A genomika a legfőbb hajtóerő
A Humán Genom Program (HGP) előirányzott költségvetése hárommilliárd dollár volt, de a tényleges költség ennél kevesebb lett. Ennyibe került a 3,2 milliárd emberi bázispár meghatározása, a teljes térkép 2004-re készült el. „Egyébként valójában még akkor sem fejezték be, néhány lyuk megmaradt, amelyeket technikai okokból nem sikerült lefedni. (Ezek egyébként funkcionálisan nem fontosak.) 2014 decemberében jelent meg egy cikk ezekről a hiányzó szekvenciákról, de még mindig maradt néhány további kisebb hézag” – tájékoztatta magazinunkat Venetianer Pál akadémikus.
2012-ben már ezer dollárért vállalták egyes amerikai genomikai cégek egy adott ember génállományának meghatározását. A DNS-szekvenálás elérhetőbbé válása következtében egyre több állat- és növényfaj genetikai állományát is megrajzolják. A befejezett genomprojektek száma jelenleg 6650, azaz ennyi faj teljes genomját ismerjük. A The New York Times riportja szerint ugyanakkor tízévi erőfeszítés ellenére a genetikusok szinte a startvonalra jutottak vissza a gyakori betegségek okainak kutatásában. Kiderült, hogy a legtöbb betegség genetikája bonyolultabb a feltételezettnél, és még sok évbe telik, mire új génkezelések jelennek meg. Az utóbbi évtizedben az emberi genomban számos, betegségekkel összefüggésbe hozható módosulatot fedeztek fel, de a legtöbb esetben ez csak kis részben jelezte előre a megbetegedés kockázatát. A tudósok attól tartanak, hogy sok olyan genetikai változat, amely a felmérések szerint betegséghez kapcsolódik, statisztikai illúziónak bizonyulhat. (A legtöbb betegségnél a sűrűn előforduló genetikai változatokról ugyanis kiderült, hogy a genetikai kockázatnak csak egy töredékét magyarázzák meg. Ma valószínűbbnek tűnik, hogy minden elterjedt betegséget ritka változatok együttese okoz.)
A konkrét gének azonosítása és funkciójuk megtalálása komplex feladat, amelynek megvalósítását sok vita övezi. Alfonso Valencia, a Spanyol Nemzeti Rákkutató Központ igazgatóhelyettese és kollégái tavalyi tanulmányukban 19 ezerben állapították meg az emberi fehérjekódoló DNS-szakaszok, tehát a gének számát. (A korábban azonosított gének közül 1700 valamilyen okból nem kódol fehérjét.) Ez jóval alatta marad a humán genommal kapcsolatban eredetileg feltételezett, 100 ezer génes becsléseknek. Egyre több genomrészletről derül ki ugyanis, hogy valójában a nem kódoló szakaszok közé tartozik. Venetianer Pál professzor szerint a Valencia által közölt vélemény vitatott, sokak szerint 20 ezer felett van a fehérjét kódoló gének száma. Egyébként a fehérjét nem kódoló szakaszok döntő többsége is kódol, de csak RNS-t, fehérjét nem.
Nézzük meg, hogy elvileg milyen eredményeket lehetett várni a HGP-től? – vetette fel Venetianer Pál 2011-ben a Magyar Tudományban. Az akkori helyzetképet a jelennel összevetve látszik, hogy jelentős az előrelépés. Az új diagnosztikai lehetőségek terén például folyamatos az előrehaladás, hiszen több mint kétezer betegségre vonatkozó genetikai teszt létezik. Sajnos, az ilyen vizsgálatok jelentős része felesleges pénzkidobásnak tekinthető, mert a diagnosztizált kórkép nem gyógyítható, illetve az eredmény csak lelki terhet jelent a páciensnek (például amikor kiderül, hogy negyvenéves korára valószínűleg megbetegedik a gyógyíthatatlan Huntington-kórban). A néhány éven át uralkodó DNS-chipes módszer már lényegében elavultnak tekinthető, mára olyan olcsók lettek a direkt szekvenáló technikák, hogy nagyrészt kiszorították az előbbi módszert. Ez elsősorban egyes rákfajták prognózisának és terápiájának meghatározásában segíthet.
