Prof. Miążek: – Gen odziera nas z tajemnicy

Prof. Arkadiusz Miążek, dyrektor Centrum Inżynierii Genetycznej UPWr o tym, co można wyczytać z genu i genomu, czy są nauce bariery nie do przekroczenia i o tym, czy genetyk może się czuć jak bóg.
29 stycznia 2020 roku

Co odkrycie genu, a później genomu człowieka zmieniło w naukach biologicznych, w medycynie, w rozumieniu świata?

Aż tak? Był rok 2000 i „Nature” z okazji wielkiego osiągnięcia, jakim było sekwencjonowanie genomu, dawało za darmo numer pisma w całości temu poświęcony. Zamówiłem więc ten numer i przynoszę czasem na zajęcia z genetyki, żeby studenci zobaczyli wiekopomne odkrycie, dzisiaj zaczynające już powoli trącić myszką. Drugi zsekwencjonowany genom należał do myszy, co ma niebagatelne znaczenie ze względu na badania.

To było jak słynny krok Armstronga na Księżycu?

Przede wszystkim stało się jasne, że nikt już tego nie zatrzyma. Adam Maxam i Allan Gilbert, a po nich Frederick Sanger odkryli, że da się sekwencjonować DNA, zasada po zasadzie. Metoda Maxama-Gilberta, bardziej chemiczna, polegała na rozbijaniu wiązań i analizowaniu, co z tych kawałków da się odczytać. Metoda Sangera, bardziej biologiczna, polegała na zatrzymywaniu syntezy DNA na odpowiednim nukleotydzie i odtwarzaniu, na podstawie miejsc zatrzymania, całej sekwencji. To była rewolucja, zresztą dobrze nagrodzona, bo były oczywiście Noble. Stało się jasne, że teraz już wszystko jest tylko techniczną kwestią zwiększenia skali. Wtedy też pojawiły się sekwenatory.

prof_miazek-1
Prof. Arkadiusz Miążek dyrektorem Centrum Inżynierii Genetycznej UPWr został w 2018 roku, po otwarciu CIG
fot. Tomasz Lewandowski

Czyli?

Narzędzia. Kiedy zaczynałem swoją pracę, żeby zsekwencjonować kilkadziesiąt nukleotydów, musiałem wylewać pomiędzy dwie szklane płyty wielkości mniej więcej pół metra na metr żel poliakrylamidowy, który tężał. Potem w galaretce grubości około pół milimetra rozdzielało się znakowane radioaktywnie fragmenty DNA, więc człowiek się napromieniowywał. Kolejnym krokiem było wyciągnięcie tego podzielonego żelu, przeniesienie go na papier, wysuszenie w specjalnej suszarce i eksponowanie na film radiograficzny.

Taki jak do prześwietleń RTG?

Taki sam. Na filmie uwidaczniał się szereg prążków i ślęcząc nad nimi odczytywało się kilkanaście czy kilkadziesiąt nukleotydów w sekwencji. Później żele zastąpiono kapilarami wypełnionymi nośnikiem, nukleotydy nie były radioaktywne, ale znakowane  fluorescencyjnie, więc laser mógł tę fluorescencję wzbudzać i odczytywać, a my na tej podstawie sekwencjonować DNA. Potem była już tylko optymalizacja. Z każdym rokiem pojawiały się coraz lepsze sekwenatory, dłuższe kapilary, więc i dłuższe sekwencje. Aż w 1990 roku Departament Energii Stanów Zjednoczonych i Narodowe Instytuty Zdrowia USA zdecydowały o przyznaniu Francisowi S. Collinsowi 3 miliardów dolarów, żeby mógł sekwenatorów wykupić tyle, by zapełnić wielką halę fabryczną maszynami. Każda z tych maszyn powolutku sekwencjonowała swoje, a informatycy musieli uzyskane dane składać kawałek po kawałku. Ale równolegle pojawił się Craig Venter, Elon Musk końca lat 90.

Aż taki oryginał?

I to jaki! Biochemik, fizjolog i farmakolog, były żołnierz walczący w Wietnamie, ogłosił, że za frakcję tych kosztów, które NIH dał Collinsowi i jego zespołowi, zrobi to samo – opisze ludzki genom. Oczywiście projekt badania genomu człowieka był prestiżowy i piekielnie drogi, a w dodatku teraz okazało się, że chodzi o to, kto będzie pierwszy.

