Branje človeškega genoma za "prgišče" evrov

V reviji Nature priznana novinarka Erika C. Hayden poroča iz srečanja genomikov na Floridi, kjer proizvajalci mašin za branje zaporedja genomov predstavljajo svoje najnovejše high-tech stvaritve. Najbolj osupljiva je predstavitev podjetja Complete Genomics iz Kalifornije (iz kot drugod pa...), kjer trdijo, da bodo do tega poletja zmogli prebrati celoten človeški genom v samo nekaj dneh za pičlih 1000$. V podjetju nameravajo še letos prebrati kar 1000 človeških genomov, naslednje leto pa neverjetnih 20.000 genomov...če pomislimo na to, da je bilo od leta 2000 (oziroma 2003, odvisno kako gledamo), ko so raziskovalci po večletnem trudu prebrali prvi človeški genom, dosedaj prebranih komaj kak ducat genomov, so napovedi podjetja Complete Genomics prava znanstvena fantastika.
Mogoče so pri tej firmi le malo preveč optimistični, vendar tudi druga podjetja, ki razvijajo in prodajajo naprave za branje genomov, kot so priznana Illumina (ZDA), Applied Biosystems (ZDA) in Roche (Švica), predstavljajo čedalje zmogljivejše mašine. Illumina tako napoveduje, da bo do konca tega leta razvila tehnologijo, ki bo omogočala branje celotnega človeškega genoma za 10.000$. S temi cenami te naprave počasi morda postajajo zanimive tudi za naše (bolj revne) znanstvene inštitute, čeprav nimam pojma, koliko grilijonov stane sama mašina za branje genoma.
S tem se nezadržno bliža čas, ko bo branje celotnega človeškega genoma postalo cenovno dostopno navadnim posameznikom, da ne govorimo o tem, kakšen potencial ima tako obsežno branje genomov za znanost.
Poleg tega, da bodo sedaj genetiki resnično lahko secirali vsak genetski vidik našega telesa in duha, si je moč predstavljati, da bomo v prihodnosti na naših zdravstvenih karticah morda nosili tudi zapisano zaporedje našega genoma. Kakšen vpliv bo imelo to na naša osebna življenja in družbo si je težko predstavljati...
Mogoče bi na tem mestu opozoril na drugo stvar - zakonodajo. V ZDA so pred kratkim sprejeli zakon o genetski nediskriminatornosti, ki med drugim prepoveduje zavarovalnicam, da bi na podlagi našega genetskega načrta določevali višino zavarovalne premije ali delodajalcem, da bi nam zavrnili možnost zaposlitve zaradi naših genov. Po mojem vedenju pri nas tovrstne zakonodaje še nimamo, niti še nisem zasledil, da bi bil tovsten zakon v pripravi. Slovenski raziskovalci s tega področja bi torej morali čim prej začeti razmišljati o tem, da bi pozvali našo vlado k tem, da začne pripravljati ta zakon in najbrž bi se moral sami aktivno vključiti v njegovo pripravo...
Sicer pa se mogoče kaj takšnega že dogaja, to bodo najbolje vedele eminence genetike pri nas. Marko, imaš ti kakšno vedenje, kaj se dogaja na tem področju?

Hm, kaj zdaj, smo resnični ali ne!?

Prišel sem na idejo, da ima morda znanstveno-tehnološki razvoj eno nepredvidljivo in zaskrbljujočo posledico - porast znanstveno-tehnoloških paradoksov. A mogoče je to le moj vtis in je število paradoksov skozi našo zgodovino stalno (in se v končni fazi uspešno rešijo)...