Kétségtelenül jelentős a haladás egyes betegségek okainak és kialakulásának megértésében. Venetianer Pál szerint az ezen alapuló új terápiás lehetőségek azonban még kivételnek számítanak. Komoly eredmény például, hogy tudjuk, az időskori vakságot okozó makuláris degeneráció megjelenéséért nagyban felelős egy immunfehérje génjében meglévő SNP (egyszerű nukleotid polimorfizmus). Arról azonban fogalmunk sincs, hogy milyen mechanizmus kapcsolja össze ezt a két dolgot, és még kevésbé segít ez a terápiában.
A személyre szabott gyógyításban a rák területén tapasztalható a legszámottevőbb előrelépés. A legtöbb rákféleségnél ismerjük azokat az úgynevezett „driver” mutációkat, amelyeknek oki szerepük van a rák kialakulásában, ezek különbözhetnek egyes pácienseknél, meghatározásuk az adott betegnél megmondhatja, hogy melyik terápiás szer adhat reményt a gyógyulásra, illetve melyikkel felesleges próbálkozni. Ilyen kérdések eldöntésére használták a közelmúltban a chipeket, amelyek helyét egyre inkább a DNS-szekvenálás foglalja el. Tekintve, hogy a rákterápiában mind nagyobb szerepük van a különböző monoklonális ellenanyagoknak (immunoterápia), amelyek rendkívül drágák, ezek a DNS-tesztek egyre fontosabbakká válnak.
A farmakogenomika, vagyis az a tudományos irányzat, amely az egyes gyógyszerekkel szembeni túlzott érzékenység vagy hatástalanság genetikai okait kutatja, laboratóriumi-kutatási szinten nagyon sokat haladt. Számos ismert gyógyszerről (például: Warfarin, Merkaptopurin, Abacavir, Tamoxifen, Interferon, Clopidogrel stb.) pontosan tudjuk, hogy milyen genotípusú egyedek számára nem ajánlatos az alkalmazásuk. Ez a tudás azonban még nem része az általános orvosi gyakorlatnak, illetve nagyon kevéssé az. A gyógyszergyárak sem érdekeltek termékeik piacának szűkítésében, márpedig a gyógyszerrendelést megelőző genetikai tesztvizsgálatoknak elkerülhetetlenül ilyen következményük van. Nyilvánvalóan számos konfliktus forrása lehet (az etnikai tényezőn kívül is), ha egy hatásos és népszerű gyógyszert csak a betegek bizonyos csoportja számára írnak fel, másoknak nem. Ennek ellenére már látszanak a változás jelei. A Clopidogrel nevű véralvadásgátlót például gyakran írják fel olyan szívbetegeknek, akiknek sztentet helyeztek be a koszorúerébe. 2010 márciusa óta az Egyesült Államok gyógyszerhatósága (FDA) megköveteli a gyógyszer csomagolásán a szigorú figyelmeztetést, hogy bizonyos (nem is ritka) genotípusú páciensek nem képesek lebontani a clopidogrel hatóanyagot, és ez halálos veszélyt jelenthet rájuk nézve. A molekuláris-biológus professzor szerint az FDA jelenleg 120 engedélyezett gyógyszernél írja elő, hogy a felhasználói tájékoztató utaljon a genetikai teszt lehetőségére, és ajánlja annak elvégzését.