Na czym polegał pomysł Ventera?

Zrobił to co Collins tylko, że „na brudno”, a więc tą samą techniką sekwencjonowania, ale nie izolował chromosomów i z tych wyizolowanych sekwencjonował z każdego osobno DNA. Zrobił sieczkę całego genomu i co mu się trafiło, to sekwencjonował. I rzeczywiście uzyskał szybciej i taniej wyniki. W dodatku miał lepszą bazę danych, ale do dzisiaj trzyma ją w tajemnicy.

prof_miazek-3
Prof. Arkadiusz Miążek: – Nominacja profesorska to z jednej strony satysfakcja, ale z drugiej ogromne zobowiązanie
fot. Krzysztof Sitkowski/KPRP

Dlaczego?

Bo to jego prywatny projekt, a dane udostępnia firmom farmaceutycznym, które chcą odpowiedniej informacji, wartościowej z punktu widzenia pracy nad terapiami i lekami.

Filozof i językoznawca Noam Chomsky twierdzi, że podstawowym systemem tworzącym cywilizacje jest język. Czy dla biologa rodzajem języka porządkującego systemy jest gen?

Powiedziałbym, że sąsiadujące geny są przewrotnymi zdaniami – jeżeli uznamy, że pojedyncze geny to słowa, które definiują nas jako człowieka, to one wciąż nas zaskakują. Im mniej o nich wiedzieliśmy, tym łatwiej było zdefiniować, co to jest gen, tak samo jak co to jest zdanie. A tymczasem gen potrafi być na przykład hybrydowy, a więc dwa geny, te nasze dwa słowa, potrafią się nałożyć na siebie i powstaje trzecie słowo. Gen jest też bardziej pojemny w informacje niż się wydawało do tej pory. Już na tym pierwszym, pierwotnym etapie – w DNA – może być różny układ genów, mogą one też na siebie różnie wpływać w zależności od pozycji. To stało się szczególnie widoczne w trakcie manipulacji genetycznych – wycięcie czegoś w genomie, dodanie, zmienienie może dać nieprzewidywalne skutki. Jeżeli na przykład dodamy nowe słowo, czyli sztuczny gen, w jakieś konkretne miejsce w zdaniu, a więc istniejącym genomie, to inne geny wyciszają tego obcego, wyłączając mu możliwość oddziaływania na, trzymając się tej językoznawczej terminologii, nie tylko brzmienie, ale i sens zdania. To zresztą bardzo powszechne zjawisko, ale pokazuje nam, że jeszcze niewiele wiemy o genach. Jesteśmy niepokorni, bo mamy coraz doskonalsze narzędzia, żeby wprowadzać modyfikacje genetyczne. Uważamy, że  wiemy, co robimy, bo znamy kod genetyczny. Wiemy, gdzie  gen się zaczyna, być może gdzie się kończy i uważamy, że jeżeli coś tam zmienimy, to będzie tak jak chcemy. A tymczasem wcale tak być nie musi.

Czasem też nie wiemy wszystkiego o eksperymentach, bo tak chyba trzeba to nazwać. Rok temu nie tylko w świecie naukowym wybuchł skandal, kiedy okazało się, że w Chinach urodziły się bliźniaczki, u których genetyk przeprowadził manipulację genomu.

Wtedy wydawało się, że dziewczynki miały być oporne na zakażenie wirusem HIV. Dzisiaj wiemy, że miały być bardziej inteligentne, bo okazuje się, że osoby, które mają mutacje genu CCR5 na dwóch chromosomach, na dwóch allelach, mają też wysokie IQ. Ta historia ma więc drugie dno. Pod płaszczykiem działań, które miałyby ochronić przed zagrożeniem chorobą, tworzy się lepszego człowieka.

Czyli realizuje się to, o czym pisali pisarze s-f lub satyrycznie przedstawił Boris Vian w minipowieści „I wykończymy tych wszystkich obrzydliwców”.

Niestety, ale tak.

prof_miazek-4
Pamiątkowe zdjęcie z prezydentem Polski Andrzejem Dudą
fot. Krzysztof Sitkowski/KPRP

W tych samych Chinach stworzono genetyczną hybrydę małpy i świni. Po co?