Kakorkoli, do te teme sem priplaval po čitanju par zapisov o nekaterih "sodobnih znanstvenih paradoksih".
Eden izmed teh je t.i. "problem simulacije". Problem oz. paradoks gre nekako takole: logično je pričakovati, da bi lahko znanstveni napredek nekoč v prihodnost omogočil izdelavo super-super-super duper računalnikov, ki bi bili dovolj močni, da bi lahko na njih poganjali realne simulacije atomov (ali recimo nevronov). Potemtakem si je logično predstavljati, da bi lahko naši daljni potomci na teh računalnikih poganjali simulacije sveta oziroma ljudi. Iz enačb verjetnosti bi sledilo, da je potemtakem veliko bolj verjetno, da smo jaz in vi, ki v tem trenutku to berete, računalniška simulacija, kot pa resnični ljudje. Pravzaprav je ta verjetnost tako velika, da je izjemno malo verjetno, da smo resnični ljudje iz mesa in krvi. Problem je v tem, da ni mogoče (oziroma v tem trenutku nihče ne ve, kako bi lahko) preveriti, če smo resnični ali pa smo simulacija. Zagata mar ne? Ta problem spominja na temo filmske trilogije Matrica, le da je bilo v tem filmu simulirano je okolje, sami ljudje pa so bili še vedno resnični. V problemu simulacije pa bi dejansko pomenilo, da smo lahko samo navidezni skupek pikslov na računalniškem zaslonu piflarja, ki po cele dneve nabija igrico SimCity. Misel na ta scenarij res ni pomirjujoča.

Pravzaprav me ta problem spominja na veliko starejši metafizični problem, ki je mučil slavnega filozofa Descartesa. Tudi ta učenjak se je nekoč zgrožen domislil, da bi lahko bil svet in tudi on sam samo iluzija, ki jo je pričaral vsemogočni "zlobni demon". Descartes je sicer pozneje našel nekakšno zasilno rešitev tega problema in kao dokazal, da tak demon ne obstaja, čeprav je njegova rešitev po moje nekaj takšnega kot ljudske anekdote, da česen odvrača vampirje oziroma da volkodlaka ubiješ s srebrnim metkom. Ali je Descartes po svojem tuhtanju o zlobnem demonu še kdaj resnično mirno spal, ni znano.

Če se vam problem simulacije in zlobni demon ne zdita pretirano zaskrbljujoča, pa so fiziki poskrbeli še za en podoben problem, ki pa ga podpira veliko več (izjemno težkih) enačb. Paradoks sliši na slavno ime "problem Boltzmannovih možganov". Ta problem gre nekako takole:
Gledano s stališča verjetnosti, je za vesolje veliko bolj verjetno, da ustvari samo majhen delček nečesa, kot pa celotno vesolje (se pravi z vsemi ljudmi, planeti, galaksijami...). V skrajnem primeru je torej neprimerljivo bolj verjetno, da vesolje ustvari gole možgane, ki lebdijo v praznini, kot pa celotno vesolje. Posledično je torej veliko veliko bolj verjetno, da sem jaz ali pa vi, ki to berete, v tem trenutku samo "kozmična spaka" - goli možgani, ki si mislijo, da je svet okrog njih in oni sami resnični, v resnici pa so samo hipna anomalija v prostor-času (ki ga tudi ni). Problem pravzaprav ni tako preprost iz izhaja iz nekaterih sodobnih teorij, kot je kozmična inflacija in kvantna mehanika (za boljši predstavo si lahko preberete moj nedavni članek v reviji Življenje in tehnika: "Možgani v vesolju" oktober, 2008).

Hm, kaj pa če bi lahko iz tega razvili nov paradoks oz. problem - da je število tovrstnih paradoksov, da ljudje pravzaprav nismo resnični tako veliko, da iz tega sledi, da je praktično nemogoče, da smo res resnični? In to zabije zadnji žebelj v krsto resničnosti...

Ah, s takšnimi stvarmi si verjetno ni smiselno beliti glavo...

"Nova tehnika omogoča vstavljanje zarodka brez karcerogenih genov"... še ena precej leva, tokrat iz časopisa Delo

Na Delovi internetni strani lahko v rubriki Znanost in tehnologija beremo novico "So raku na dojki šteti dnevi? Nova tehnika omogoča vstavljanje zarodka brez karcerogenih genov".

