Modyfikacje genetyczne. Czy superherosi mogą istnieć w naszym świecie?

• Czy możemy zostać superbohaterami? Nauka odpowiada
• Zaawansowana technologia
• Stymulanty
• Cyborgi
• Mutacje spontaniczne
• Modyfikacje genetyczne
• Bóg
• Zaburzenia osobowości
• Supermoc? Nie w ten sposób

Modyfikacje genetyczne

Wyjaśniliśmy już sobie, że ewolucja działa rozczarowująco wolno. Nie ma też żadnego planu i nie prowadzi w żądne konkretne miejsce, więc nie sposób przewidzieć z pewnością, jak będzie wyglądał dalszy rozwój człowieka. Fantazje o tym, żeby wziąć sprawę w swoje ręce, towarzyszą ludzkości od wieków, a pierwszą nadzieję na ich realizację dały przełomowe badania nad dziedzicznością przeprowadzone przez Gregora Mendla, austriackiego zakonnika żyjącego w XIX wieku.

Mendel obserwował sposób, w jaki poszczególne cechy grochu zwyczajnego przekazywane są kolejnym pokoleniom. Zauważył, że nie jest to dziedziczenie przypadkowe, a kierują nim pewne prawa i dobierając odpowiednich rodziców (przypominam, że rośliny też rozmnażają się płciowo), można uzyskać potomstwo z pożądanym garniturem przymiotów. Tego typu działania spełniają już definicję modyfikacji genetycznej i pozwalają na uzyskanie całkiem ciekawych efektów: krzyżówkami są między innymi grejpfruty, truskawki, muły czy tchórzofretki. Tak, wszystkich zatroskanych o „naturalność” pożywienia muszę zmartwić: truskawki to też GMO.

Do uzyskania supermocy to jednak nie wystarczy. Owszem, krzyżując odpowiednio dobrane osobniki, możemy uzyskać potomków silniejszych i wytrzymalszych (np. muł) czy bardziej agresywnych (np. tchórzofretka – tak, odmiana ta oryginalnie miała być agresywniejsza niż jej przodkowie, gdyż nie była hodowana jako zwierzątko domowe, tylko na potrzeby polowań na króliki), ale na supersiłę, superszybkość czy supersłuch nie ma co liczyć. Może zatem celowe modyfikacje dokonywane w laboratorium? O współczesnych dokonaniach inżynierii genetycznej pisałem już więcej we wspomnianym artykule, więc tutaj też skupię się głównie na możliwości powstania na tej drodze superbohaterów.

To koń? To osioł? Nie, to będący efektem inżynierii genetycznej muł

Mimo bardzo dużych osiągnięć współczesnej genetyki wciąż potrafimy wprowadzać raczej podstawowe modyfikacje dotyczące zwykle jednej konkretnej, prostej pod względem biochemicznym cechy. Czemu tak jest? Nie wynika to bynajmniej z naszej nieznajomości sekwencji genów – „Projekt poznania ludzkiego genomu”, czyli międzynarodowa inicjatywa mająca na celu zmapowanie wszystkich par zasad azotowych tworzących ludzkie DNA, wystartował w roku 1990, a za ukończony uznany został w roku 2003. Do swoich „kodów źródłowych” mamy więc dostęp od dobrych siedemnastu lat. Sekwencjonowanie wszystkich genów jest dostępne komercyjnie dla każdego zainteresowanego w cenie ledwie kilku tysięcy złotych – można więc poznać dziedzictwo swoich przodków za równowartość nowych podzespołów komputerowych.

Problemem nie jest sama informacja, a złożoność jej przetwarzania. Jak już wspominałem, w DNA znajduje się około 3,3 miliarda par zasad azotowych. Para może przyjmować jedną z czterech wartości, więc można uznać, że do jej opisu potrzeba 2 bitów w zapisie maszynowym, co daje 6,6 gigabita nieskompresowanej informacji. Dzieląc to przez 8, otrzymujemy budzącą raczej politowanie niż podziw liczbę 0,825 gigabajta. Około 825 megabajtów informacji koduje całego człowieka. Od biedy można byłoby to zmieścić na pojemnej płycie CD. Final Fantasy VII zajmowałoby 3 takie płyty. Cyberpunk 2077 ma zajmować około 80 GB, a więc 100 razy więcej!