A génterápia volt a HGP talán leglátványosabb ígérete: lehetőség arra, hogy a genetikai eredetű betegségek gyógyíthatóak lesznek azzal, hogy a beteg szervezetébe működőképesen bevisszük a mutáció által elrontott gén egészséges változatát. Noha világszerte hihetetlenül sok pénzt fordítottak és komoly erőfeszítést tettek e cél elérésére, a nagy áttörés elmaradt. Venetianer Pál szerint azt feltétlenül meg kell említeni, hogy alapkutatási szinten történt a géntechnológia terén egy forradalmi változás. Kialakultak olyan technikák, amelyekkel elő lehet idézni irányított mutációkat élő sejtekben, továbbá egyes gének működésének gátlását, illetve fokozását. E technikákat még nem alkalmazzák az emberi klinikumban, de szövettenyészetekben már igen, tehát előbb-utóbb sor kerül majd a terápiás alkalmazásra is.
A Humán Genom Program számos meglepetéssel szolgált. Ezek egyike, hogy a genom mintegy felét az „ugráló gének”, azaz a „transzpozonok” kategóriájába tartozó genetikai elemek foglalják el. A transzpozonok többnyire semmi mást nem kódolnak, mint azt az enzimet, amely az „ugrás”-hoz szükséges (olykor azt sem, ilyenkor más transzpozon által kódolt enzimet használnak fel a helyváltoztatásra). Érdekes módon, az emberi genomban lévő milliónyi transzpozon nagy többsége a helyváltoztató képességét is elvesztette, csak azért nevezzük mégis transzpozonnak őket, mert szerkezetük többé-kevésbé azonos a más élőlényekből is ismert és ott aktív, azaz helyváltoztatásra képes DNS-szakaszokkal. Egy kisebb hányaduk azonban ma is aktív.
A transzpozonokról sokáig azt gondolták, hogy egyszerűen hulladék DNS-ek, ám ma már ismert, hogy nagy szerepet játszanak a genetikai információk közvetítésében, terjesztésében. Ezek kutatásában meghatározó szerepük van a magyar kutatóknak. Az 1990-es évek végén Izsvák Zsuzsanna és Ivics Zoltán életre keltett egy közel húszmillió éven keresztül inaktív állapotban lévő, halból származó transzpozont. Az erről 1997-ben publikált cikkük a genetika világszenzációja lett. A magyar kutatók hosszú nyugalmi (alvó) időszaka és laboratóriumi „felébresztése” miatt Csipkerózsikának nevezték el ezt a DNS-darabot. A kutatók az elmúlt években több kísérletsorozatot is végeztek Csipkerózsikával. Segítségével már számos gént sikerült beültetni gerinces állatok sejtjeibe, ám a módszer eddig csak korlátozottan volt használható. A kétezres évek közepén érték el, hogy az „ugráló” gén genetikai beépítő képessége százszorosára nőtt. A hiperaktív Csipkerózsika génről 2009 májusában jelent meg a magyar kutatók közleménye a Nature Geneticsben, abban az évben Csipkerózsikának ítélték az év molekulája díjat.
A magyar kutatók a Csipkerózsika transzpozonnal kapcsolatos kezdeti kutatásaikat Minnesotában végezték, mivel a szabadalmi jogok felett az amerikai intézmény rendelkezik. Idén januárban jelentették be, hogy a kutatóhely eladta a szabadalmi jogot egy texasi kutatóhelynek és más biotechnológiai cégeknek, amelyek terápiás célokra szeretnék használni Csipkerózsikát. Céljuk, hogy rákos betegek véréből kinyert T-limfocitákba egy olyan gént ültessenek be, amely módosítja a T-limfocitákat úgy, hogy azok felismerik és elpusztítják a rákos sejteket. A texasiak a Csipkerózsika transzpozonnal érik el ezt az eredményt. A kutatás már kilépett a laboratóriumi keretek közül. Ivics Zoltán tájékoztatása szerint B-sejtes limfómában szenvedő betegeket klinikai körülmények között kezelnek. Ha beválik, hihetetlen távlatokat nyithat a gyógyításban.
