ГЕНОМЪТ НА НЕАНДЕРТАЛЕЦА ГОВОРИ

Как е възникнал съвременният човек – Homo sapiens?

Това е въпрос, измъчващ палеоантрополозите от много време ….

За да можем да отговорим на него, на първо място трябва да знаем какво отличава съвременния човек от неговите предшественици и какво е онова, което е направило H. sapiens толкова успешен вид, че за около 60 000 години е съумял да превземе Земята и даже да излезе в космоса?

Второто голямо предизвикателство пред палеоантропологията е да намери отговор и на още един голям въпрос:

Какво е станало с другите видове от род Homo, (нaпример с неандерталеца – Homo neanderthalensis)?

Неандерталецът е населявал земите, които днес наричаме Европа, а после е изчезнал! Доскоро се смяташе, че двата вида неандерталецът и съвременният човек не са се застъпили и че, неандерталците са изчезнали преди H. sapiens да дойде в Европа. Вече е ясно, че двата вида са се засекли и са живеели на една и съща територия в продължение на почти пет хиляди години.

Странно наистина, но вече научен факт…..

Какво се е случило, когато двата вида са се срещнали тук в Европа и срещата ли е причината за изчезването на неандерталците, са въпроси, които напоследък станаха основна тема в палеоантропологията.

Любопитно е да разберем какви са били срещите и отношенията между H. sapiens и H. neanderthalensis. Дали тези отношения са били изразени в сътрудничество или пък както е по-вероятно са ескалирали в битки за надмощие?

Когато се разбра, че двата вида са живели цели пет хиляди години заедно, досегашните хипотези за унищожението на неандерталеца от съвременния човек започнаха да изглеждат все по-малко вероятни. Но ако са съжителствали толкова дълго заедно, дали е възможно двата вида първообитни хора да са се кръстосвали? И ако са се кръстосвали, то тяхното поколение плодовито ли е било, имали ли са кръвосмесените индивиди деца и внуци?

Какво казва науката?

Опитахме да разкажем какво се знае до момента по тези въпроси (BBC Знание, брой 67,Юли 2015, стр. 52-59). Позволихме си да поразсъждаваме върху тях в светлината на натрупаните до момента данни за генома на неандерталеца.

Сванте Паабо е ученият - доайен в изследванията на неандерталска ДНК. Неговата група успя да секвенира целия неандерталски геном, показвайки, че ние, съвременните хора имаме от 1 до 4% неандерталска ДНК в себе си.

Нека споменем няколко любопитни факта, касаещи изпълнението на проекта. Основно използваните кости са на неандерталци, живели преди около 38 000 години на Балканския полуостров в пещерата Виндиджа (Vindija) в Хърватска. Общо са секвенирани геномите на три индивида, от чиито кости е било изолирано достатъчно количество ДНК. По късно през 2013 година бяха секвенирани геномите на неандерталци от Испания, Германия и Сибир.

Ден след като предадохме нашата статия за списание BBC Знание. Сванте Паабо публикува в списанието Nature статия, с която в типичен негов стил отново разбуни духовете в палеоантропологията. В тази статия учените, ръководени от Паабо, представят цялостния геном на първобитен H. sapiens, живял по времето на неандерталеца някъде преди 37 000 - 42 000 години. Любопитна подробност е, че останките на този човек са намерени в Румъния на около 40 км от българо-румънската граница. По-интересното в случая е, че според ДНК анализа този индивид има много повече неандерталска ДНК (около 9%). Следователно той е трето или четвърто поколение на кръстоска между H. sapiens и неандерталец. Лесно е да се пресметне, че този човек е живял само 200 години след такова кръстосване. При огромните времеви интервали, за които говорим 40 000 години от изчезването на неандерталците, 200 години са едно нищо! Излиза, че учените са имали огромен късмет да попаднат на такъв индивид, който е пра-, пра-, правнук едновременно на човек и неандерталец! Разбира се, сравняването на генома на този първобитен H. sapiens продължава и несъмнено скоро ще научим нови и интересни факти за нашите предци и „братовчеди“  – неандерталците.

Заради станалото популярно предложение за изграждане на Джурасик парк, всеки би попитал колко стара ДНК може да бъде подложена на анализ? Това, което се знае е, че до момента нашите технически възможности позволяват да се секвенират геноми отпреди 60-70 хиляди години. Някои учени смятат, че в отделни, замразени проби (от сибирската тундра, например) може да се изолира достатъчно цялостна ДНК отпреди 500 хиляди години, но това наистина е пределът засега. От по-стари останки ДНК не може да се изолира, защото тя е много разградена.