Aby otworzyć drogę o produkcji organów ludzkich „à la carte”, na zamówienie, w świni domowej. Precedens transferu pluripotencjalnych komórek małpy do zarodka świńskiego pokazał, że w przyszłości wyhodujemy sobie zapasową wątrobę, serce lub, o zgrozo, mózg.  Bawiąc się w doktora Frankensteina, uspokajamy własne sumienia, albo też sumienia bogatych „nieśmiertelnych”.

Australijski etyk Peter Singer twierdzi, że nie ma podstaw moralnych, by nie uznawać zasady równego poszanowania interesów ludzi i nie-ludzi, wróćmy jednak do genetyki – czy istnieje jakaś granica w nauce, której ludzie nie przekroczą?

Nie ma takiej bariery. Cokolwiek może być wykonane, będzie wykonane. Jeżeli ktoś pokaże możliwość przeprowadzenia jakiegoś eksperymentu, to wcześniej czy później gdzieś na świecie, na przykład w kraju takim jak Chiny, to doświadczenie zostanie zrobione. Nie mam złudzeń, że nie znajdą się ludzie, którzy spróbują przesuwać kolejne granice. Gdyby wszyscy zachowywali się etycznie, to przywołany przeze mnie eksperyment genetyczny na dziewczynkach nigdy nie zostałby wykonany. Ciekawość jest motorem, który pobudza. Podobnie jak rywalizacja. Kiedy odbierałem dyplom profesora z rąk prezydenta Polski, usłyszeliśmy, że powinniśmy pozwolić młodym zaprzeczać podręcznikom, dać im szansę zbuntowania się przeciwko zastanej wiedzy, bo tak dokonuje się rozwój. Ale oczywiście nieuchronne jest pytanie o granice przesuwane wskutek tego zaprzeczania.

Czytanie genomu to jest transcendencja czy książka o historii ewolucji?

Gen odziera nas, niestety, z tajemnicy, jaką jest człowieczeństwo. Czasem aż trudno zaakceptować, że pewne nasze zachowania, to czy na przykład jesteśmy bardziej czy mniej nerwowi, lepiej lub gorzej uczymy się języków jest zawarte w konstelacji mutacji czy wariantów genetycznych. Oczywiście nie można mówić o wariantach genowych, dopóki nie dotyczą określonego odsetka populacji, ale nie zmienia to faktu, że  konstelacja uwarunkowań genetycznych związanych z pojedynczymi wariancjami w genomach odziera nas z tajemnicy tkwiącej w tym, jakimi jesteśmy.

Dlaczego?

Metody informatyczne wcześniej czy później pozwolą na profilowanie nas. Składając podanie o przyjęcie do pracy w korporacji, nie będziemy musieli deklarować, jak radzimy sobie ze stresem. Pobiorą od nas krew i będą wiedzieć, jacy jesteśmy i będą wiedzieć, kogo szukają.

Przecież to jest przerażające.

A czy ja powiedziałem, że nie jest? Dyskutuję z moimi dorastającymi dziećmi na temat anachroniczności systemu edukacji zbudowanego pod wielkoprzemysłowe społeczeństwa i fabryki. Te dzwonki, oceny… Przecież to są wprost przerobione systemy jakości produkcji a nie kształtowanie zdolności w człowieku. W przyszłości jednak, w miarę pogłębiania naszej wiedzy o genomie, zamiast oceny bardzo dobrej z języka polskiego i historii, będzie można powiedzieć, jak skutecznie ktoś buduje logiczny ciąg zdań wyrażający konkretną myśl, czy potrafi zarządzać trudnym projektem. Będzie też wiadomo, czy jest w stanie poświęcić noc na jego skończenie czy dwie, czy też pójdzie spać.

prof_miazek-2
Prof. Miążek: – Nie mam złudzeń, że nie znajdą się ludzie, którzy spróbują przesuwać kolejne granice w genetyce
fot. Tomasz Lewandowski

A gdzie w tym wszystkim jest miejsce na przeczytanie wierszy Heinego czy Herberta?

