Fundamentele biologice ale funcționării psihice - genomul uman

Introducere

Aflati intr-o continua goana dupa misterele inchipuite si existente ale omenirii, cautam in jurul nostru raspunsuri la intrebari, uitand ca insasi si evolutia noastra pe aceasta planeta reprezinta un mister in sine. Antropologii, biologii sau geneticienii sunt nimeni altii decat arhitectii trecutului nostru indepartat si apropiat, a caror misiune “imposibila” este aceea de a pune cap la cap piesele unui puzzle cateodata prea complex, chiar si pentru puterea de intelegere a adultilor.

De unde venim, cum am evoluat, incotro ne indreptam sunt doar cateva dintre intrebarile care au obsedat generatii intregi de oameni de stiinta, fara a avea insa de partea lor avantajele si tehnologiile stiintei moderne. In acest moment, ne aflam intr-un punct in care dezvaluirea treptata a istoriei umane, asa cum s-a petrecut ea, nu mai poate fi oprita. Pentru multi oameni de stiinta cel mai mare miracol al naturii este chiar omul, si mai ales, evolutia rapida a acestuia intr-un timp foarte scurt, dupa ce a stat in umbra mii de ani.

In vreme ce corelatia dintre marimea populatiilor si selectia naturala nu reprezinta o noutate, abilitatea de a aduce dovezi cunatificabile pe masa de lucru a cercetatorilor este o reusita extraordinara a ceea ce s-a numit Humane Genome Project. In cautarea variatiilor genetice recente, reprezentate intr-o harta a genomului, proiectul a reusit catalogarea diferentelor individuale in ADN, cunoscute sub denumirea polimorfism dupa o singura nucleotida (single nucleotide polymorphisms, SNPs). Proiectul a reusit monitorizarea a 4 milioane din aproximativ 10 milioane de SNPs-uri aflate in genomul uman. Cercetatorii si-au concentrat atentia asupra unui fenomen numit “linkage disequilibrium” (LD), un dezechilibru al legaturii genetice. Acestea sunt spatii in interiorul genomului unde variatiile genetice au loc prea des pentru a putea constitui o simpla intamplare, deoarece se bucura de un neinteles avantaj al selectiei. Din motive inca necunoscute oamenilor de stiinta, acestea nu trebuie sa stea la coada sau sa joace un rol important in supravietuirea speciei, pentru a fi selectate. Cercetatorii au observat schimbari genetice recente prin identificarea unor secvente in ADN care sunt interconectate. Deoarece ADN-ul uman se afla intr-o schimbare permanenta, un segment lung si neintrerupt al LD-ului este o dovada a selectiei pozitive. Insa LD-ul inceteaza sa mai aiba efect dupa un anumit timp, in vreme ce recombinarea ADN-ului are loc de-a lungul mai multor generatii, prin urmare descoperirea acestor segmente neintrerupte este o dovada a unei adaptari recente.

Proiectul genom uman

Lansat in 1990, pentru o durata de 15 ani, Proiectul Genom Uman (PGU) a avut ca obiective principale secventierea genomului uman haploid (22A+X+Y≈3,2Gb) constand in identificarea si localizarea genelor ce alcatuiesc genomul uman. In esenta, se spera ca prin cunoasterea aprofundata a structurii (anatomiei) genomului uman (denumit metaforic “cartea vietii”) se vor afla multe lucruri importante pentru biologie, in general, si pentru medicina, in special.

Realizarea proiectului s-a confruntat cu doua mari probleme:

- Probleme tehnice, metodologice si logistice ale procesului de secventiere, tinand cont de marimea genomului uman (in special ADN intergenic), heterogenitatea structurii sale (in care secventele repetitive sunt foarte abundente), complexitatea si diversitatea elementelor structurale. Depasirea acestor dificultati si perfectionarea strategiilor si metodologiilor au fost posibile prin secventierea prealabila a genomului unor organisme mai simple. Aceasta a permis si dezvoltarea “genomicii comparative”, foarte utila deoarece “comparatia naste intelegere”.

- Probleme biologice foarte dificile sub aparenta simplitate a unor structuri unidimensionale se ascunde un continut informational foarte complex, care trebuie descifrat.

Determinarea secventei genomului uman sau stabilirea ordinii “liniare” a nucleotidelor in ADN a implicat trei etape majore:

- Secventierea unor fragmente mici (circa 800 nt) de ADN folosind doua strategii: secventierea “clona cu clona”, in mod ierarhizat, metoda mai precisa, dar mai laborioasa si deci costisitoare; “secventierea globala aleatorie” – “shotgun integral” – mai putin precisa, dar mai rapida si mai ieftina; secventierea este comparabila cu “fabricarea elementelor unui puzzle”;

- Asamblarea genomului – cu ajutorul unor programe computerizate care ordoneaza, orienteaza si asambleaza secventele segmentelor mici in secvente continue din ce in ce mai mari, pentru a crea reprezentarea originala a cromozomului din care deriva; asamblarea genomului este comparabila cu “reconstituirea unui puzzle”;