Като се има предвид,че последните динозаври са изчезнали преди 65 милиона години е ясно, че организирането на Джурасик парк се отлага.

Засега!

доц. д-р Георги Милошев Специалности: Молекулярна биология и генетика, Епигенетика, Генотоксикология, Екогенотоксикология, Нутригеномика и Епигеномика, Генетика и Епигенетика на асистираната репродукция, Епигенетика на остаряването Дългогодишен популяризатор на науката в България.

TAЙНИТЕ НА НАШАТА ДНК

Готови ли сме за морето от генетични данни, които изследователски екипи генерират почти ежеседмично, работейки по едни от най-големите проекти в областта на Биомедицината?

Такива проекти като Проектът „Човешки Геном“, Проектът „1000 човешки генома“ и други обединяват усилията на много учени в големи международни консорциуми. Целта е стъпка по стъпка, нуклеотид по нуклеотид  да разкрият тайната на живота, закодирана в ДНК. 

Количеството наследствена информация във всеки един от нас е огромно. Броят на нуклеотидите  (четирите на брой буквички: А, Г, Ц и Т) е 3х10⁹ и те са подредени уникално по дължината на ДНК молекулите на всеки човек. Всяка една промяна (мутация) в тази последователност може да е начало на сериозно генетично заболяване.

Познаването на генома и най-вече разпознаването на мутациите в него, ще отвори вратите към света на бъдещето, което вече всички смело наричат „ПЕРСОНАЛИЗИРАНА МЕДИЦИНА“. Това бъдеще никак не е далече, стои точно пред нас, намира се зад една врата.

Но дали сме готови да отворим тази врата?

Едва ли всеки би бил любопитен да разбере какво говори неговата ДНК и притежава ли някакви мутации, които биха били предвестник на някакво заболяване. Такова заболяване дори да не се e проявило все още, спи там някъде в гените ни и като звяр дебне подходящия момент да плячкоса нашето здраве и спокойствие.

Миналата седмица бяха публикувани резултатите от мащабно социологическо проучване в тази насока, в което участие взеха 7000 човека с различни професии и интереси от 75 различни страни по света. Проучването беше стартирано от международен научен екип от водещи медицински центрове и университети в Англия и Австралия. Това стана няколко месеца след публичното огласяване на намеренията на известна биотехнологична компания да секвенира 100 000 индивидуални генома до края на 2017 г. Участниците трябваше да отговарят на въпроси, свързани с разпространяването и достъпа до лична генетична информация, която се получава при провеждане на генетични анализи. 

Много от компаниите, които изпълняват генетични проекти, използват генетичен материал от доброволци, които, разбира се, дават своето информирано съгласие за това. Трябва да кажем, обаче, че все още правно и етично не е регламентирано какво е редно да направят компаниите, когато генерират генетични данни и попаднат на откритие или имат информация за евентуална опасност от развитие на заболяване в някои от донорите. 

Вероятно прибързано, всеки би казал, че трябва да се съобщи на донора. 

Ние също заставаме зад такова решение, но какви последствия би имал такъв акт за живота, семейството и приятелите на тези хора, е все още рано и доста трудно да се предскаже.

Ето защо инициативи като това проучване са много важни, защото те най-точно напипват пулса и настройките на обществото по такива жизненоважни въпроси.

Какъв е резултатът? 

За най-голяма, но и доста приятна изненада от това проучване 98 % от всички участници са отговорили, че биха искали да знаят, ако някъде в генома им се таи мутация, която би довела до сериозно заболяване. Далеч по-малък е процентът на желаещите да бъдат информирани дори за не чак толкова сериозни състояния. Интересно е, че 60% са любопитни да получат и информация за произхода си. 

Това, на което се набляга и което провокира и нас да пишем по тази тема, е откритието, че професионалните учени и медицинските работници проявяват пет пъти по-голямо желание да разберат какво казва тяхната ДНК. 

И това не е случайно, а смело, разумно и много напредничаво. Защото това да съществува мутация в генома ни, която да води до генетична промяна, не винаги означава, че ще се прояви заболяване. А когато човек е наясно за звяра в неговия геном, би могъл много разумно да подходи към проблема, като се опита чрез промяна в начина си на живот да предотврати или поне да забави във времето неговото проявление.

Вие как мислите?

Искате ли да бъдете информирани за мутации и изменения във вашата ДНК? 

д-р Милена Георгиева Специалности:   Генетика, Епигенетика, Молекулярна биология, Нутригеномика, Нутриепигеномика, Епигенетика на заболяванията и остаряването Популяризатор на науката в България.

