Ai ochii de la tata şi buzele de la mama? Răspunsul stă în ADN, sursa de unde izvorăşte viaţa

Pe Pământ, viaţa a apărut acum câteva miliarde de ani. Iniţial, a fost o singură celulă vie, creată de o moleculă de ADN. În timp, celula s-a multiplicat şi s-a transformat în diferite organisme şi creaturi vii. A reuşit să facă asta datorită ADN-ului, care a memorat informaţiile necesare auto-replicării şi construirii unui întreg organism viu. De aceea o furnică nu seamănă cu un delfin, o lalea nu arată ca o libelulă, iar omul nu are coadă – fiecare are ADN-ul său, care îl face unic atât ca specie, cât şi ca individ.

În termeni biologici, ADN-ul este prescurtarea de la acid dezoxiribonucleic. Vizual, arată ca o scară răsucită. Structura sa a fost decodificată de americanul James D. Watson şi britanicul Francis Crick. Pe 23 februarie 1953, când cei doi au descifrat dubla spirală, au exclamat că „Am descoperit secretul vieţii!‟. Cei doi biochimişti nu au exagerat. Descoperirea lor a permis omenirii să afle misterul creaţiei vieţii: cum se formează, cum se multiplică şi cum se auto-repară orice organism viu. Dar ce este, de fapt, ce conţine şi cum lucrează acidul dezoxiribonucleic?

Ei bine, ADN-ul nu este altceva decât o moleculă, o familie de atomi care trăiesc împreună. Dacă îţi mai aduci aminte lecţiile de biologie sau dacă ai urmărit cu atenţie filmul „Jurassic Park‟, ştii, probabil, că ADN-ul reprezintă formula sau reţeta oricărei vietăţi, fie ea animală sau vegetală.

De la moleculă la dinozaur

Pare incredibil, dar, într-adevăr, o moleculă este responsabilă de creaţia unui copac, a unui vultur, a unui câine sau, pe vremea când încă existau, a unui dinozaur. Secretul se află în aminoacizi. Aceştia sunt chimicale minuscule care trăiesc în organismul nostru, atât de importante, încât sunt descrise ca „fundaţia vieţii‟. În total sunt 20 de tipuri de aminoacizi, fiecare având o formă diferită. Ca într-un joc Lego, se ataşează unii de alţii, formând astfel particule mai mari, numite proteine. La rândul lor, proteinele se combină cu alte particule pentru a creea celule vii, iar acestea produc ţesuturi, care generează organe. Astfel se formează o creatură vie, precum omul.

Fiecare dintre milioanele de proteine care formează organismul uman trebuie să fie creată în forma sa perfectă, altfel nu va funcţiona. Iar de acest lucru este responsabil ADN-ul. Deşi are un rol atât de complex, acesta nu conţine decât patru molecule: adenină (A), timină (T), citozină (C) şi guanină (G). Pe fiecare dintre treptele scării ADN-ului se combină doar două dintre cele patru molecule, perechile fiind, întotdeauna, de tipul A şi T sau G şi C. Dacă priveşti scara ADN-ului simplificată, poţi citi codul genetic ca pe o carte. La om, ADN-ul conţine circa 3,27 miliarde de perechi de molecule sau de „trepte‟. Iar acest cod minuscul îşi duce existenţa în nucleul fiecărei celule umane.

Vecinii ADN-ului sunt aminoacizii, care trăiesc tot în celulă, dar nu în nucleu, ci în citoplasmă. Pentru a ajuta ADN-ul să se interacţioneze cu citoplasma şi să transforme aminoacizii în proteine, anumite chimicale speciale din interiorul nucleului fac copii ale unor părţi de ADN, cunoscute ca ARN – acid ribonucleic. Fiind chiar mai mici decât ADN-ul, ARN-ul se poate strecura în afara nucleului, trecând prin citoplasmă şi ajungând apoi în „gura‟ unei alte particule, numită ribozom, care este o „fabrică‟ de proteine. Ribozomul citeşte codul ARN, absoarbe aminoacizii din vecinătate şi îi lipeşte unii de alţii, ca într-un lanţ, în funcţie de informaţiile aflate de la ARN. Astfel, „lanţul‟ creşte şi ia forma proteinei necesare. Odată ce proteina este formată, poate face tot felul de lucruri, inclusiv să creeze o celulă nouă. Deci, mult mai pe scurt, ADN-ul creează ARN, ARN-ul produce proteine, iar proteinele dau naştere vieţii.