Ależ jest – pokazanie bogactwa języka i kultury wciąż będzie przynależne nauczycielom z pasją, takim, którzy będą umieli przekazać nastolatkowi, że „Pan Tadeusz” to coś więcej niż mrówki za dekoltem Telimeny. Znam takich nauczycieli. Widzę efekty ich pracy na własnym synu, który Mickiewicza czyta nie dlatego, że musi, ale dla rozsmakowania się tekstem.  

Trochę perwersyjne u licealisty…

Trochę, ale ja widzę u młodych polskich raperów, których słucham też rano, podwożąc młodzież do szkoły,  fascynację i zabawę językiem polskim. Może więc tak całkiem z tajemnicy nie zostaniemy odarci.

Co w takim razie genetyka nam mówi o ewolucji?

Chce pani, żebym zadeklarował, czy jestem ewolucjonistą czy kreacjonistą?
Czy jesteśmy bakterią, muchą, czy też człowiekiem, buduje nas jedna glina. To zakonserwowanie ewolucyjnie – przez miliardy lat – pewnych kluczowych genów jest niesamowite.
Jeżeli weźmiemy gen z muchy czy robaka obłego i przeszczepimy go myszy, która tego genu potrzebuje, bo własny ma zmutowany, to mimo przepaści ewolucyjnej będzie on nieźle u niej funkcjonował. Co więcej, mysz genetycznie jest organizmem w ponad 80 procentach zbliżonym do człowieka. Czy to nie jest dowód na tę wspólną glinę, która nas zbudowała? Oczywiście nie jesteśmy tacy jak mysz. Jesteśmy trochę więksi i żyjemy bardziej w dzień, niż w nocy tak jak ona, ale te różnice wbrew pozorom są między słowami. Nie różni nas liczba genów, tak jak chciano na początku, co wynikało z pełnego pychy przekonania, że jako korona stworzenia powinniśmy mieć najwięcej genów.

A nie jesteśmy?

I dlatego mamy mieć najwięcej genów, bo to będzie dowód na to, że jesteśmy lepsi? No więc mamy tyle samo genów co mysz, a mniej niż kukurydza. To jest depryma!

Kiedy Pan zaczął czytać w tej książce, to co Pana najbardziej zafascynowało w tej lekturze?

Czytałem na wyrywki i tylko niektóre rozdziały, a w ogóle czytałem trochę przez krzywe okulary. Najczęściej czyta się niewielkie fragmenty, ciągle powtarzając to samo. Na co dzień praca biotechnologa, inżyniera genetycznego czy jakkolwiek nazwać ten zawód, jest żmudna. Jedną i tę samą stronę czyta się po kilkadziesiąt razy. Żeby zrobić jakiś projekt – tak jak na przykład mój aktualny, dotyczący modyfikacji myszy, by służyła nam do zadawania pewnych pytań z immunologii – trzeba najpierw zrozumieć, jak jest zbudowany gen. Potem próbuje się dołożyć coś czy zmienić w genomie. Robi dziesiątki prób, czy ta mutacja w jakichś prostych układach spełnia przyjęte założenia.

Czyli rzemiosło, a nie sztuka.

Oczywiście, że rzemiosło. Ale i sztuka, bo kiedy widzę badania z wykorzystaniem modelu myszy, która jest zmieniona genetycznie tak, że dostarcza bardzo cennych dla człowieka informacji, to mogę tylko krzyknąć „Wow!”. Jest więc coś pięknego i coś żmudnego, bo prawdę mówiąc, ile można ślęczeć w czteroliterowych słowach, ile można czytać GATC na wszelkie możliwe sposoby? Bo tak ten kod wygląda.

Mówi się o kardiochirurgach, że występuje u nich syndrom Boga, kiedy wydaje im się, że to oni dają życie i stwarzają człowieka na nowo. Jak to wygląda u genetyków?

