A DNS-szerkezettől a genomszerkezetig

Venetianer Pál

MTA r. tag, Szegedi Biológiai Központ

A tudománytörténet szép szimmetriája, hogy a 20. század kezdete egybeesik a tudományos genetika születésével (Mendel törvényeinek újrafelfedezése 1900, az öröklés kromoszómaelméletének első megfogalmazása 1903) a vége azzal a bejelentéssel, hogy elkészült az ember teljes DNS-szekvenciájának első vázlata (draft) (2000. június 26.), majd a végleges kép (2003. április), és ennek az ívnek majdnem pontosan a felezőpontján (1953. februrár 28.) született meg az korszakalkotó felfedezés, amelynek 50. évfordulóját ünnepeljük most.

Előadásomban e század második felének fejleményeiről szeretnék beszélni, a DNS szerkezet megfejtésétől a teljes emberi genom megismeréséig terjedő útról. Természetesen nem törekszem teljességre, valamiféle átfogó képre, pusztán néhány fejlődési vonalat szeretnék felvázolni, abban a reményben, hogy sikerül közvetítenem valamennyire azt az ámulatot, amelyet bennem kelt ez a csodálatos, dinamikus fejlődés, a biológia világképének ez az átalakulása. Kiindulási pontom tehát a Watson-Crick modell és annak közvetlen következményei, implikációi.
 
 

A nukleotidszekvencia:

A Watson-Crick modell - bár felfedezői nem győzték hangsúlyozni, hogy az csak hipotetikus modell, nem bizonyított kisérleti tény, és valóban, a modell helyességének exakt kisérleti bizonyítása csak húsz évvel később, 1973-ban sikerült, - mégis tökéletes egyértelműséggel írta le a DNS-molekulának, ennek az “aperiodikus kristály"-nak (Schrödinger¹) a térszerkezetét, mármint az absztrakt, általános DNS-ét. Konkrét, kémiailag pontos szerkezeti képletről azonban szó sem lehetett, hiszen tudható volt, hogy a DNS molekula egyediségét, specifitását, a nukleotidok sorrendje adja meg, e sorrend megismerése, meghatározása, azonban ekkor még kilátástalannak tűnt.

Egy korabeli napilap kommentárja szerint: "…discovering how these chemical "cards" are shuffled and paired, will keep the scientists busy for the next 50 years."²

A jóslat elég pontosnak bizonyult. Noha az első aperiodikus polimereknek, a fehérjéknek a szerkezetvizsgálata a cambridge-i kolléga, Sanger kezében már szépen haladt (Sanger munkáját Crick nagy figyelemmel követte), de az inzulinszekvencia teljes megismerése is csak két évvel később fejeződött be és a DNS-szekvencia problémája még több mint két évtizedig megközelíthetetlennek bizonyult. Az áttörés a hetvenes évek közepén történt, amikor – szinte egyidőben – Sanger és Gilbert két teljesen különböző, de egyaránt szellemes, újszerű, gyors és olcsó módszert dolgozott ki a DNS nukleotidsorrendjének megfejtésére. Érdekes tudománytörténeti tény, hogy noha évekig egyenrangúnak tűnt a két technika (saját munkámban én például a Gilbert-módszert preferáltam) ma már csak a Sanger-módszer létezik. Ez annak köszönhető, hogy csak ez a technika bizonyult automatizálhatónak. A japán Wada úttörő kisérletei után, a Hunkapillar testvérek és Leroy Hood fejlesztették ki az automata szekvenátor prototipusát (1986), amely 1989-re már sorozatgyártott, rutin, laboratóriumi eszközzé vált, és 1998-ra sikerült azt tökéletesen automatizált, nagy teljesítményű, szinte nagyüzemi információtermelové alakítani. A technika haladását a következő adatok illusztrálják:
 

 
Vagy, ha a költségoldalt nézzük: a teljes Humán Genom Program költségvetése 3 milliárd dollár volt és 15 évre tervezték. Bár végül is hamarabb készült el és a tervezettnél valamivel olcsóbban, a nagyságrend körülbelül ez volt. Ma egy ilyen feladat (mondjuk az egér, vagy a csimpánz teljes nukleotidsorrendjének meghatározása) néhány hónap alatt, mindössze 50 millió dollárért elvégezhető. Vagy másképpen kifejezve: az egy nukleotidra eső költség az induláskor 1 USD körül alakult, ma 5 cent.