ТРОЙНО РОДИТЕЛСТВО

Митохондриална наследственост и бебета от „трима родители“ – опасности и предизвикателства

  

Преди седмица Британският парламент одобри с голямо мнозинство използването на така наречената „митохондриална терапия“. Това развълнува хората, но и ги накара да се замислят какво в действителност означава това, а учените да защитават все по-ожесточено значението на научния прогрес за здравето на хората.

Нека влезем в малко подробности за интимния свят на нашите клетки, за да разберем какво точно възнамеряват да правят учените с нашите бъдещи деца.

Митохондриите са органели, намиращи се в клетката и осигуряваща нейната енергия. Наричат ги още нейните електроцентрали. Интересно, е че митохондриите притежават собствен геном, една кръгова ДНК молекула, много, много по-малка от ДНК, която се намира в ядрото на клетката. Митохондриалната ДНК кодира малко гени - 37 на брой  (на фона на 22 000 гени в ядрото). Тези гени, макар и малко на брой, обаче, са много важни за енергийния метаболизъм на клетката. Протеините, които се синтезират от митохондриалните гени, участват в дихателните вериги. Ето защо, когато митохондриите са увредени или функционират неправилно, се проявяват тежки  заболявания между които неврологични разстройства, аутизъм, миопатии, диабет и редица други тежки синдроми. Тъй като при процеса на оплождането на яйцеклетката се унаследяват предимно майчините митохондрии, тези заболявания се унаследяват по майчина линия.

С развитието на науката и новите технологии стана възможно увредените или неправилно функциониращи митохондрии на майката да бъдат отстранени от вече оплодената яйцеклетка и да бъдат заменени с такива от яйцеклетка на здрава жена. Това се постига, като ядрото от оплодената яйцеклетка на майката, се изважда и се поставя в лишена от ядро яйцеклетка на здрава жена, жена, в чиито клетки митохондриите функционират напълно нормално. Така се получава яйцеклетка с нормални митохондрии, която бива имплантирана ин витро в бъдещата майка. С други думи, огромната част от генетична информация (в ядрото) идва от майката и бащата, и само малка част, тази в митохондриите, идва от друга, здрава жена. Така, че обявеното от някои журналисти „дете от трима родители“ е преувеличено. На практика само няколко гена, отговорни за енергийните нужди на клетката, се подменят. И това се прави в името на раждането на здраво и щастливо дете, вместо на дете с тежко, нелечимо заболяване. Кои родители ще са по-щастливи?

Нормално е да си зададем няколко въпроса:

1. Напълно безопасна ли е техниката?

2. Ако няма голяма промяна в генетично отношение, то няма ли да има повлияване на епигенетично ниво на бъдещите деца, родени след такава техника?

3. Не се ли отваря така вратата за свободна намеса в човешкия геном и създаване на деца с поръчкова генетика?

Нашето мнение е, че с легализирането на "митохондриалната терапия" човечеството прави още една крачка в борбата с болестите, в конкретния случай в борбата с бича на наследствените заболявания. В тази техника няма нищо фундаментално ново. Тя е подобна на някои от техниките на ин витро зачеването, с което толкова сме свикнали и което вече приемаме за нормално. В техническо отношение митохондриалната терапия е малко по-сложна, но иначе няма нови неща. Следователно се очаква след известно време цялата дандания около тази нова техника да отшуми. Съвсем естествено е всички страни да приемат тази терапия като възможност в борбата с нелечими наследствени заболявания.

Дали ще има повлияване на епигенетично ниво? 

Вероятно, да! 
Но то се случва и сега при ин витро оплождането. Светът се е съгласил с този риск при досега практикуваните ин витро практики. Така, че сигурно ще поеме и този риск. 

А, дали не се тръгва по пътя на „дизайнерските бебета“? 
Това зависи само от нивото на развитие на обществото. Доколко стриктно и внимателно се спазват ограниченията. А, иначе, то и сега могат да се правят генетично променени бебета. Технологията го позволява. Дали това ще се превърне в кошмар зависи от самите хора, от човечеството. Това не бива да води до спиране на изследванията, до закриване на лаборатории и ограничаване работата на учените, които търсят нови начини за борба с болестите.

Защото както са доказали много диктатори спирането на прогреса не води подопечните им народи до по-качествен и щастлив живот!

доц. д-р Георги Милошев Специалности: Молекулярна биология и генетика, Епигенетика, Генотоксикология, Екогенотоксикология, Нутригеномика и Епигеномика, Генетика и Епигенетика на асистираната репродукция, Епигенетика на остаряването Дългогодишен популяризатор на науката в България.