Ai ochii de la tata şi buzele de la mama

Te-ai întrebat vreodată de ce ai părul ondulat, ca tata, iar nasul este acvilin, ca al mamei? Răspunsul stă în ADN. La om, 99,9% din ADN este identic – este ceea ce ne face fiinţe umane. Restul de 0,1% este ceea ce ne face unici. Cu excepţia gemenilor identici, niciun om nu are un ADN exact la fel cu un alt om.

Însă, chiar şi acel unic 0,1% este influenţat de părinţi. Asta, deoarece fiecare copil îşi moşteneşte ADN-ul de la mamă şi de la tată. Acest lucru se întâmplă chiar din momentul concepţiei. Cu toţii ne naştem cu 23 de perechi de cromozomi, care nu sunt altceva decât un fir unic, continuu de ADN. Din fiecare pereche, un cromozom provine de la mamă, iar celălalt de la tată. Astfel, aceştia ne decid înălţimea, sexul, culoarea ochilor, forma corpului, adică moştenirea genetică. Şi nu doar trăsăturile fizice, ci şi cele de personalitate sau unele abilităţi sunt determinate de moştenirea genetică.

Pe de altă parte, unicitatea codului genetic al fiecărui om poate fi depistată cu ajutorul tehnologiilor moderne de decodificare a secvenţelor de ADN. Astfel, un singur fir de păr poate stabili identitatea unei persoane sau paternitatea unui copil.

Monica Zeleniuc, medic specialist în genetică medicală: „ Sunt multe gene implicate în cancerele ereditare – 1 genă poate determina până la 5 tipuri de cancere‟

Ce este ADN-ul şi ce ar trebui să ştim despre genom?

Genomul conţine toată informaţia genetică a unei persoane, codificată sub formă ADN. Informaţia genetică este moştenită de la părinţi şi va fi transmisă către copii. ADN conţine instrucţiuni pe baza cărora funcţionează organismul nostru.

Care sunt principalele boli genetice?

În funcţie de nivelul la care apare modificarea (mutaţia), bolile genetice pot fi împărţite în: anomalii ale cromozomilor (precum sindromul Down), afecţiuni ale unei gene (precum fibroza chistică) sau boli mitocondriale.

Bolile genetice pot afecta o persoană în orice moment al vieţii, începând cu viaţa intrauterină până la vârstă de adult şi acestea pot fi determinate de modificări genetice ce pot apărea de la formarea primei celule a organismului şi până la sfârşitul vieţii. Inclusiv unele forme de cancere sunt datorate modificărilor genetice, care pot fi ereditare (moştenite) sau doar la nivelul celulelor transformate tumoral. Cancerele moştenite reprezintă 10 şi 15% din toate formele de cancer. În categoria cancer ereditar putem enumera: cancerul mamar şi ovarian, pancreatic, colorectal, gastric, cerebral, etc.

Ce factori pot influenţa declanşarea şi evoluţia bolilor genetice?

Pentru bolile cromozomiale, înaintarea în vârstă a mamei constituie un factor de risc pentru o sarcină afectată.

Pentru bolile cu predispoziţie genetică, este cunoscut faptul că factorii de mediu, precum expunerea la diverse substanţe nocive, stresul, alimentaţia, poluarea, pot declanşa şi influenţa evoluţia acestor afecţiuni.

Un exemplu pertinent de factor declanşator este fumatul ce are un rol important în apariţia cancerului pulmonar.

Astfel, în evaluarea şi managementul de caz al fiecărei persoane cu afecţiune genetică trebuie să se ţină cont de ambele componente: genetică şi de mediu (epigenetică).

Cât de mult se modifică ADN-ul în funcţie de mediul de viaţă?