Ezzel kapcsolatban érdemes kitérni arra is, hogy 1990-ben a HGP indulásakor mind költség, mind sebesség szempontjából az akkor rendelkezésre álló szekvenálási technikát annyire inadekvátnak ítélték, hogy jelentős erőfeszítéseket tettek új elvi alapokon álló, innovatív szekvenálási módszerek kifejlesztésére. Ezek a törekvések lényegében kudarcnak bizonyultak (bár egy ilyen új módszer, a hibridizációs technika, szekvenálásként ugyan nem vált be, de alapul szolgált egy legalább ilyen nagy jelentoségu új metodika: a DNS-chip technológia kifejlesztéséhez). Az eredeti Sanger technika azonban – mint a fenti adatok mutatják – negyed század elteltével, technikailag annyival hatékonyabbá vált, hogy voltaképpen feleslegessé tette az elvileg új módszerek keresését. Ma már szinte ott tartunk, hogy nagyobb probléma az elképesztő mennyiségu új szekvenciaadat tárolása és kezelése, mint azok generálása.

Az adatbázisokban fellelhető nukleotidszekvenciák teljes mennyisége 1997 augusztusában érte el az 1 milliárd nukleotidot, ekkor az információtömeg duplázódási sebessége másfél év volt, ez azonban azóta jelentősen gyorsult. A teljesen megismert genomok száma napról napra nő. E sorok írásakor:

Több mint 1000 virus, fág, viroid
112 prokaryota (Eubacteria, Archaea)
5 eukaryota egysejtű
2 virágos növény (lúdfű, rizs)
5 gerinctelen állat (muslica, szunyog, 2 féreg, zsákállat)
4 gerinces állat (egér, patkány, fuguhal, ember)
teljes DNS nukleotidszekvenciáját ismerjük.
 

A génfogalom átalakulása:

A klasszikus genetika absztrakt, csak funkcionálisan definiált génfogalma a Watson-Crick modellel öltött testet, nyert egyértelműen megfogható, kémiai-fizikai molekulaszerkezetekkel, terminusokkal pontosan leírható anyagi valóságot. Hadd illusztráljam ezt két idézettel:

P.Campbell-T.Work³:

„..the gene is essentially an abstract idea and it may be a mistake to try to cloth this idea in a coat of nucleic acid or protein."

R.Sinsheimer⁴:

„…the gene, once a formal abstraction, has begun to condense, to assume form and structure and defined activity."

A fentiek nemcsak a „gén"-re, hanem az annál kisebb genetikai egységekre is vonatkoznak. Ugyanis, bár szokás olykor a mendeli teóriát a genetika atomelméletének, és a gént az átöröklés atomjának nevezni, de ez alighanem félrevezető analógia. Elsőrsorban Seymour Benzer munkássága révén jutott el a genetika a valóban oszthatatlan legkisebb funkcionális egységekig, amelyeket Benzer „muton”-nak és „rekon”-nak nevezett (ezek mára már elfelejtett terminus technikusok). A Watson-Crick modell tette világossá, hogy ezek a valódi "atomjai", azaz a legkisebb funkcionális egységei a genetikának, azonosíthatók a DNS láncot alkotó szerkezeti alapegységekkel, az egyes nukleotidokkal. És a gén eszerint nem más, mint egymás után következő nukleotidok lineáris sora, a DNS-lánc egy adott hosszúságú szakasza. Benzer a génnek is adott egy pontosabb, egyértelmű funkcionális teszttel definiálható értelmezést, amikor „cisztron”-nak nevezte. Igy született az akkor már uralkodó Beadle-Tatum paradigma, az „egy gén – egy enzim” tétel korszerűsített változata az „egy cisztron – egy polipeptidlánc” megfogalmazás. A tétel szó szerinti igazsága először a semmilyen polipeptidet nem kódoló, viszont több gén működését kontrolláló regulátorgének felfedezésével dőlt meg, és mára szinte semmi sem maradt belőle.

Alighanem nincs ma ember, aki vállalkozna a „gén” pontos, minden esetet felölelő definíciójára. Mai génfogalmunk körülbelül úgy viszonylik az 50 év előttihöz, mint az atommagról alkotott mai kép a Rutherford-modellhez. Természetesen én sem kisérlem meg a gént definiálni, inkább néhány példával illusztrálnám, hogy ez miért lehetetlen.