Miałem 25 lat, kiedy pierwszy raz zadałem sobie to pytanie. Zrobiłem hybrydę dwóch komórek. Wziąłem komórkę nieśmiertelną, czyli nowotworową i komórkę śmiertelną, limfocyt, produkujący przeciwciała. I zrobiłem fuzję po to, by otrzymać komórkę, która będzie nieśmiertelna i będzie produkować przeciwciała. Typowa technologia uzyskiwania hybryd do produkcji przeciwciał monoklonalnych, które np. mają za zadanie walczyć z rakiem. A jednak skupiłem się wtedy na tym, że nastąpił akt kreacji.
Stworzyłem coś, czego nie było, nowy byt. Nieuchronne było więc pytanie, czy jestem bogiem? Nawet nie spałem jedną noc po tym doświadczeniu. (śmiech)
Koniec końców doszedłem do wniosku, że żadnym bogiem nie jestem, bo tylko lepię z gliny, która już jest. Kiedy Craig Venter stworzył sztuczną bakterię, wytwarzając chemicznie jej DNA nukleotyd po nukleotydzie, to czy możemy mówić, że jest bogiem? Nie, bo ktoś inny wymyślił sposób, w jaki informacja jest kodowana, że to są zasady azotowe, że są odpowiednie połączenia i że tylko takie połączenia, a nie inne stają się kodem. Co więcej, cała natura umie odczytywać ten kod.

Jak?

Dzięki enzymom. Studenci ich nie lubią i mówią, że są nudne, ale umieją odczytać, który aminokwas należy podstawić do rosnącego łańcucha białka, a więc muszą odczytać kod, bo trójka nukleotydów musi pasować do aminokwasu. Jak widać, to bardzo „mądre” enzymy, bo one jako jedyne umieją „czytać”.

prof_miazek-5
Fragment sekwencji DNA myszy transgenicznych, wytworzonych w Centrum Inżynierii Genetycznej UPWr

Nie spał Pan po stworzeniu hybrydy, a co dzisiaj wywołuje Pana zdumienie czy zachwyt?

Fascynujące jest to, że w ciągu mojego życia nastąpiła taka rewolucja w naukach biologicznych. W Stanach Zjednoczonych można na przykład kupić zestaw „młodego genetyka” – to sześć żywych żab, niezbędne probówki, urządzenia, odczynniki, potrzebne do tego, żeby te płazy zamienić w żaby emitujące zieloną fluorescencję. Niedługo być może dojdzie do tego, że będziemy w domowych warunkach modyfikować samych siebie. W ramach zestawu „młody genetyk” dodamy sobie do krwi wyizolowane z niej wcześniej komórki macierzyste dla zmobilizowania sił witalnych, albo produkujących erytropoetynę, żeby nam się łatwiej chodziło po górach. Młode pokolenie skarży się na depresyjne nastroje, szczególnie o tej porze roku, więc pewnie można by było dołożyć sobie bakterii np. do przewodu pokarmowego, które będą nam hormony szczęścia w ramach swojego metabolizmu wydzielać do krwioobiegu. Zamiast narkotyków. Na wykładach mówię studentom, że w ich rękach jest bardzo dużo i to oni są tym pokoleniem, które będzie kształtować świadomie świat, w którym żyjemy. Widziała pani film „Wall-E”?

A powinnam?

Sądzę, że każdy powinien. Na Ziemię przylatuje wielka rakieta, wypuszcza małą sondę o wdzięcznym imieniu Eva, która ma sprawdzić, czy jest tutaj życie. I mnie poruszyła scena, kiedy znalazłszy je, wraca na stację kosmiczną, przedzierając się przez gąszcz satelitów na orbicie okołoziemskiej. Nie kilka, ale prawdziwy gąszcz, właściwie śmietnik na czele z pierwszym wystrzelonym w przestrzeń okołoziemską Sputnikiem. I tu należy postawić sobie pytanie: czy nie zrobimy podobnej rzeczy w naszym genomie? Czy się nie samounicestwimy przez to, że będziemy chcieli się za wszelką cenę ulepszyć? Bo genom przestanie być tabu, świętą księgą ewolucji? Będziemy grzebać w nim do woli, stosując mniej lub bardziej przez kogoś nam polecane przepisy, żeby uzyskać pewien krótkoterminowy efekt, dodać naszym dzieciom coś, czego my nie mamy, a byśmy chcieli, albo na chwilę zmienić siebie, wygładzić zmarszczki, wydłużyć życie.

I jak to się ma do oczekiwań, jakie są wobec terapii genowej, która ma być panaceum choćby na raka?