Unii factori de mediu precum radiaţiile ionizante, razele UV, unele substanţe chimice sunt cunoscuţi că influenţează în mod direct ADN-ul şi conduc la apariţia mutaţiilor. Însă, uneori, factorii de mediu precum stresul, alimentaţia, stilul de viaţă pot influenţa prin mecanisme epigenetice expresia ADN şi nu structura sa, determinând modificarea funcţiei unor proteine şi implicit a unor celule şi ţesuturi, conducând la apariţia multor boli cu care ne confruntăm la ora actuală, precum diabetul zaharat, dar şi diverse cancere.

Care sunt cele mai frecvente maladii genetice la femei? Dar la bărbaţi?

Există boli genetice care afectează în proporţie diferită cele două sexe. Spre exemplu, sindromul Rett, sindromul Turner afectează persoanele de sex feminin şi distrofia musculară Duchenne, sindromul Klinefelter afectează persoanele de sex masculin, dar per total, femeile şi bărbaţii sunt afectaţi de boli genetice în proporţii aproximativ egale. Aceste boli includ sindromul Down, fibroza chistică, talasemia, atrofia musculară spinală, fenilcetonuria.

Ce teste oferă indicii gravidelor despre eventualele anomalii cromozomiale la făt?

La ora actuală sunt disponibile o serie de teste genetice non-invazive de screening, care verifică ADN fetal liber circulant prezent în sângele matern, pentru depistarea anomaliilor cromozomiale fetale, precum trisomiile 13 (sindromul Patau), 18 (sindromul Edwards), 21 (sindromul Down) şi aneuploidiile cromozomilor sexuali, dar şi a sindromelor de microdeletie şi microduplicatie. La Personal Genetics oferim o gamă largă de astfel de teste, care pot fi efectuate începând cu săptămâna 10 de sarcină, de către orice gravidă, indiferent de vârstă.

Dacă apar modificări ecografice fetale medicul ginecolog poate recomanda efectuarea amniocentezei şi a testelor genetice din lichidul amniotic în scop diagnostic.

Testările genetice pot ajuta la stabilirea unui tratament mai eficient?

Un test genetic oferă un diagnostic cert al unei boli genetice. Pentru unele afecţiuni, precum leucemia mieloidă cronică, în cazul detectării unui anumit tip de modificare genetică, precum cromozomul Philadelphia, pacientul beneficiază de o terapie ţintită.

De asemenea, se descoperă din ce în ce mai multe corelaţii între anumite modificări genetice şi rata de succes sau eşec a tratamentelor. Astfel că, pentru anumite afecţiuni medicul poate recomanda un test genetic ce indică terapia personalizată pentru pacient.

Când există în familie istoric de cancer, este indicat să analizăm riscul de a dezvolta tumori? Ce teste sunt recomandate?

În cazul unui istoric familial de cancere se recomandă un consult genetic. În cadrul unei consultaţii, medicul genetician evaluează istoricul personal şi familial şi stabileşte care este testul genetic potrivit.

Sunt disponibile o serie de paneluri de gene implicate în apariţia cancerelor cu componentă ereditară. Sunt multe gene implicate în cancerele ereditare. O singură genă poate să determine de la 1 până la 5 tipuri de cancere. Pentru că fiecărui tip de cancer i se atribuie până la aproximativ 30 de gene care sunt corelate cu o susceptibilitate crescută, testarea genetică se va face în panel de gene. De exemplu, dacă în cadrul consultului genetic se identifică în familie membrii afectaţi de cancere diferite, se poate recomanda efectuarea unui test genetic care cuprinde un panel de gene corelate cu cancere ereditare. Cel mai complet panel pe care îl avem la Personal Genetics analizează 94 de gene şi identifică predispoziţia de a dezvolta 9 tipuri de cancer ereditar: cancer mamar şi ovarian, colorectal, gastric, pancreatic, endocrin, cerebral, renal, de piele şi de prostată.

Testarea genetică poate identifica modificările genetice şi determina dacă o persoană are un risc crescut de a dezvoltă anumite tipuri de cancere.

Ce tipuri de cancer putem depista prin investigaţii genetice?