ЕПИГЕНЕТИКАТА – СИМФОНИЯ, НАПИСАНА С ИНФОРМАЦИЯТА ОТ НАШИЯ ГЕНОМ

 

Познаването на епигенетичните механизми в дълбочина е ключ към решаването на проблемите с множество заболявания, които се дължат на нарушения в начина, по който един или друг ген работи. А това е една голяма стъпка в близкото бъдеще, надяваме се, по посока на т.н. персонализирана медицина, за която дори Барак Обама говори в своята реч  при представянето на бюджета на САЩ за 2016. И въпреки че американският президент не използва точно термина „персонализирана“ медицина, той заяви, че 146 млд. долара са предвидени за изследователски програми и по-точно за развитие на т.н. „прецизна медицина“. Постижение е за биомедицинската наука и за нас учените в тази област в речта на президента на САЩ специално да се отбележи значението на тази наука за здравето на човечеството. Предвиждат се 215 млн. долара да бъдат похарчени за създаване на интегрирана медицинска база данни на 1 000 000 доброволци. В тази база данни ще бъдат депозирани данни от генетични изследвания, проведени върху тези хора, както и цялата им медицинска история. Идеята е да се създаде интегрирана платформа и да се разработи стратегия за прилагане на индивидуален подход при лечението на различни заболявания. А това е наистина сериозен поглед в бъдещето и една наистина голяма крачка в областта на съвременната медицина.

Тази мисия би била невъзможна, обаче, без познаването на епигенетиката на тези хора. Известно е, че геномът не функционира сам. Да се работи за създаване на персонализирана медицина, основавайки се само на данните от генома, е все едно да работиш в лабораторията с едната ръка, вързана отзад. Геномът на всеки един от нас работи в унисон с епигенома и само така се изпълнява генетичната програма на всеки един от нас. Това е сложен процес, който зависи и от факторите на околната среда, и от начина ни на живот. Епигеномът е над генома и точно той поема сигналите от заобикалящия ни свят, като по този начин модулира активността и работата на гените, като маркира ДНК и протеините, които я организират, по специфичен начин, който се предава в поколенията.

Неслучайно, втората крачка към персонализираната медицина беше направена вчера след публикуването в престижното научно списание Nature на първата по рода си "КАРТА НА ЧОВЕШКИЯ ЕПИГЕНОМ“. Научната публикация бележи успехите на близо десетгодишен труд на научни колективи от цял свят, които със съвместни усилия направиха задълбочен анализ и документираха някои от най-общите епигенетични модификации върху генома на 111 различни типа клетки в човешкия организъм, като специално внимание е обърнато на епигенома на стволовите клетки, на клетки от различни видове рак, на епигенома на  клетки от нервната система и др. Това е много важно, защото всички клетки в нашето тяло с много малки изключения имат напълно еднакъв геном. Въпреки това обаче те участват в изграждането на различни тъкани и органи, изпълняват различни функции. 

Ние учените вярваме, че познаването на епигенома на различните типове клетки в човешкия организъм ще създаде изключителни перспективи за манипулиране работата на геномите на тези клетки и така ще отвори нови хоризонти за справяне с човешките заболявания, които се дължат на нарушения в нормалната работа на гените. 

Така например след оповестяването на картата на човешкия епигеном се оказа, че мозъчните клетки на пациенти, починали от Алцхаймер, имат специфично метилиране на ДНК и то в участъци, в които подобно ДНК метилиране се наблюдава и в клетки от имунната ни система. Това е революционно откритие, което за първи път връзва невродегенеративно заболяване като болестта на Алцхаймер с нарушения във функционирането на имунната система. Това налага търсене на различен подход при терапията на това заболяване.

Разкриването на епигеномите на тези 111 различни типа клетки, взети от едни от най-важните органи в човешкото тяло, ще увеличи възможностите на учените да определят произхода на метастазирали тумори в човешкото тяло, защото известно е, че тези туморни клетки носят част от епигенетиката на тъканите, от които водят началото си. Познаването на произхода и епигенетиката на раковите клетки е от голямо значение за избора на правилна терапия.

Отварят се нови хоризонти пред биомедицината. Без колебание и с респект, и ние се присъединяваме към думите на изследователите, взели участие в този консорциум, които казват, че това не е краят на проекта, а по-скоро началото на ерата на Епигеномиката. Това е началото на най-висшата медицина, на която човечество ще може да се радва, медицина, която здраво стъпва върху науката за гените и тяхното функциониране. 
Една от задачите на тази наука е да изучава различни възможности за поддържане на баланс между генома и епигенома, за да бъдем здрави. 