In sicer med drugim piše:
"V Veliki Britaniji se je rodila deklica, ki po zagotovilu zdravnikov ne bo nikoli zbolela za rakom dojk, saj se je razvila iz zarodka, ki ne vsebuje zloglasnega gena BRCA 1. Strokovnjaki na kliniki, kjer opravljajo genske preiskave, so namreč v njeno mater vstavili dva zarodka, ki nimata kancerogenih genov....Novo tehniko pa ponujajo vsem bodočim staršem, ki imajo v družini raka na dojkah. Vsaka deklica, ki je rojena s škodljivim genom BRCA 1, ima od 50 do 85 odstotkov možnosti, da zboli za rakom na dojkah..."

Novica vsebuje več precej zavajujočih napak in pomankljivosti, kar lahko pač pripišemu temu, da so novinarji, ki poročajo o znanosti nepoučeni o področju, ki ga pokrivajo. Resen časopis, kot je Delo si tega ne bi smel tako zlahka privoščiti...

Pa gremo po vrsti - noben zdravnik na tem svetu vam ne more dati zagotovila, da nikoli ne boste zboleli za rakom (bilokatere vrste). Še več, dedna oblika raka na dojki predstavlja samo 3-5% vseh primerov te oblike raka.
Kot drugo, zarodek, ki ne bi vseboval gena BRCA1, sploh ne bi preživel. Za gen BRCA1 (in njegovega bratranca BRCA2) pravzaprav lahko rečemo, da preprečuje raka, ne pa, da ga povzroča! BRCA1 je namreč vpleten v nadzor genoma in je eden izmed genov, ki so "DNK policaji" (kot je npr. slavni p53). Težava ni gen BRCA1 ampak so problematične določene mutacije, ki se v njem lahko pojavijo. Te mutacije spremenijo delovanje tega gena, zaradi česar imajo nosilke teh mutacij v BRCA1 večje tveganje, da razvijejo raka dojke (in tudi raka jajčnikov). To tveganje je lahko pri določenih mutacijah v BRCA1 zelo veliko (50-80% verjetnost, da ženska v času življenja dobi raka na dojki).

Strokovnjaki na britanski kliniki v mater torej niso vstavili zarodkov, ki nimajo kancerogenih genov in BRCA1 ni škodljiv gen. Kar so zdravniki dejansko naredili je bilo sledeče:
Ker je bila ta ženska verjetno nosilka "verzije" gena BRCA1, ki je vseboval škodljive mutacije (škodljive so torej mutacije), ji je bilo po britanski zakonodaji dovoljeno, da opravi umetno oploditev. To pomeni, da so v laboratorijski epruveti spermo njenega moža zmešali skupaj z njenimi jajčeci. Pri tem je bilo določeno število jajčec uspešno oplojeno in v epruveti so se pričeli razvijati zarodki. Nato so zdravniki izbrali nekaj teh zarodkov (ki jih v tej stopnji tvori samo nekaj 10-100 celic in so mikroskopsko majhni) ter pogledali, kakšne verzije gena BRCA1 nosijo. Ker pri nastanku jajčec in spermijev prihaja do mešanja geneske snovi, imajo spermiji oz. jajčeca različne verzije genov (v primeru te ženske so imela nekatera jajčeca verjetno "zdrav" BRCA1, nekatera pa "okvarjen" BRCA1). Posledično so lahko izmed zarodkov izbrali dva zarodka, ki sta imela "zdrav" gen BRCA1 in ta zarodka so nato vstavili v maternico omenjene ženske. Punčka te ženske morda res ne bo razvila dedno obliko raka na dojki (in še to ni 100%, ker gen BRCA1 ni edini izmed genov, ki lahko poveča tveganje za nastanek raka na dojki...), nihče pa ji ne žal more zagotoviti, da ne bo dobila raka na doki zaradi drugih vzrokov...

Omenjen poseg zagotovo demonstrira silovit napredek genetike in molekularne biologije, obenem pa zbuja skrbi glede zlorabe te in podobnih tehnologij v namene "izdelave otrok po načrtu" oziroma želji staršev ali družbe. V primeru bolezni se nam takšni posegi ne zdijo etično sporni, kaj pa, če se bo takšna diagnostika začela uporabljati tudi za druge značilnosti, npr. inteligenco ali glasbeni talent?