Există teste genetice din sânge care pot identifica modificări ereditare în anumite gene, care sunt corelate cu multe tipuri de cancere, precum cancerul de colon, de sân, ovar, de prostată şi altele. Un exemplu bine cunoscut este testarea genelor BRCA1 şi BRCA2 în cancerul de sân şi ovar. Depistarea unei mutaţii impune un management medical personalizat, care include şi o terapie ţintită aprobată la ora actuală şi la noi în ţară pentru cancerul ovarian.

Dar se pot efectua teste genetice şi din ţesutul tumoral, precum testarea genei EGFR în cancerul pulmonar care ajută la conduită terapeutică.

Genetica este o ştiinţă care cunoaşte o evoluţie rapidă şi pozitivă. Pe ce realizări se mizează în anii următori?

Deoarece tehnologia utilizată în cadrul testării genetice este în continuă dezvoltare, următorii ani vor aduce o evoluţie spectaculoasă în domeniul geneticii. În viitor, probabil că fiecare persoană va putea fi evaluată genetic pentru stabilirea riscurilor de a dezvolta anumite afecţiuni, pentru alegerea tratamentelor cele mai potrivite, dietei sau stilului de viaţă personalizate.

As. Univ. Dr. Monica Zeleniuc, Medic Specialist în Genetică Medicală, Coordonator Genetica Medicală

Mutaţii mai mult sau mai puţin canceroase

Gena este o porţiune a ADN-ului care codifică o anume proteină, cum ar fi insulina. Uneori, factori interni sau externi ca alimentaţia, radiaţiile solare, stilul de viaţă sau moştenirea genetică duc la schimbări ale unor gene, deci ale ADN-ului. Asemenea mutaţii sunt modificări în secvenţa ADN a unei gene. Zilnic, ADN-ul suferă aproximativ 1.000 de mutaţii, însă celulele au atât de multe mecanisme de reparaţie, încât foarte puţine schimbări genetice supravieţuiesc. Unele sunt grave, cauzând boli, în timp ce altele nu au niciun efect, ba pot fi chiar benefice. Mutaţiile variază, de asemenea, în cantitatea de ADN modificat.

Printre cele mai evidente efecte ale mutaţiilor genetice sunt bolile precum cancerul. Genele reglează ritmul şi modul de creştere al celulelor, dar acestea se dezvoltă, uneori, anormal. O celulă canceroasă nu mai ţine cont de nicio restricţie când vine vorba de creştere, se „îndoapă‟ cu nutrimente şi trăieşte mult mai mult decât ar trebui. Cum singura ei menire este de a supravieţui, celula canceroasă evită întâlnirea cu sistemul imunitar, de frică să nu fie depistată şi distrusă de acesta. În mare parte, rebeliunea celulelor canceroase este pusă pe seama geneticii: cromozomi aliniaţi incorect, ADN greşit interpretat sau gene incorect copiate duc la comportamentul deviant al celulelor.

Ştiai că...

... ADN-ul ar avea nevoie de trei gigabytes de spaţiu de stocare? Mai exact, o secvenţă completă de ADN, ce conţine un cod format din peste trei miliarde de molecule, ar consuma trei gigabytes dacă ar fi stocată într-un computer.

... dacă ai desface tot ADN-ul pe care îl ai în celule, ar ajunge de pe Pământ la Soare şi înapoi de mai bine de 600 de ori?

... o persoană ar putea scrie genomul uman în 50 de ani? Pentru asta ar trebui să tasteze 60 de cuvinte pe minut, 8 ore pe zi. Genomul este întreaga noastră secvenţă de ADN.

... între 5-8% din ADN-ul tău nu este uman? Este viral, creat ca urmare a infectării celulelor cu virusuri.

Rolul epigeneticii

Doar 2% din ADN-ul uman conţine instrucţiuni pentru producerea proteinelor, responsabile pentru aproape toate procesele care au loc în organismul nostru. Până de curând, restul de 98% era considerat irelevant, un fel de resturi lăsate în urmă de milioanele de ani de evoluţie. Iar asta pentru că oamenii de ştiinţă nu reuşiseră, încă, să le identifice menirea. Dincolo de genetică, însă, biologii au descoperit o altă lume, cea a epigeneticii. Dacă genetica „dă naştere“ vieţii, epigenetica o modelează. Altfel spus, în timp ce genetica descrie modul în care secvenţele ADN din genele noastre sunt transmise de la o generaţie la alta, epigenetica descrie modul în care genele sunt folosite.