Magazinunk is beszámolt arról, hogy a 2012-es orvosi-élettani Nobel-díjat John B. Gurdon brit és Shinya Yamanaka japán kutató kapta, felnőtt sejtek embrionális sejtekké való „visszaprogramozásáért”. A két tudós kutatásai során derült ki, hogy az érett, egy bizonyos tevékenységre már szakosodott (specializált) sejtek módosíthatók oly módon, hogy ismét az embrionális (pluripotens) állapothoz hasonló állapotba kerüljenek. Ezeket a sejteket ezért indukált pluripotens őssejteknek (iPS-sejteknek) nevezik. A pluripotens őssejtekből bármilyen emberi sejtféleséget – szívizomsejteket, idegsejteket stb. – „előállítva”, egy-egy molekula hatékonysága ezeken tesztelhető, illetve sejtterápia révén az ily módon előállított sejtek a gyógyászat számos területén (például szívinfarktus esetén) hozhatnak áttörést a közeljövőben.
Ivics Zoltán és Sarkadi Balázs őssejtkutató közösen kifejlesztett módszerrel, Csipkerózsika transzpozonok segítségével alakítottak ki bőrsejtekből indukált pluripotens őssejteket. Az eljárás hatékony és egyszerű. Ez a terület igazi „forró téma” (hot spot) a modern gyógyászatban. A közelmúltban jelentették be, hogy Japánban egy testi sejt visszaprogramozásával létrehozott őssejt segítségével kezeltek egy beteget, aki időskori vakságot okozó makuláris degenerációban szenved. A páciens bőrsejtjeiből őssejteket hoztak létre, majd abból retinasejtet készítettek, amit beültettek a beteg szemébe. Ez a legelső iPS sejteken alapuló klinikai kipróbálás az egész világon, mely egyelőre az eljárás biztonságosságát vizsgálja. Amennyiben ez a forradalmian új eljárás biztonságosnak bizonyul, beindulhatnak majd azok az izgalmas klinikai kísérletek, melyek már azt fogják majd célul kitűzni, hogy a betegek visszanyerjék a látásukat.
A genetika terén az öröklődést szabályozó úgynevezett mendeli törvények jelentik több mint száz éve az alapokat. 2014 elején azonban magyar és francia kutatók olyan eredményt publikáltak a Nature Geneticsben, amely a fundamentumok újabb kiegészítését teszi szükségessé. A szenzációs felfedezés egy fehérjevizeléssel járó, súlyos esetben dialízist szükségessé tevő betegség genetikai vizsgálatán alapul. Az általánosan elfogadott nézet szerint a sűrűn előforduló genetikai rendellenességek (polimorfizmusok) ritka mendeli betegséget nem okoznak. Ez általában igaz is, kivételek azonban vannak. Erre talált új magyarázatot két hazai kutatócsoport (a Semmelweis Egyetem, I. Sz. Gyermekklinikán működő Tulassay Tivadar által vezetett MTA–SE Gyermekgyógyászati és Nephrológiai Kutatócsoport, valamint a Perczel András által irányított MTA–ELTE Fehérjemodellező Kutatócsoport), illetve a párizsi INSERM U983 laboratórium. Tory Kálmán gyermekgyógyász egy olyan genetikai polimorfizmust figyelt meg, amely a másik szülőtől örökölt mutáció függvényében okoz vagy nem okoz betegséget. Arra derült fény, hogy ugyanaz a génváltozat domináns, illetve recesszív (lappangó) is lehet aszerint, hogy milyen mutációval társul a másik szülőtől örökölt génváltozaton. A kutatók úttörő felismerése a gének kevert (domináns és recesszív) viselkedésének igazolása. Az új eredmény forradalmian megváltoztathatja a humán genetikában a polimorfizmusok betegségokozó képességének megítélését. Az újonnan feltárt öröklésmenet alapján ugyanis más gyakori polimorfizmusok is felelősek lehetnek egyetlen gén hibájára visszavezethető betegség megjelenéséért, ha „megfelelő” mutációval társulnak.