Már az első teljesen megszekvenált genom a  jx174 fág mutatott példát arra, hogy a DNS-lánc ugyanazon szakaszán két teljesen különböző gén foglalhat helyet, az egyik a másikon belül, eltérő leolvasási fázisban.  Azóta számtalan esetét ismerjük az egymásba helyezett, részlegesen átfedő, egyirányú, vagy akár ellenkező orientációjú, a komplementer szálról átírt géneknek a prokaryoták világában is. 1977 óta azonban azt is tudjuk, hogy az eukaryotáknál nem kivétel, hanem szabály a gének megszakítottsága, vagyis az, hogy a DNS nem kolineáris az általa kódolt fehérjékkel. Ez a struktúra ismét számtalan példát kinál arra, hogy egy gén intronszakasza kódolhat egy másik fehérjét, vagy éppen nem fehérjét, hanem reguláló funkciójú RNS-t.

Vajon eldönthető-e egyértelműen, hogy a három különböző riboszomális RNS-t és három különböző tRNS-t kódoló átirási egység a baktériumgenomban egy gén, kettő, vagy hat? Vajon génnek tekintendő-e a számos más, olykor igen távoli gén kifejeződését reguláló „enhancer”, vagy „silencer” régió?

Különösen nehézzé teszi a génfogalom egyértelmű definícióját az „alternatív splicing” jelenségének felfedezése, illetve az a felismerés, hogy ez a jelenség milyen elterjedt. A legextrémebb ismert példa erre a Drosophila Dscam "gén", amelynek áírása – az alternatív splicingnak köszönhetően – közel 40000 különböző messenger RNS-t, illetve ugyanennyi különböző fehérjét eredményezhet. Egy másik érdekes példa – ugyancsak Drosophilából - a CREB nevű transzkripciós faktort kódoló gén, amelynek terméke szerepet játszik a hosszú távú memória kialakulásában, és így befolyásolja az állatok tanulási képességét. A CREB génrol alternatív splicing révén keletkező egyik – “CREB a” nevű – fehérje javítja a tanulási képességet, azaz okosabbá teszi a muslicákat, a másik, ugyanarról a génrol keletkező – “CREB b” – viszont rontja a memóriát, azaz butábbá teszi az állatokat. Vajon jogos-e meglepődnünk azon, hogy a humán genom valószínűleg csak mintegy 35000 gént tartalmaz, ha tudjuk, hogy ezek legalább 100000 (esetleg sokkal több) különböző fehérjét kódolhatnak, illetve ha valóban így van, akkor voltaképpen miért beszélünk csak 35000 génről?

Azt régen tudjuk, hogy minden élőlényben van néhány gén, amely ugyan átíródik, de a termék nem fehérje, hanem RNS, amely nem kódol más molekulát. Ilyenek a jól ismert tRNS és rRNS gének. Az azonban elsosorban az utolsó két év fejleménye, hogy kiderült: ezeknél sokkal több, kis mólsúlyú RNS-t kódoló gén létezik, amelyek fontos biológiai szerepe mostanában tisztázódik. Azt is tudjuk, hogy az azonosítható, működo gének – összes intronjaikkal együtt – a teljes genomnak csak egy kisebb részét (embernél mintegy 35 %) teszik ki, de a genomnak ennél jóval nagyobb hányadán történik átirás. Vajon ezek a szakaszok nem gének? A kédések folytatásától csak időhiány miatt tekintek el.
 
 

A genomika, egy új tudományág születése:

A Watson-Crick modell megszületése idején és a következő két évtizedben is a genetikai kutatások alapvető paradigmája az volt, hogy valamely örökletes tulajdonságból, funkcióból, és annak fenotipikusan is észlelhető változásaiból kiindulva következtettek a mögötte álló genotípusra. A DNS-szerkezet megismeréséből kiinduló – az előbbiekben tárgyalt – fejlemények következményeként, azóta két alapvető paradigmaváltás történt.

Az elsőt a génsebészeti, azaz DNS-klónozási technikának köszönhetjük: ez a “fordított genetika” megjelenése, amikor a kutató a génből indul ki, nem a fenotipusból, a génben idéz elő irányított módon szerkezeti változásokat és ezeknek a fenotipikus hatásait vizsgálja.