Začetek konca (mojega doktorata, ne vesolja)

Tako, leto je naokrog in jaz sem končno uspel spisati svoj doktorat. Sedaj je v rokah komisije in če bo šlo vse gladko se bom kmalu poslovil od svojega raziskovalnega dela v laboratoriju in bog ve kam me bo zanesla pot.
Sedaj bom imel mogoče kaj več časa za pisanje tegale bloga, ker sem zadnje mesece preživel cele dneve ob seciranju člankov in analiziranju svojih rezultatov. Res sem vesel, da je sedaj to za mano in tega ne bi več ponavljal.

Če bo recesija prehuda pa lahko sledim Markotovim idejam, kako do res poceni kletnega laboratorija in grem v nakup starega pralnega stroja (za centrifugo), zvarim skupaj še elektroforezno napravico (za analizo in igranje z DNK) in na štedilniku kuham bakterijska gojišča. Potem se mi lahko zgodi podobno, kot nedavno nekemu zanesenjaškemu ameriškemu študentu kemije, ki si je v garaži naredil amaterski laboratorij, zatem pa je k njemu vdrla policija in ga strpala v zapor, pod obtožbo, da je izdeloval eksploziva. Ubogi študent pa je imel samo veselje do kemije. Ni kaj, kemija in molekularna biologija nista računalništvo!

Torej, vsem voščim veliko eksplozivnega zanesenjaštva v 2009!

Želite postati "bioheker"?

Na internetnu sem zadnjič naletel na zanimivo novico o "garažni molekularni biologiji". Baje so si čez lužo nekateri posamezniki doma opremili amaterske laboratorije, kjer se igrajo z genetsko manipulacijo živih organizmov (beri bakterij). Baje to početje nekateri ameriški profesorji celo spodbujajo. Tako naj bi na priznani univerzi Cambridge skupina z imenom DIYbio ustanavljala "družbeni laboratorij", kjer bi se lahko kdorkoli igral s kemikalijami in laboratorijsko opremo. Zagovorniki te ideje pravijo, da je treba narediti molekularno biologijo bolj "seksi" in da bi lahko amaterski entuziasti prišli do pomembnih odkritij.
V bistvu gre razmišljanje nekako takole - če so lahko Bill Gates (Microsoft) in Steve Jobs (Apple) in podobni v svojih garažah sprožili računalniško revolucijo, zakaj se ne bi moglo isto zgoditi z genetiko/molekularno biologijo/sintezno biologijo...
Nekateri temu pojavu baje celo pravijo "bioheking". Hm, luštno ni kaj. Bioheker se definitivno sliši bolj seksi (in nevarno) kot recimo laboratorijski tehnik mikrobiologije :)
Torej, glede na to, da bi lahko s svojim znanjem dal nekaj napotkom potencialnim slovenskim biohekerjem, bom to tudi storil. Vredu, za svoj prvi kletni laboratorij, kjer boste lahko izdelovali bakterije, ki bodo npr. svetile v temi potrebujete naslednje začetne potrebščine:
1) Hladilnik! (pri čemer mora imeti možnost ohlajevanja na najmanj -80°C)
2) Centrifugo (št. obratov/min vsaj 14.000 rpm/min)
3) Pipeto (oziroma najbolje 3 pipete za različne volumne) - tisti, ki ne veste, kaj je to pipeta si poglejte na internetu, ker ne bom tega razlagal

Dobro, to bo za začetek vse. Če bo povpraševanje zadosti veliko, lahko kdaj v prihodnjosti povem še za ostale zadeve, ki jih rabite. Predvsem bo to nekaj denarja....
Vredu, sedaj pa še nekaj malo bolj resnega. Mislim, da je veliko vprašanje, če bi se smelo tovrstno početje opravljati doma, kaj šele spodbujati. Ne vem sicer, kako je s tem v ZDA, ampak sem skoraj prepričan, da se bo to v prihodnosti zelo omejilo, če ne celo prepovedalo. Če samo pomislim na računalniške viruse...me kar zmrazi, da bi se nekdo kaj podobnega lotil v garažnem laboratoriju s pravimi bakterijami ali virusi.