A klinikai megfigyeléseket sikerrel igazolták a francia kutatólaborban sejtszinten is a vizsgált gén által kódolt fehérje (podocin) sejten belüli helyzetének vizsgálatával. Kimutatták, hogy amennyiben a vizsgált polimorfizmus bizonyos mutációkkal társul, úgy a podocin nem jut ki rendeltetési helyére, a sejtmembránba, és ez okozza a vese szűrő funkciójának sérülését, azaz a betegség lényegét adó fehérjeürítést. Más esetekben viszont az említett ritka mutációk hiányában kijut a sejtmembránba, és nem vezet betegséghez. A szerzők szerint a munka kiemelkedő értéke a mendeli szabályok kiszélesítése mellett az, hogy a gyakorló gyermekgyógyász betegágy mellett tett megfigyeléseiből kiindulva előbb a fehérje sejten belüli lokalizációjáig, majd annak térszerkezeti tulajdonságáig finomították a „képet”.
„Az akkori eredmények rögtön átkerültek a genetikai tanácsadás gyakorlatába, hiszen ez a megfigyelés jelentősen megváltoztatta a podocint kódoló génben mutációt hordozó személyek gyermekvállalása esetén a születendő gyermek betegségének rizikóját. Bár a felismerés abba is segít bepillantást nyerni, hogy miért lesz bizonyos mutációpárok esetén beteg az ember, terápiás konzekvenciája jelenleg nincs” – tájékoztatta magazinunkat a publikálás óta eltelt egy év eredményeiről Tory Kálmán, a Semmelweis Egyetem I. Sz. Gyermekklinikájának orvosa, a cikk első szerzője. A vizsgálatokat eddig Franciaországban végző szakember idén januárban végleg hazatért. A kutatások természetesen folytatódnak Franciaországban – és reményei szerint itthon is.
Alulról szerveződő kezdeményezésként hozták létre a Genomikai Nemzeti Technológiai Platformot (GNTP), amelynek létét egy EU-s pályázat alapozta meg. Magát a platformot és annak működését a Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal anyagilag támogatta egy pályázat keretében. A Debreceni Egyetem által irányított kezdeményezés próbálta átfogni a genomika terén a teljes hazai akadémiai és ipari szférát. Nem érte el célját, mert nem kerültek be az ajánlásai szakpolitikai és tudománypolitikai javaslatokba, koncepciókba. (Nem a szervezőkön múlott a dolog.) A koncepció kidolgozását azonban folytatták a Nemzeti Kutatási Infrastruktúra Felmérés és Útiterv (NEKIFUT) néven ismert kezdeményezésben, bár egy lényegesen szűkebb fókusszal, kizárólag az infrastruktúrára koncentrálva. A platformot vezető Nagy László, a Debreceni Tudományegyetem Általános Orvostudományi Karának professzora szerint szinte minden országban, ahol felismerték a genomika jövőbeni gazdasági és társadalmi jelentőségét, elsőként a genomikai infrastruktúrát fejlesztették hálózatos formában. Annak ellenére, hogy a genomika térhódítása szerte a világban rohamos, hazánk nem rendelkezik az ilyen jellegű kutatások célzott támogatását és gyakorlati alkalmazásának előmozdítását szolgáló stratégiával. Ebből következik, hogy a genomikai infrastruktúra kialakulása, szerveződése és fejlődése koordinálatlan. Ez önmagában nem lenne gond, ha itthonról is indulnának kezdeményezések, amelyekhez külföldi csoportok is csatlakozhatnának. Ilyenek azonban Nagy László szerint eddig nem születtek. Másutt igen.