A második paradigmaváltás az utolsó nyolc évben történt. 1995 óta ismerünk teljes genomokat, azóta beszélhetünk a genomika tudományáról. Ennek tárgya nem az egyes gén, hanem a teljes genom. Általánosságban elmondhatjuk, hogy az eddig megismert teljes genomokban a biztosan ismert funkciójú gének a teljes génszámnak mintegy egyharmadát adják, egy másik harmad esetében szerkezeti hasonlóság alapján bizonyos valószínűséggel következtethetünk a funkcióra, a gének egyharmada esetében azonban jelenleg még fogalmunk sincs, hogy azoknak mi lehet a funkciója (Természetesen ezek a relatív hányadok az egyes konkrét esetekben nagyon különbözőek lehetnek).

Teljesen újtípusú tudományos megközelítéseket kíván tehát az, hogy az ílymódon ujonnan megismert, illetve csak azonosított gének biológiai szerepét, funkcióját feldarítsük. E problémák részletezésébe nem mehetünk bele, csak utalni szeretnék arra, hogy ezek megoldása éppen olyan típusú nagyszabású, költséges, kooperatíven szervezett munkát igényel, mint maguk a genomszekvenálási programmok. Példaként említhetem az olyan projecteket, mint mind a hatezer élesztőgén egyenkénti inaktíválása inzerciós mutagenezissel és e hatezer mutáns végigvizsgálása sokféle standardizált fiziológiai körülmény mellett. Vagy: úgyszintén az élesztőben, valamennyi expresszált fehérje, összes lehetséges, egymással való kölcsönhatásainak feltérképezése. Vagy: a Caenorhabditis (féreg) esetében, valamennyi azonosítható gén funkciójának gátlása egyenként szintetizált interferáló RNS molekulák segítségével, és e beavatkozások fenotipikus hatásának elemzése. Az Escherichia coli-nál: valamennyi azonosított gén expressziós intenzitásának megmérése különböző jóldefiniált fiziológiai állapotokban. Az ilyentipusú kisérletek egyik megdöbbentő eredménye, hogy például a lac-operon indukciója  - emlékezzünk rá, hogy ez a kisérleti rendszer a molekuláris biológia analitikus, redukcionista megközelítés módjának egyik sikertörténetét produkálta – a közvetlenül érintett lac-operonon kívül több mint ötven gén működésében idéz elő szignifikáns, jól mérhető megváltozást.

A genomikai szemlélet ma uralkodik az alkalmazott kutatásban is. Ennek illusztrálására hadd említsem az új gyógyszercélpontok azonosítására kidolgozott RAGE (Random activation of gene expression) technológiát. Ennek lényege az, hogy sejtkultúrában véletlenszerűen integrálnak a genomba vektorokat, amelyek tartalmaznak egy “bekapcsoló”, génaktiváló szekvenciaelemet és egy “jelző”, a kifejeződő fehérjéhez kapcsolódó szekvencialemet. Az inzerció véletlenszerű és elvben a sejt összes génjében megtörténhet. Az így nyert sejtkönyvtárból azután megkisérlik kiválasztani a gyószerkutatási szempontból potenciálisan érdekes (pl. a sejteket valamilyen drogra, toxinra rezisztenssé tevő, tumorképző, sejtnövekedést befolyásoló, stb) géneket, illetve fehérjéket

 A genomika megszületése azt is jelentette, hogy e kifejezés analógiájára megismerkedhettünk a transzkriptoma, a proteoma, a metaboloma, az interaktoma fogalmaival.

  A genomika természetesen nemcsak az egyes genomokat tekinti a tanulmányozás objektumának. A komparatív genomika, azaz közelebbi és távolabbi rokon organizmusok teljes genomjainak szerkezeti összehasonlítása számos új ismerettel gazdagította a tudományt. A  tuberkulózis és a lepra kórokozói például közeli rokon fajok, mégis az utóbbi baktérium működő génjeinek a száma alig a fele az előbbiének. Ez nyilvánvalóan összfügg azzal a ténnyel, hogy a lepra kórokozóját nem sikerült tenyészteni. Kérdés: hogyan és miért? Pósfai György előadásában fogják hallani, hogy az egy fajnak tekinthető különböző Escherichia coli törzsek között milyen jelentős méretbeli és génszámbeli különbségek vannak és ezeknek mi köze a patogenitáshoz. A komparatív genomika legérdekesebb eredményei azonban elsősorban az evolúció kutatásának területén mutatkoznak, erről külön érdemes beszélni.
 

