kodira za določene lastnosti ali proteine, gre velikokrat za dolge ponavljajoče se sekvence črk. Zaporedje denimo petih črk se lahko pojavi tudi več desettisočkrat. Naloga bioinformatika je, da ugotovi, kako pravilno sestaviti delčke genoma, da teh ponovitev ne bo preveč ali premalo.«

Ko bodo bioinformatiki opravili nalogo, pride na vrsto dolgotrajnejša naloga interpretacije pridobljenih podatkov. Ta pa bi bila brez slovenskega znanja misija nemogoče. »Predstavljajte si zelo debel slovar,« si primerjavo izbere dr. Rok Kostanjšek. »Mi vemo, kaj približno naj bi tam notri pisalo, oni pa imajo naprave, ki znajo vsebino učinkovito prebrati. Rezultat, ki ga bodo dobili, bo masa črk. In za to maso črk vemo, da v več kot 99 odstotkih ne pomeni nič. Gre za šum, ki ga vsi nosimo v naših genomih. Tiste ’besede’, za katere vemo, kaj pomenijo, pa bomo morda lahko zložili v kakšen smiseln stavek o kakšni lastnosti, telesnem procesu ali snovi, ki jo je proteus sposoben proizvesti. Brez našega predhodnega znanja si z goro črk nihče ne bi mogel kaj dosti pomagati.«

Izhod iz slepe ulice

Strokovnjaki z Biotehniške fakultete pričakujejo, da jim bo določen genom človeške ribice dal nov raziskovalni zagon. »Genom proteusa bo zakoličil delo naše raziskovalne skupine tudi za naslednjo generacijo. Ogromno količino že nakopičenega znanja bo treba interpretirati v povezavi z novimi podatki,« napoveduje Rok Kostanjšek. »V 50 letih dela s proteusom se je v raziskovanju pojavilo veliko slepih ulic. Upamo, da nam bo njegov genom omogočil, da bomo na teh področjih lahko naredili korak naprej.«

Med drugim upajo, da bodo končno znali na hitro določiti spol živali. »Vsakih sedem let ima samica jajca, ki so vidna skozi kožo. Takrat jo je mogoče prepoznati. S pomočjo genoma bomo končno lahko določali spolno strukturo populacij v divjini. Koliko je samcev, koliko je samic? Kolikšen je morda delež hermafroditov?«

Poznavanje genoma človeške ribice bo celotni generaciji raziskovalcev dalo nov zagon. Upanje na to, da se nam bodo razkrile skrivnosti upočasnjevanja staranja pri ljudeh, pa je precej bolj oddaljeno.

Upanje na to, da nam bo vpogled v genom človeške ribice razkril skrivnosti upočasnjevanja staranja pri ljudeh, pa je precej bolj oddaljeno. »Dvomim, da nam bo genom enega salamandra povedal kaj uporabnega,« je skeptičen dr. Caleb Finch, ugledni strokovnjak za biologijo staranja z Južnokalifornijske univerze. »Številni hladnokrvni vretenčarji živijo več desetletij.«

Leta 2011 so znanstveniki, tudi s pomočjo BGI, razvozlali genom golega peskarja, slepega afriškega podzemnega glodavca z izjemno dolgo življenjsko dobo in neverjetno veliko odpornostjo proti boleznim. »Primerjave genomov glodavcev z različnimi življenjskimi dobami, na primer miši in golega peskarja, nam doslej niso ponudile uporabnih informacij, ker gre za veliko število majhnih razlik,« opozarja Finch.

A po mnenju Nine Gunde Cimerman vendarle obstaja razlog za optimizem tudi na tem področju. »Napredek se v znanosti ne dogaja kontinuirano, temveč po stopnicah. Ko se nabere dovolj podatkov in dovolj znanja, se lahko določeno področje premakne stopnico višje. Na področju regenerativne medicine se nabira ogromno znanja in podatkov. S tega vidika domneva, da bi lahko spoznanja v zvezi s proteusom uporabili za razvoj na tem področju in da bi lahko bili v roku nekaj let priča preboju, ni tako nemogoča.«