Egymillió amerikai genetikai vizsgálatát kezdeményezte Barack Obama a „precíziós gyógyászat” előmozdítása érdekében, ami nálunk személyre szabott orvoslásként terjedt el a közbeszédben. Erre a célra az amerikai elnök 215 millió dollárt kért a Kongresszustól a 2016-os pénzügyi évre. A precíziós gyógyászat a betegségeket, köztük a rákot, az egyéni genetikai felépítés alapján kifejlesztendő gyógyszerekkel kezelné. A férfi és női, beteg és egészséges, idős és fiatal önkéntesektől származó genetikai állományt – a terv egymillió amerikai génállományának meghatározásáról szól – abból a szempontból fogják tanulmányozni, hogy a genetikai változatok milyen módon befolyásolják az egészséget és a betegségeket. A kutatások az elnök szerint „életmentő felfedezések egy új korszakának alapjait fektetik le”. Nálunk ezer ember génkészletét szeretnék meghatározni a Semmelweis Egyetem most beszerzett 250 millió forintos eszközével. A budapesti orvostudományi egyetemen beüzemelt genomszekvenálót azonban „etetni” kell, azaz nem elegendő az eszköz, a működtetésére is kell pénz. Az adatokat fel is kell dolgozni, ehhez megfelelő bioinformatikai infrastruktúra és szakembergárda szükséges. Ezt pályázati pénzből oldaná meg az egyetem.
Nagy László úgy véli, hogy a genomikai stratégiának olyan alapvető célt is kell szolgálnia, mint annak megismerése, hogy magyar lakosság körében előforduló betegségeknek mi a genetikai hátterük. Ezt az elemezést ugyanis csak mi magyarok végezhetjük el, ezt nem várhatjuk el sem a németektől, sem az amerikaiaktól. Az ő vizsgálati eredményeik saját populációjukra érvényes, az ő eredményeik nem adaptálhatók a mi viszonyainkra. Például azért nem, mert a magyar génkészlet jelentős mértékben különbözik a máshol élőkétől, és a környezeti – például táplálkozási – hatások is mások. A debreceni akadémikus szerint erre a munkára is pénzt kellene biztosítania a magyar kormánynak. Nem vitatja a nemzeti agykutatási program (NAP) jelentőségét, de az előbb említett feladatra is áldozna.
Előrelépés ellenben, hogy hazánk végre megfigyelő tag lett a European Molecular Biology Laboratoryban (EMBL), a legnagyobb európai élő természettudományos kutatási szervezetben. Az EMBL Európában rendelkezik azzal a potenciállal, amely platformot biztosít az innovációra és a műszaki fejlesztésre. Az EMBL kutatási programokat irányít, technológiatranszfert biztosít, folyamatos továbbképzéseket nyújt, és a szakértelem, tapasztalat egyfajta elit európai csatornájának is tekinthető. Az ezekhez csatlakozás előnye messze túlmutat a mérési lehetőséghez való közvetlen hozzáférésen. Nagy László szerint innen már csak egy lépés a teljes jogú tagság, a szakma évtizedes vágya.
Az utóbbi évek paradigmaváltásának következményeként (az MTA által is deklaráltan) a magyar molekuláris biológiai kutatásokban egyre inkább a genomika a legfőbb hajtóerő. Ez azért van, mert a genomika által válik lehetővé az élő szervezetek teljes körű analízise és rendszerszintű vizsgálata. Amennyiben ezt nem hátráltatja a bioinformatikai infrastruktúra hiánya – az eszközöket három-négy évente meg kell újítani –, a honi genomikai kutatások már a közeljövőben is jelentős eredményeket hozhatnak az orvostudományban, a mezőgazdasági biotechnológiában, a mikrobiológiában és az ezekhez kapcsolódó alapkutatásokban is. Nagy László szerint – ahogy azt három évvel ezelőtt is javasolta magazinunkban – a fejlődés érdekében egyebek között szükség lenne egy magyar bioinformatikai intézet vagy központ létrehozására. Most sem késő ennek megalapítása, mert óriási perspektívát lát ezen a téren, kitörési lehetőséget a magyar tudomány számára. „A lelkesedés nem szűnt meg, de a hazai genomika fejlődése nem optimális. Több forrással és átgondolt stratégiával sokkal előrébb tartanánk.”•