Az evolúciókutatás molekuláris szemléletének kialakulása:

A modell születése idején is nyilvánvaló közhely volt, hogy az evolúció nyersanyaga, kiindulópontja: a mutáció. Ez azonban addig csaknem olyan elvont fogalom volt, mint maga a gén. Az örökítő anyag azonosítása DNS-ként, és annak szerkezeti modellje tette lehetővé, hogy megismerjük: mik azok a kémiai szerkezeti változások, amelyek a mutáció elvont fogalma mögött állnak, mik ezeknek különböző típusai, hogyan idézik elő az ismert mutagének e megváltozásokat. Az a gondolat azonban, hogy a rögzült mutációkból, azaz a létező DNS-szekvenciák észlelt különbségeiből lehetséges az evolúcióra, annak mechanizmusára, konkrét folyamataira, a fajok rokonsági viszonyaira visszakövetkeztetni, csak később született meg. A kétszeres Nobel-díjas Pauling (és Zuckerkandl) 1962-es dolgozata tekinthető a molekuláris evolúciós kutatási irány megalapozójának. Az ezután következő másfél évtized során ez a tudomány – lényegében kizárólag a fehérjeszekvenciák adataira támaszkodva – jelentős fejlődésnek indult, azonban igazi kibontakozását a DNS szekvenciaadatok felhalmozódásának köszönhetjük.

 Úgy vélem nyugodtan kijelenthető, hogy ma az evolúciókutatás uralkodó módszere és szemlélete a molekuláris szintű elemzés. Anélkül, hogy lebecsülnénk  paleontológusok, összehasonlító anatómusok, taxonómusok sok nemzedékének munkáját, kétség kívül igaz, hogy ezen a területen minőségileg újat hozott a molekuláris megalapozás. Az evolúció kutatása kvantitatív tudománnyá vált, a szubjektív elem szinte teljes kiküszöbölésével. Ez természetesen nem jelenti azt, hogy e tudományág állításai, tézisei ma már biztosak és vitathatatlanok volnának. Nem azok, elsősorban azért, mert a DNS és fehérjeszekvenciadatokból levont minden következés néhány olyan egyszerűsítő segédhipotézisen alapul (a mutációs ráta állandósága, a “molekuláris óra” egyenletes járásának tézise) amelyek igazsága biztosan nem univerzális. Másodsorban pedig azért mert számos zavaró tényező hatásának kvantitatív meghatározására jelenleg még nem vagyunk képesek. Az a három évvel ezelőtt megjelent közlemény például, amely azt állította, hogy az elfogadott nézettel szemben a mitokondriális DNS képes rekombinációra, egy csapásra kétessé tette a molekuláris evolúciós kutatások számos ismert és elfogadott állítását. Szerencsére kiderült, hogy a cikk tézisei valószínűleg nem igazak és helyreállt a világrend, de az eset jól illusztrálta, hogy bizony ingatag alapokon nyugszik sok minden, amit biztosan tudni vélünk.

Abban az értelemben azonban igaz a kvantitativitásra vonatkozó állítás, hogy ma az evolúció kutatói törzsfáikat, kladogramjaikat, exakt kvantitatív adatok felhasználásával, igazolt matematikai módszerekkel, számítógépes elemzések eredményeként állítják elő.

 Illusztrációképpen álljon itt néhány ötletszerűen kiválasztott példa olyan – ma általánosan elfogadott – állításokra, amelyeket e módszerek alkalmazásának köszönhetünk.

 A baktériumok rendszerét korábban egyetlen mikrobiológus sem tekintette természetesnek, valódi rokonsági viszonyokat tükrözőnek, a rendszerezés legtöbb kritériuma (például a táptalajigények vagy a festhetőség) nyilvánvalóan önkényes volt. Ma rendelkezünk ilyen (természetesen nyilván tökéletlen) rendszerrel. Ennek köszönhetően tudjuk, hogy a baktériumok világa legalább olyan heterogén, szerteágazó törzsfájú, mint az eukaryotáké az egysejtűektől az emberig.

