CODZIENNE DOŚWIADCZENIE

Czego nas uczy codzienne doświadczenie? Uczy nas prostej i sprawdzalnej prawdy, że według wszelkiego prawdopodobieństwa część behawioru (od angielskiego słowa behaviour – zachowanie się) człowieka ma swoje podłoże genetyczne, a część ma uwarunko­wania socjokulturowe, czyli jest nabyta. Jak się przekonamy, spo­strzeżenie to należy do tych nielicznych przypadków, kiedy zdrowy rozsądek się nie myli. Tylko że naukowcom zdrowy rozsądek nie wystarcza… Trzeba więc od razu powiedzieć, że uczonym współczesnym dale­ko do jednomyślności, jeśli idzie o naukowe wyjaśnienie tego pro­blemu. A pogląd, że źródeł ludzkich zachowań należy szukać zaró­wno w podłożu genetycznym, jak i w otoczeniu bądź wychowaniu, wcale nie jest powszechny. Co więcej! Jak w żadnej innej dziedzinie spory między uczonymi przybrały formę ostrych przeciwieństw światopoglądowych.

Z PUNKTU WIDZENIA BIOLOGII

Z punktu zaś widzenia biologii pytanie brzmi: jak dalece elemen­ty zachowań zwierzęcych czy ludzkich są częścią wyposażenia gene­tycznego? To znaczy, czy i w jakim stopniu mogą być przekazywane z rodziców na dzieci, z jednego pokolenia na drugie? Można wresz­cie to pytanie zadać i w inny sposób: czy z obserwacji rodziców, a także innych krewnych da się przewidzieć zachowanie i cechy cha­rakteru potomstwa. Wyjaśnijmy przede wszystkim termin „zachowanie”. Etolodzy i psycholodzy termin ten definiują jako uporządkowany łańcuch czynności mających na celu przystosowanie jednostki do konkret­nej sytuacji, którą postrzega i ocenia. Sięgając po przykłady z życia zwierząt: jest to wybór pożywienia albo wysiłki, jakie podejmuje gołąb, by przypodobać się samiczce. Jeśli idzie o człowieka, to rozu­mie się pod tym terminem nie tylko jego charakter, jego psychikę i jego reakcje na zjawiska otaczającego go świata, ale także choroby psychiczne (np. schizofrenię) bądź inteligencję, której poziom określa się zazwyczaj testami i mierzy ilorazem inteligencji – IQ.

GENY CZY KULTURA?

Nie chodzi więc o tworzenie genów dotychczas nie znanych, które mogły stać się punktem wyjścia do narodzin jakichś potworów… Chodzi o lepsze poznanie, doskonalsze operowanie tym, co stwo­rzyła natura. Nie ma potrzeby poprawiać rymu w wierszu Mickiewi­cza, ale jeśli podczas druku tego wiersza wystąpi błąd, trzeba go usunąć.Pytanie to dotyczy problemu, wokół którego dyskusja trwa już wie­ki. Interesował się nim jeszcze Hipokrates, zadając to pytanie, choć nie w tak uczonej formie. Interesowało go, w jakiej mierze zacho­wanie człowieka, jego charakter, jego sylwetka psychiczna (dzisiaj byśmy powiedzieli: jego fenotyp psychiczny, w odróżnieniu od ge­notypu, to znaczy zespołu wszystkich genów danego organizmu) są ukształtowane przez cechy wrodzone, a w jakiej przez środowisko, wychowanie, otoczenie — inaczej mówiąc, w jakiej mierze są to ce­chy nabyte.