Бъдещето е пред нас, да му се насладим!

 

д-р Милена Георгиева Специалности:   Генетика, Епигенетика, Молекулярна биология, Нутригеномика, Нутриепигеномика, Епигенетика на заболяванията и остаряването Популяризатор на науката в България.

ГЕНЕТИЧНИ ТЕСТОВЕ - КАКВО НИ КАЗВАТ, ЗА КАКВО НИ ПОДГОТВЯТ?

 

 Какво трябва да знаем за персоналните генетични тестове?

Едни от най-новите разработки на основата на ДНК технологиите са специализирани предимно в областта на криминологията за определяне на идентичност и/или доказване на родителски права. Друга голяма част са насочени към медицината. Тяхна основна цел е ранната диагностика на различни наследствени заболявания, както и установяване на генетична предразположеност към други заболявания като диабет, мускулна дистрофия и дори грип. Тези области на биологията и медицината се развиват с огромна скорост и резултатите много бързо се внедряват в практиката. ДНК тестове се прилагат не само за диагностика в лечебните центрове, но започнаха свободно да се появят в аптеките и дори в  супермаркетите в САЩ и Западна Европа. Благодарение на такива тестове може да се определи бащинство, принадлежност към етническа група или към стар, престижен род, предразположение към конкретно заболяване.

В момента в САЩ има множество компании, които предлагат провеждане на персонални генетични тестове, целящи установяване на генетична предразположеност към Алцхаймер, астма, хронична лимфоцитна левкемия, глаукома, сърдечносъдови заболявания, рак на белия дроб, Паркинсон, рак на стомаха, псориазис, диабет и още 30 други заболявания. И въпреки тази достъпност на генетичните тестове не бива да забравяме, че тълкуването на резултатите трябва да се извършва от молекулярни генетици. Това се налага поради сложността на разчитането на човешкия геном, както и поради необходимостта да се отчитат множество фактори при тълкуването на разултатите. Такива фактори се проявяват под влиянието на средата на живот. Защото дори да имат мутация в гена, отговорен за ревматоиден артрит, например, някои хора така и не развиват това заболяване, ако няма подходящите условия за неговото проявление.

За момента тълкуването на резултатите от ДНК тестовете се представя под формата на процент предразположеност към бъдещо развитие на болестта. Колкото по-висок е този процент, толкова по-голяма е вероятността болестта да се появи. Спазването на определени хранителни навици, на двигателен режим и други биха помогнали да се намали тази вероятност. Важно е да се подчертае, че въпросът с информацията, която ДНК тестовете предоставят на обикновения потребител, има мощно емоционално и социално значение за всеки един от нас. Някои хора не искат да знаят какво ги очаква, докато други предпочитат да се информират. В някои от случаите служители на компаниите, изпълняващи такива тестове, злоупотребяват с личната информация, което нарушава човешките права на клиентите. Това налага сериозна работа към създаване и утвърждаване на железни стандарти и законодателство за провеждането на персонални ДНК тестове и главно за съхранението и използването на резултатите.

Тестовете на основата на ДНК стават все по-популярни и все по-финансово достъпни. Пример за това е известната кампания на National Geographic, наречена Генографски проект (Тhe Genographic project). Идеята, залегнала зад този проект, е да се даде възможност на всеки един от нас да научи своята история и да разбере от къде идват корените му, към коя етническа група принадлежи и всичко това е базирано на неговата ДНК и сравняването й с ДНК на другите индивиди. Инициативата беше стартирана през 2005 г и до момента в нея участие са взели над 700 000 хиляди участника. Чрез тази програма всеки човек на Земята може да определи връзката си с останалото човечество. Програмата обхваща целия свят и се основава на самолично вземане на ДНК проба и изпращане в оторизирани генетични лаборатории.

Интересно е! Забавно е! Любопитно е!

Предвижданията са, че в близките десетина години тестовете на основата на ДНК ще станат толкова популярни и общо приложими, колкото са тестовете за бременност. И точно тук се крие ключът към човешкото здраве, към персонализирания подход при лечението на различните болести, към индивидуалния поглед върху процеси като остаряването например и свързаните с него патологични изменения в нашето тяло.

Интригуващо, нали?!
Съдбата наистина е в нашите ръце и с много кураж, упоритост и необходимата доза информираност бихме могли много умело да манипулираме нашите гени.

д-р Милена Георгиева Специалности:   Генетика, Епигенетика, Молекулярна биология, Нутригеномика, Нутриепигеномика, Епигенетика на заболяванията и остаряването Популяризатор на науката в България.