 Kiderült, hogy az élővilág régebben általános nagy felosztása Prokaryotákra és Eukaryotákra, tarthatatlan, hogy létezik egy harmadik, az előbbiekkel egyenrangú birodalom, az Archeaea.

 Kiderült, hogy a ma ismert mikroorganizmusok a földön élő mikroorganizmusoknak kevesebb mint egy százalékát adják, a többit azért nem ismerjük, mert nem tudjuk őket tenyészteni. A molekuláris módszerek ennek ellenére lehetővé teszik genomjuk megismerését.

 Az  ember evolúciójáról alkotott képünk gyökeresen megváltozott. Korábban azt hittük, az ember és legközelebbi rokonainak szétválása 25 millió éve történt, ma úgy tudjuk, hogy mindössze 5 millió éve. Általánosan elfogadott, hogy a ma élő emberiség ősei Afrikából kiindulva hódították meg a többi földrészt, valószinüleg százezer évnél is rövidebb idővel ezelőtt, és hogy a mai embereknek “sem rokona, sem boldog őse” a neandervölgyi ősember.
 

A genom stabilitása és átrendeződése:

A tudománytörténetben előfordulhat, hogy ha egy elmélet magyarázó ereje, meggyőző volta, zártsága, túl erős, akkor akadályozhatja is a fejlődést. Talán nem ünneprontás, ha erre rámutatok a Watson-Crick modellel kapcsolatban is (…Perhaps the only unfortunate thing about the discovery of base pairing and the structure of DNA was that the insight so very neatly and so profoundly explained so much.)⁵

Már a morgani génelmélet is: amelynek értelmében a gének stabil és oszthatatlan egységek, gyöngysorként sorakozva a kromoszómán, ahol a változás lehetséges módja csak a mutáció vagy a rekombináció – rendelkezett ilyen hatással, megnehezítette például McClintock eretnek nézeteinek elfogadását. Ő ugyanis – már 1950-ben – állította, hogy a gének az egyedfejlődés során változtathatják, sot törvényszerűen változtatják is helyüket a genomon belül. A Watson-Crick modell elfogadása, az öröklési anyag rendkívül stabil szerkezetű molekulaként való felfogása, még jobban megnehezítette e gondolat térhódítását. Ahogy Frank Stahl egy későbbi visszaemlékezésében utalt erre :

"…the possibility that genes were subject to the hurly-burly of both insult and clumsy efforts to reverse the insult, was unthinkable."⁶

Ez a megjegyzés ugyan csak a sérülésekre és azok helyreállítására (a “repair”-re) vonatkozott, de természetesen a gének helyváltoztatása még inkább elképzelhetetlennek tűnt akkoriban. McClintock ujrafelfedezése és rehabilitálása csak tizenöt évvel később következett be (1968). Azt azonban még ő sem sejtette, illetve feltételezte, amit ma tudunk: hogy az emberi genomnak több mint a felét ilyen – az általa felfedezettekhez hasonló - mobilis genetikai elemek foglalják el. Szinte azt mondhatjuk, hogy a működő, kifejeződő gének csak szigetekként úsznak a funkciójukat elvesztett, valaha ugrásra, helyzetváltoztatásra képes gének holt tengerén. Ez a holt tenger azonban valóságos régészeti kincsesbánya, amely régmult, megfejtésre váró, események dokumentumait őrzi. Azt is tudjuk, hogy csöppnyi rokonunk, az egér körülbelül ugyanannyi mobilis elemet tárol a genomjában, mint mi, ezek azonban sokkal aktívabbak, jóval nagyobb hányaduk képes ma is helyzetváltoztatásra és ezzel mutációk okozására. A helyváltoztatás mechanizmusait már meglehetősen jól ismerjük, a jelenség biológiai szerepének, jelentőségének tisztázása azonban még sokáig fog feladatot adni a molekuláris biológusoknak.

 A mobilis genetikai elemek (ugráló gének) léte nem az egyetlen példa arra, hogy a genom stabilitása és állandósága milyen viszonylagos. Már negyedszázada tudjuk, hogy az ember, illetve valamennyi gerinces állat létfontosságú védekező mechanizmusa, az immunrendszer, az egyedfejlődés során génátrendeződéssel alakul ki. Nem igaz immáron az a tétel, hogy a soksejtűek minden sejtjében ugyanaz a genom szerkezete. Az egyes antitesteket termelő B sejtek genomszerkezete egymástól, illetve a szervezet többi sejtjétől különbözik, az ehhez szükséges specifikus génátrendeződések biokémiai mechanizmusait is jórészt tisztázták.