EKIPA PROFESORA

Ekipa prof. Fredericka Sangera (laureata Nagrody Nobla z chemii w roku 1980) w Cambridge usta­liła kolejność 48502 par zasad bakteriofaga lambda (jest to wirus pałeczki okrężnicy) oraz kolejność ok. 140000 par zasad wirusa Epsteina-Bahra z rodziny wirusów opryszczki, oskarżonego o po­wodowanie jednej z postaci raka.Uczony francuski Robert Teoule powiada, że laik dowiadując się o  wszystkich tych manipulacjach i metodach powinien przyjąć do wiadomości, iż inżynieria genetyczna, której zastosowanie staje się coraz szersze (a czasami wręcz niespodziewane), nie jest niczym in­nym, jak swoistym majsterkowaniem, polegającym na tym, aby je­dną sekwencję nukleotydów łączyć z drugą albo z całym szeregiem sekwencji. A owe oligonukleotydy, dzisiaj otrzymywane już drogą przemysłową, są częścią składową biologii molekularnej jutra, któ­ra nie będzie się mogła bez nich obejść, tak jak – wracam do tego porównania – elektronika bez tranzystorów.

NAJPROSTSZY SPOSÓB POZNANIA

Dysponując sztucznie otrzymanymi sekwencjami kilkunastu nu­kleotydów, można otrzymać geny będące nosicielami celowo wpro­wadzonych błędów w sekwencjach jak najprecyzyjniej określo­nych. Dysponując zaś takim sztucznym genem-mutantem, biolog będzie mógł sprawdzić, jaki to ma wpływ na cząsteczkę białka, któ­rą gen ten koduje. Jest to najprostszy sposób poznania funkcji róż­nych fragmentów genu. A stąd już prosta droga do szukania sposo­bów umożliwiających usunięcie błędów w działaniu genu, szczegól­nie wówczas, gdy błąd ten jest przyczyną schorzenia genetycznego. Wszystkie te możliwości zwiększą się wielokrotnie, gdy biolog bę­dzie miał do swojej dyspozycji cały sztuczny gen. Właśnie dzięki tej metodzie można było ustalić kolejne sekwenc­je nukleotydów składające się na całe geny. A jak żmudna jest to praca, zrozumie każdy, kto pozna dwa ostatnie (z roku 1984) „re­kordy świata” w tej dziedzinie.

TRUDNE MANIPULACJE

Czytelnik ma teraz prawo ząpytać, jaki jest cel tego rodzaju skomplikowanych i trudnych manipulacji? Jaka z nich korzyść? Czy warto wytwarzać, i to z pomocą specjalnej aparatury, owe oligonu­kleotydy tylko w tym celu, by mogły zapoczątkować serię bardzo skomplikowanych operacji, z których korzyść jest wątpliwa, skoro aby stworzyć sztuczny gen, musimy i tak poznać strukturę prawdzi­wego?Spróbuję na te pytania odpowiedzieć.Otóż owe oligonukleotydy umożliwiają właśnie osiągnięcie celu, jakim jest dokładne poznanie struktury genu naturalnego, jak też umożliwiają poznanie jego funkcji, systemu kontroli, ekspresji i wreszcie poznanie działania poszczególnych fragmentów genu. Słu­ży do tego między innymi metoda sztucznych mutacji, to znaczy zmian w strukturze genu. Dzięki laboratoryjnie wytwarzanym oli- gonukleotydom uczony nie musi zdawać się na przypadek (co się w przyrodzie zdarza), ale może wprowadzić do genu mutację tam, gdzie sobie tego życzy. I tylko tam.

SPECJALNY APARAT

Używa się do tego celu aparatu npszącego nazwę syntetyzer. Syntetyzer łączy nukleotydy w oligonukleotydy. Można po­wiedzieć, że połączenie 14-15 nukleotydów w odpowiednie sekwencje to już dużo. Ale jakże to mało w porównaniu z genami, na które składa się przeciętnie od kilku do kilkuset tysięcy nukleo­tydów!Na tym etapie (14-15 nukleotydów) kończy się możliwość au­tomatyzacji. Teraz żaden aparat nie może zastąpić biologa, który żmudnie i systematycznie, stosując procesy chemiczne i enzymaty­czne (opracowane w pierwszym rzędzie przez Khoranę), tworzy co­raz dłuższe nitki sekwencji nukleotydów, nie mogąc ani przez chwi­lę zdać się na szczęśliwy przypadek, który „ustawi” nukleotydy w odpowiednim porządku. Na taki przypadek trzeba by zbyt długo czekać. Ewolucja być może miała na to dość czasu (miliony czy setki milionów lat), uczony w laboratorium-nie. O roli takiego przypad­ku i o tym, czy jest on w ogóle możliwy, będzie jeszcze mowa. Najdłuższym z syntetyzowanych dotychczas genów jest gen ko­dujący interferon. Składa się on z 514 nukleotydów.