Manipulacje w genomie to jest zawsze ewolucja na skróty. Czy w wyścigu pomiędzy przystosowaniem się organizmów patogennych do nowych terapii jest jakaś możliwość wygrania?
Jesteśmy potomkami wielkich europejskich epidemii, które nas dziesiątkowały, ale też w konsekwencji dawały odporność czy większe przystosowanie. Jest jednak oczekiwanie, że nie ma sensu czekać setek lat na pojawienie się pewnego odpornego na tę czy inną chorobę odsetka ludzi w populacji, bo jesteśmy w stanie w sposób sztuczny podnieść ten odsetek.
Z drugiej jednak strony obserwując ewolucję i czytając genom można powiedzieć, że ta droga na skróty ma krótkie nogi. Bo odporność rzadko kiedy jest efektem działania jednego genu. To jest skutek pewnych predyspozycji wynikających z konstelacji genów i z różnych uwarunkowań środowiskowych, np. składu mikrobiomu jelitowego. Wątpię więc, czy można by na tak dużą skalę dokonywać manipulacji i rozwiązać wszystkie problemy, jakie nękają ludzi. Owszem, dokonujemy manipulacji jednego genu lub kilku sąsiadujących, mamy precyzyjne nożyce genetyczne, ale jednak zdarza im się uciąć to, czego nie powinny, a to niesie ryzyko autodestrukcji i nagromadzenia również niechcianych mutacji, które nas zniszczą. Presja selekcyjna, którą odkrył Darwin ma wielki sens – pokazuje, że najlepsze przystosowanie jest czynnikiem wielogenowym.

Czy na zajęciach ze studentami jest miejsce na refleksję etyczną i egzystencjalną nad genetyką?  

Hm, sądzę, że w systemie edukacji wyższej też czeka nas rewolucja. Studiować będą osoby naprawdę zainteresowane nauką. Pozostali abiturienci będą zdobywali zawód użyteczny społecznie i będą go wykonywać najlepiej, jak potrafią. A wracając do miejsca na dyskusję podczas zajęć, pokazuję swoim studentom, jak bardzo zmieniło się nasze rozumienie genomów, ale też historię Craiga Ventera. Ten „zakręcony”  człowiek podróżuje po świecie i zbiera wszelakie bakterie, które tylko uda mu się zebrać. Sekwencjonuje wszystko, co żyje i prawdopodobnie ma największe bazy danych o genach, które istnieją. Jak mówiłem już, to prywatna baza, do której dostęp można wykupić za ogromne pieniądze. Ale jeżeli jakaś firma poszukuje enzymów, które będą działać w zimnej wodzie i będą ułatwiały pranie, to zakładam, że wiedza o tych enzymach ma konkretną wartość rynkową. A Venter na pewno ma wyizolowane na biegunach bakterie, które takie enzymy produkują. To jest najlepszy przykład monetyzacji wiedzy i nauki. Ale mówię im też o pasji i o tym, że nauka naprawdę kręci. Rektor Chełmońska-Soyta promuje projekt misji kosmicznej na Marsa. I my mamy malutki odcisk palca na tym projekcie. Zaproponowaliśmy badanie, które ma określić bezpieczny sposób przenoszenia mikroorganizmu w kosmos. Promieniowanie gamma może uszkadzać DNA, pytanie więc, czy jest możliwe, by po wylądowaniu na Marsie, czy być może na innych planetach w innych galaktykach da się rozmrozić to życie i je bezpiecznie przenieść w to nowe miejsce. Dlatego zaproponowaliśmy czujnik, który pozwoli na zbadanie poziomu nagromadzenia mutacji w czasie podróży kosmicznej. I to, powiem szczerze, bardzo nas rajcuje.

To za co lubi Pan swoją pracę?

Za efekt. Kiedy budowniczy zbuduje dom, może się nim rozkoszować, bo jest piękny, użyteczny i ktoś  w nim zamieszka. Ja jestem zadowolony, kiedy widzę modyfikacje, które dają mi odpowiedź na postawione przeze mnie pytanie. Ale nieustannie towarzyszy mi poczucie pokory – większość  naszych poczynań kończy się niepowodzeniem i trzeba się przygotować na to, że nie jeden raz człowiek będzie na kolanach, bo natura pokaże mu, że niewiele wie. Jeszcze…




rozmawiała Katarzyna Kaczorowska