 Az egyedi életben történő genomátrendeződés más eseteit is ismerjük: például a Tetrahymena nevű egysejtű állatban éppen a már emlegetett kis RNS-féleségek képesek kiváltani a DNS lényeges átrendeződését, sőt egyes DNS-szakaszok kivágódását. E folyamatok mechanizmusa és biológiai szerepe viszont egyelőre tisztázatlan.
 
 

A DNS mint kultúránk része:

50 évvel ezelott, ez a hosszú és nehézkes szó: dezoxiribonukleinsav, még a biológusok számára is idegenszeru volt, a DNS (DNA, ADN, DNK, DNS a többi világnyelven) rövidítés szintén. Ma: kultúránk (mind a magas-, mind a tömegkultúra), mindennapi életünk, integráns része. Egy friss felmérés szerint az USA lakosságának 70 %-a ismeri ezt a betűszót és tudja, hogy mit jelent.

A ponyvairodalomhoz, illetve a tömegkultúrához tartozó sok-sok sci-fi filmen és regényen kívül, a DNS, illetve a génsebészet megjelenik a komoly irodalomban is (pl. a francia Houllebecq díjnyertes regényében, vagy mondjuk Orbán Ottó költészetében). Megtermékenyíti a képzőművészetet. New Yorkban ebben az évben művészi fotókiállítás nyílt az 50. évforduló tiszteletére, ahol 50 művész mutatta be a legkülönbözőbb technikákkal készített – a DNS által ihletett – műalkotásait. Salvador Dali több képének témája a DNS. Két spanyol, Sanchez-Souse és Baquero CD-t jelentetett meg, amelyen 10 bakteriális gén szekvenciájára készült, kissé a gregoriánra emlékeztető hangzású zene szól. Ahogy Liszt Bach nevére írt fugát, úgy használták fel e szerzők a DNS szekvenciát (G, C és A hang van a zenében, a T helyett némileg önkényesen D-t használtak.

Mai ülésünket az Akadémia négy tudományos osztálya rendezi, de meghívhattuk volna a jogászokat, a történészeket, a régészeket is, hiszen e tudományok is foglalkoznak vele. A kriminalisztika nélkülözhetetlen eszközévé vált, és olyan nagy fontosságú társadalmi kérdések eldöntésében, mint például a halálbüntetés eltörlése, vagy éppen visszaállítása szinte bizonyosan döntő szerepet fog játszani az, hogy milyen tapasztalatokkal szolgált az elmult két évtizedben a DNS bizonyitékok felhasználása (az USA-ban eddig 124 gyilkosság, vagy nemi eroszak miatt elitélt – nagy részüket halálra itélt – személyt mentettek fel illetve rehabilitáltak a DNS teszt alapján és éves átlagban 5000 esetben járul hozzá a DNS-bizonyíték a tettes azonosításához. A korábban halálbüntetéspárti michigani kormányzónak a közelmúltban nagy port felvert kegyelmi rendeletét ez motiválta).

A jognak foglalkoznia kellett – többek között - az egyén DNS-lenyomatának – mint tárgynak – a tulajdonjogával, védelmével. Súlyos – sok vitát kiváltó – össztársadalmi kérdéssé vált, hogy kinek és mikor van joga DNS-mintát kérni, azt hogyan kell őrizni, felhasználni. Üzleti szolgáltatássá vált, illetve fog válni (az orvosi diagnosztikán és a kriminalisztikán kívül is) a DNS-alapú apasági vizsgálat, a családfakutatás (ennek eddigi csúcsteljesítménye, hogy egy angliai történelemtanárról bebizonyították: egyenesági közvetlen leszármazottja a 9000 éve élt cheddari barlangi embernek), a tömegszerencsétlenségek áldozatainak azonosítása. Új alapokra helyeződött a történeti antropológia (például tisztázódott a polinéziaiak származása, egyértelműen megdöntve Heyerdahl elméletét), a régészet, de még az újkori történelem bizonyos problémáinak kutatása is (pl. az utolsó orosz cár és családja maradványainak azonosítása, az állítólagos XVIII Lajos francia trónkövetelő, az ál-Anasztázia hercegnő, vagy a szibériai ál-Petőfi egyértelmű leleplezése, annak bizonyítása, hogy Jeffersonnak fekete ágyasa volt, akinek leszármazottai ma is élnek, stb).
 