Možganski doping

Kaže, da se na univerzah čez lužo uveljavlja nov trend - študentje (in verjetno tudi njihovi profesorji) so v želji po boljših akademskih dosežkih začeli posegati po vrsti zdravil, ki slišijo na ime "kognitivni spodbujevalci" (ang. cognitive enhancing drugs).

Ta zdravila, ki so bila razvita za zdravljenje bolezni, kot je neslavna "motnja" ADHD (motnja pozornosti s hiperaktivnostjo, ang. atention deficit hyperactivity disorder), se sedaj na študentskem črnem trgu ponujajo kot stimulansi za izboljšanje umskih sposobnosti in torej za doseganje boljšega učnega uspeha. Po nedavnih raziskavah v ZDA kar okrog 7% študentov uporablja ta zdravila, na nekaterih univerzah pa ta številka dosega celo 25%. Verjetno med uporabniki niso samo študentje, ampak tudi njihovi profesorji. In verjetno ta pojav ni omejen samo na univerze, ampak tudi na srednje šole.
Prav zanimivo se je pred kratkim v reviji Nature skupina uglednih nevroznanstvenikov, psihiatrov in etikov odločno postavila na stran uporabe teh kognitivnih spodbujevalcev. Med drugim so zapisali, da to še zdaleč ni podobno npr. dopingu v športu ali čemu podobnemu in da bi morali tovrstni spodbujevalci postati dostopni vsem, ki si jih želijo uporabljati (trenutno je njihovo jemanje brez recepta v ZDA ilegalno). Ameriški strokovnjaki tako zagovarjajo nov "model učenja" pri katerem bi pred piflanjem v knjižnici ali prisostvovanjem na predavanjih študentje dobili eno modro tabletko, s katero bi vsi postali napol geniji. Avtorji tudi pravijo, da bi s pomočjo teh zdravil države v razvoju lahko spremenile svoje državljane v bistre glavice s čimer bi se lahko država hitro preobrazila v visoko-tehnološkega tigra. Krasno, ni kaj.

Zdi se mi, da so Američani izjemno dobri v eni stvari - iskanju novih, svetlečih lepih besed za nadomeščanje izrazov, ki imajo med ljudmi negativen prizvok. Mogoče se še spomnite termina "kolateralna škoda" iz njihovih novejših vojn, s katero so sprali kri z veliko manj zvenečega izraza "civilne žrtve". No, ta trend besednega permutiranja se je zdaj razširil v vse pore družbe, tudi med znanstvenike.
Recimo, eden izmed najbolj popularnih kognitivnih spodbujevalcev je zdravilo Ritalin, ki ga v ZDA uporabljajo za zdravljenje ADHD. Ritalin v svoji osnovi deluje zelo podobno kot neka druga spojina, ki pa se je drži veliko bolj zlovešč sloves - kokain. V bistvu je razlika med tema dvema substancama nadvse miniaturna, oba na možgane delujeta sumljivo podobno. Ampak okej, ker kokain izdeluje kolumbijska mafija, Ritalin pa farmacevtski giganti, si torej zasluži tudi temu primeren strokovni izraz. In tako so se rodili "kognitivni spodbujevalci".
No, če malo postopate okrog naših univerzitetnih knjižnic, boste ugotovili, da smo v deželi na sončni strani Alp zopet nazadnjaški - naši študentje še vedno vztrajajo pri primitivni kavi (in nekateri zraven še pri cigaretu). Kako sedaj sploh pričakujemo, da se bomo lahko kosali z ameriškimi študenti, ki se ga pred učenjem zadevajo z Ritalinom in podobnimi stvarmi?

Post scriptum...