Deci, epigenetica poate declanşa sau dezactiva activitatea genelor. Aşa se face că, după mai bine de 15 ani de când a fost descoperit genomul uman, oamenii de ştiinţă au realizat că genele nu sunt primele vinovate de apariţia bolilor cronice. Un rol mult mai decisiv îl joacă epigenetica. De exemplu, ceea ce mănânci, cât dormi, unde locuieşti, cu cine interacţionezi sunt acţiuni care produc modificări chimice la nivelul genelor, adică influenţează moleculele de metil din ADN, proces cunoscut ca metilare. Epigenetica poate fi „păcălită‟, uneori, de astfel de factori externi, iar rezultatul este că unele gene devin active în direcţii greşite sau că blochează gene responsabile cu funcţionarea normală a celulelor. Rezultatul este apariţia unor boli, în special cancere, boli autoimune, afecţiuni neurologice (Alzheimer, Parkinson, schizofrenie) sau afecţiuni psihologice, cum ar fi depresia. Ceea ce nu a fost lămurit complet, încă, este dacă aceste boli sunt pur epigenetice sau dacă mutaţiile în ADN joacă şi ele un rol.

Misterele oamenilor-himeră

Se întâmplă destul de rar, dar este posibil ca o persoană să aibă două ADN-uri. Fenomenul se numeşte himeră. Unul dintre cele mai cunoscute cazuri este cel al unei femei de 26 de ani, Lydia Fairchild. Drama ei a ieşit la lumină în anul 2002. Şomeră şi recent divorţată, tânăra mamă, din Washington, SUA, s-a văzut nevoită să ceară ajutor social, iar pentru asta a trebuit să facă un test ADN de rutină. Rezultatele au arătat că fostul ei partener este tatăl celor doi copii, dar că ea nu este mama lor, astfel că procurorul a acuzat-o de înşelăciune.

Din fericire, Lydia a găsit un avocat care a avut curajul să atace rezultatele ADN şi să susţină că, în ciuda testelor, ea este mama copiilor săi. Însă nu a putut demonstra acest lucru decât după ce femeia, care era din nou gravidă, a dat naştere celui de-al treilea copil. Testul ADN al celui de-al treilea copil, născut cu martori angajaţi de tribunal, a arătat că, din punct de vedere genetic, Lydia nu este mama copilului pe care tocmai îl născuse. O mostră din uterul ei a demonstrat, totuşi, că Lydia mai avea un ADN, care a aparţinut surorii ei gemene şi pe care Lydia l-a absobit în perioada în care era doar un făt în burta mamei.

De altfel, acesta este una dintre metodele care duc la naşterea oamenilor-himeră: asimilarea de către un făt a ADN-ului fratelui sau surorii geamănă în perioada sarcinii. Pentru ca testele ADN să fie cât mai corecte, în cazul în care există suspiciunea că o persoană este himeră, medicii trebuie să analizeze mai multe mostre de ADN, preluate din locuri diferite: sânge, piele, salivă şi diferite organe.

Deşi cele mai multe cazuri de oameni-himeră sunt foarte greu de depistat, în alte situaţii această anomalie este evidentă. Un asemenea caz este cel al hermafrodiţilor, persoane care au organe genitale masculine şi feminine sau în cazul persoanelor cu polimelie – au organe sau membre în plus. Alte indicii posibile sunt ochii de culori diferite, pilozitate diferită de la o zonă la alta a corpului, pigmentarea diferită a pielii, sau liniile Blaschko (linii foarte fine pe corp care pot fi observate doar cu ajutorul unei lumini UV).

Fenomenul poate să apară şi în timpul unei sarcini normale, când mama reţine o parte din ADN-ul bebeluşului. O altă modalitate de a deveni himeră este în urma unui transplant de măduvă, când măduva donatorului continuă să producă celule sangvine ce au ADN-ul donatorului.

@shutterstock