 Amikor az előbbiekben megkiséreltem, hogy 30 percben áttekintsem 50 év fejlődését, nyilvánvalóan lehtetlen feladatra vállalkoztam, hiszen számos fontos területet (a replikáció, a mutáció, a “repair”, a rekombináció mechanizmusának felderítése, a DNS-lánc konformációjának, a kromatinszerkezetnek és átrendeződéseinek, a DNS-metilációnak, a génszabályozásért felelős DNS-fehérje kölcsönhatások specifitásának problematikája, stb) idő hiányában nem is érintettem.

Hadd toldjam meg ezt egy még nagyobb merészséggel: a jövőbe való kitekintéssel. A mult század egyik legnagyobb molekuláris biológusa Jacques Monod, a hatvanas években, egy újságíró kérdésére válaszolva azt mondta: “Az élet titka? Hiszen már megfejtettük az élet titkát”.⁷ Azt hiszem ebben akkor is csak részben volt igaza, és még ma is csak néhány lépéssel jutottunk közelebb a titok megfejtéséhez. Mik lesznek vajon a következő lépések?

Úgy vélem, két fő irányban várhatók ezek. Az egyik: a jelenlegi folyamatok extrapolációja. Még több szekvencia, még több bioinformatikai eszköz, még szofisztikáltabb számítógéprogrammok, még nagyobb teljesítményű biochipek, még komplexebb szintézisek. A megfogalmazással nem akarom ezt a fejlődést lebecsülni, nyilvánvalóan ez lesz a kutatások fő iránya és igen izgalmas, fontos eredményeket fog hozni.
Intellektuálisan azonban számomra izgalmasabb az, hogy éppen az elmúlt két évben történtek olyan felfedezések, amelyek szinte új alapokra helyezik a molekuláris biológusok gondolkodását és megközelítésmódját, eddig nem is sejtett, vagy alig ismert új utakat mutatva.

Két ilyen példát említenék, mindkettőt érintettem az eddigekben is. Az egyik: a kis RNS molekulák szerepe a génregulációban, az RNS interferencia jelensége, amelynek biológiai jelentőségét, mechanizmusát, elterjedtségét még alig ismerjük, de az alapkutatáson túlmenően biztosan izgalmas gyakorlati alkalmazásai is lehetnek (például biztató állatkisérletek szerint gyógyíthatónak látszik vele a hepatitis vagy az AIDS). A másik: az epigenetikus folyamatok jelentőségének, elterjedtségének felismerése, a szűlői imprinting (minden bizonnyal szekvenciaspecifikus DNS-metiláció), vagy a tartós és stabil kromatin átrendeződés. Ezekről ugyanazt mondhatjuk el, mint az RNS-interferenciáról: még csak most kezdjük felismerni a jelentőségét, de alig ismerjük mechanizmusait, elterjedtségét, pontos funkcióját.

Egyszóval: a Watson-Crick modellel elkezdődőtt látványos fejlődés nem zárult le, maradt bőven feladat az ifjú kutatónemzedék számára is. Stilszerűen Watsont idézve : “There are enough questions to keep people occupied for the next hundred years."⁸
 
 
 

Irodalom
1. Schrödinger,E. (1945) What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell. Cambridge University Press. Cambridge.
2. Calder,R. (1953) Why are you: Nearer the secret of life. News Chronicle 15^th May, 1.
3. Campbell,P.N. and Work,T.S. (1953) Biosynthesis of proteins. Nature 171, 997-1001.
4. Sinsheimer,R.L. (1957) First steps toward a genetic chemistry. Science 125, 1123-1128.
5. Creeley,M. (2003) Transcriptional treats. BioEssays 25, 190-192.
6. in Friedberg,E.C. (1997) Correcting the blueprint of life. CSH Laboratory Press, New York
7. in Judson,H.F. (1996) The eighth day of creation. Makers of the revolution in biology. CSH Laboratory Press, New York.
8. Lemonick,M.D. (2003) You have to be obsessive (Interview with James Watson). Time, 3^rd March, 44.

---

<