No, zadnje dni je bilo tule gor malo vroče...podobno pa tudi na Markotovem blogu. Najino poročanje o podjetju GenePlanet (ali kakorkoli se že imenuje) je vzdignilo tudi malo prahu - vredu, recimo, da so firma in njeni sodelavci sedaj doživeli svoj ognjeni krst :)

Seveda s tem štorija o osebni genomiki (resnici na ljubo se meni bolj dopade termin "potrošniška genomika") še zdaleč ni končana ampak se je šele dobro začela...sicer pa bo za to še dovolj časa. Mogoče bi zaenkrat omenil samo eno stvar, ki sem jo zasledil v reviji Nature. V sekciji news Erika Check piše o genetskem testu za določanje tveganja za Alzheimerjevo bolezen, ki ga na svoji spletni strani ponuja tudi GP. Ta test je nedavno iz svoje ponudbe umaknilo neko ameriško podjetje, ki se ukvarja z osebno genomiko, ker je to zahteval sam avtor študje, ki je odkrila povezavo med določenim mestom v genomu (gen ApoE) in povečanim tveganjem za to bolezen. Obstajajo namreč določene podrobnosti te študije, ki pa jih podjetja ne upoštevajo, zaradi česar je ta genetski test za to bolezen sporen (npr. ameriško podjetje za osebno genomiko 23andMe tega testa nima, medtem ko imata ta test podjetja ameriški Navigenics in islandski deCODEme - te tri firme so trenutno največji in najbolj poznani ponudniki storitev osebne genomike).
Skratka, materiala za razburjanje bo še dovolj :)

Vesel sem bil tudi obsežnega komentarja na moje pisanje o "Znanosti, duši in Bogu". g. Dobronamernež se je kljub pomankanju časa lepo potrudil in je šel kritično skozi moje pisanje. Pač, vsaka stvar ima najmanj dve plati, ne :)

Mogoče bi tule pokomentiral samo tisti del, kjer me kolega D. sprašuje kateri so trenutni teoretični problemi pri kvantni mehaniki in velikem poku, ker se mi zdi stvar res blazno zanimiva (z znanstvenega stališča, da ne bo pomote):

1) Problem pri velikem poku - trenutni fizikalni teoretični modeli imajo pri velikem poku eno veliko težavo (obstajajo še druge, ampak ta je najhujša), o kateri piše tudi Stephen Hawking v svoji knjigi Krajša zgodovina časa. Težava je v tem, da trenutne enačbe začetek velikega poka opisujejo kot t.i. singularnost - točko brez dimenzij, v kateri sta bili gostota vesolja in ukrivljenost-prostor časa neskončni. Hawking nadalje razlaga, da je ta teoretični zaključek pravzaprav smrt Einsteinove teorije relativnosti, ker kadar neka teorija napove singularnost to pomeni, da je teorija nepopolna (oziroma napačna). Fiziki se tako že nekaj časa bojujejo s to "velikopokovno singularnostjo" in trenutno sta dva primarna kandidata, ki bi rešila njihovo zagato - teorija kvantne gravitacije in teorija strun, vendar sta teoriji še v povojih...torej bo na tem področju še razburljivo!
2) Problem kvantne mehanike - pri kvantni mehaniki trenutno ni takšnih težav, kot pri teoriji relativnosti (čeprav...odvisno katerega fizika vprašate, če bi bil Einstein še živ, bi imel zagotovo veliko povedati na to temo...), se pravi, da trenutno velika večina fizikov smatra, da je kvantna mehanika pravilna teorija. Na drugi strani pa trenutno poteka žgoča razprava o "naravi kvantne resničnosti" in nekateri napovedujejo drugo revolucijo v kvantni mehaniki - srčika problema je v tem, da se fiziki sprašujejo, kakšno je v resnici ozadje kvantne teorije ali povedano bolj po domače "ali svet obstaja neodvisno od nas?" To sploh ni trivialno vprašanje, za dobro razlago to teme si preberite tole. Eden izmed teoretičnih problemov kvantne mehanike je tudi t.i. "dekoherenca", ki še ni čisto dobro razjasnjena...torej, tudi na tem področju bo pestro!

Toliko torej o osebni genomiki in teoretičnih problemih fizike! In da, bralci lahko mirne duše resno jemljejo zaključke tegale bloga.