O ile więc surowa liczba 3,3 miliarda wydaje się duża, to po przeliczeniu tego na bardziej sugestywny zapis można odnieść wrażenie, że coś jest tutaj bardzo nie tak. Jak to możliwe, że opis najbardziej złożonego układu we wszechświecie, jakim jest człowiek (zakładając, że na innych planetach nie ma istot jeszcze bardziej skomplikowanych), zajmuje tak mało miejsca? Cóż, rozwiązaniem zagadki jest dalsze przetwarzanie tej informacji. Znaczenie ma bowiem nie tylko sama sekwencja nukleotydów, ale też kolejność ich dekodowania i samo działanie produktów tego procesu. Każda komórka człowieka zawiera pełny garnitur genetyczny, ale żadna nie korzysta z całej zawartej w nim informacji. Aktywacja poszczególnych genów pozwala na funkcjonowanie odpowiednich rodzajów tkanek. Genów jest 22 tysiące, więc liczbę dostępnych kombinacji należy liczyć w potęgach tej liczby!

Do niemal nieskończonych opcji różnych układów dekodowanych genów dochodzi jeszcze aktywność biologiczna ich produktów oraz fakt, że nie wszystkie są produktami ostatecznymi. Dobrym przykładem jest choćby hemoglobina, czyli barwnik zawarty we krwi, niezbędny do przenoszenia przez nią tlenu. Składa się ona z czterech połączonych łańcuchów białkowych, których poszczególne rodzaje kodowane są przez inne geny (geny HBA1, HBA1, HBB), co znacząco zwiększa komplikację syntezy tego dość podstawowego dla człowieka związku chemicznego. Różne rodzaje hemoglobiny wykazują nieznacznie inne właściwości, a niektóre, jak hemoglobina sierpowata, prowadzą do rozpadania się komórek krwi, a więc chcielibyśmy unikać genów za nie odpowiedzialnych… chyba że mieszkamy na terenach, na których występuje zarodziec malaryczny. Ten niepozorny pierwotniak powoduje zagrażającą życiu chorobę, a niektóre stadia jego rozwoju ukrywają się w czerwonych krwinkach. Krwinki zawierające barwnik, w którego składzie są łańcuchy hemoglobiny sierpowatej, są jednak mniej stabilne i ulegają zniszczeniu, co prowadzi do śmierci pasożyta. Osoby mające feralny gen są więc odporne na malarię.

Po lewej stronie zwykła krwinka, po prawej – sierpowata; tak duże różnice morfologiczne są wynikiem nieprawidłowej budowy zaledwie jednego białka

Podobnych niuansów jest tak wiele, że przewidzenie tego, jakie efekty będzie miała bardziej złożona modyfikacja genetyczna, jest praktycznie niemożliwe. To jeden z argumentów dla których bez bardzo ważnej potrzeby nie dokonuje się takich modyfikacji na ludziach – nawet potencjalnie korzystne zmiany mogą pociągnąć za sobą nieprzewidziane konsekwencje. Bolesnym przykładem takiego niebezpieczeństwa była historia pionierskich badań na terapią genową prowadzonych w 1999 roku we Francji. Naukowcy Marina Cavazzana-Calvo oraz Alain Fischer próbowali leczyć ciężki złożony niedobór odporności (SCID) poprzez wprowadzenie do organizmów pacjentów zmodyfikowanych genetycznie komórek macierzystych. Efekty terapii okazały się zaskakująco dobre, ale u niemal 1/3 pacjentów rozwinęła się białaczka. Historia ta pokazuje, że modyfikacje genetyczne mogą przynosić bardzo duże korzyści, ale ryzyko często jest równie wielkie.

Z tego właśnie wynika powolność rozwoju inżynierii genetycznej człowieka. Jest to inicjatywa bardzo obiecująca, ale piekielnie skomplikowana i równie niebezpieczna. Mało kto zgodziłby się na eksperymenty na sobie, nawet gdyby miały mu one dać supermoc, a gdyby jednak się zgodził, takiej zgody prawdopodobnie nie wydałaby komisja bioetyczna i badania nie mogłyby się odbyć. Obserwując dotychczasowe osiągnięcia, można zaryzykować stwierdzenie, że rewolucja związana z inżynierią genetyczną jest już na horyzoncie, ale dotyczy póki co tylko medycyny.