CAŁA MANIPULACJA

rzecz jasna, cała ta manipulacja tak prosto wygląda jedynie w teorii. Z bardzo wielu przyczyn jest to manipulacja skomplikowa­na. Największa trudność polega na tym, że poszczególne składniki, które tworzą DNA, mają swoją własną aktywność chemiczną, wła­sne funkcje skłonne do reakcji. To tak, jak gdyby zebrać w jednym pomieszczeniu kilka lub kilkanaście osób, z których każda ma wła­śnie coś ważnego do załatwienia w innym miejscu. Przeszło dwa­dzieścia lat stracili uczeni, by wynaleźć różne chytre metody pozwa- łające zablokować wszystkie inne funkcje z wyjątkiem tej, która jest niezbędna do właściwego łączenia się nukleotydów. Kiedy po­łączenie dwóch nukleotydów jest już dokonane, trzeba całość „od­blokować”, by przyłączyć nowy nukleotyd.W chwili obecnej technika tej początkowej fazy sztucznego wy­twarzania genów doszła do takiej perfekcji, że łączenie w warun­kach laboratoryjnych w odpowiednim porządku kilkunastu nukleo­tydów w oligonukleotydy, składające się z 14-15 nukleotydów, może się już odbywać automatycznie, za pomocą odpowiedniej aparatury.

TRYUMF WSPÓŁCZESNEJ BIOLOGII

Jednym z tryumfów współczesnej biologii było wykazanie, że ów porządek (albo inaczej sekwencja, według której te cztery zasady następują jedna po drugiej) determinuje (koduje) łączenie się ami­nokwasów w łańcuchy białkowe, stanowiące podstawę wszelkiej materii żyjącej. Dodajmy jeszcze, że i tu obowiązuje pewna reguła polegająca na tym, że połączenie trzech zasad w DNA (nosi to naz­wę kodonu) służy jako sygnał do zidentyfikowania jednego z dwu­dziestu aminokwasów, niezbędnych do utworzenia białek. Sekwen­cja zasad (ATCG), która kieruje syntezą komórkową jakiegoś biał­ka, nosi nazwę genu. Oto w uproszczonej formie podana tajemnica kodu genetyczne­go całej żywej natury. Problem więc otrzymania genu sztucznego, czyli laboratoryjnie otrzymanej sekwencji zasad, polega przede wszystkim na tym, aby wiedzieć, jak ta sekwencja wygląda w genie naturalnym, a następnie po prostu ułożyć we właściwym porządku owe podstawowe składniki, jakimi są poszczególne nukleotydy.

PODWÓJNA SPIRALA

Jasną jest rzeczą, że skoro w cząsteczce tej szkielet w postaci cu­kru i fosforanu powtarza się, cała informacja znajdująca się w DNA zawarta może być tylko w kolejności (sekwencji), w jakiej następu­ją po sobie zasady purynowe i pirymidynowe, tj. A, C, G, T. Jak wiadomo, DNA składa się z dwóch nitek tworzących podwój­ną spiralę. Poszczególne ogniwa spirali połączone są słabymi wiąza­niami (tzw. wiązaniami wodorowymi), które łatwo rozrywają się w temperaturze, w jakiej żyje większość żywych organizmów. Wiąza­nia między zasadami obydwu nici spirali tworzą się zawsze w ten sam sposób: A z jednej nitki połączona jest zawsze z T – drugiej, a C z jednej połączona jest zawsze z G drugiej, no i oczywiście na od­wrót.