Újabb gigaprojektbe kezd az emberiség

Genetikai állományunk 3 milliárd betűből álló nagykönyve már több éve a kezünkben van, és 21 ezer értelmes mondatot már ismerünk belőle. Ezek a gének, amelyek a fehérjéket kódolják - a fehérjéket, amelyek minden életfolyamatot irányítanak. A cél most a teljes fehérjeállomány megismerése, ami a genom megismerésénél is nagyobb kihívást jelent, de ami ma még elképzelhetetlen távlatokat nyit az orvostudomány előtt, új gyógyszerek célpontjainak sokságát jelölve ki.

Az előző évtized óriási teljesítményeként meghatározták az ember DNS-állományának elsődleges szerkezetét, vagyis a DNS-láncok úgynevezett bázissorrendjét (vagyis a genetikai állomány, a genom 3 milliárd bázisból álló szekvenciáját). Ebben az évtizedben még nagyobb fába vágják a fejszéjüket a kutatók, amely a humán genom projekt egyenes folytatása lesz. A cél az emberi szervezetben megtalálható összes fehérje és a köztük lévő kapcsolatrendszerek feltérképezése.

Az élő szervezetekben minden folyamatot közvetlenül vagy közvetett módon fehérjék irányítanak. Bár rengeteg fehérje és ezek funkciója is ismert, a teljes humán fehérjeállomány (proteom) nagy része még feltárásra vár. A számos kutatótársaság együttműködésével zajló nemzetközi munkát a Human Proteome Organisation (HUPO) nevű szervezet irányítja.

Bonyolult fehérjehelyzet

A DNS-állomány kromoszómák formájában a sejtmagban van összecsomagolva. Az ember fehérjéinek szintézise a DNS-ben tárolt genetikai információk alapján történik. A DNS-molekulák fehérjéket kódoló szakaszai a gének. Az emberi genom első elemzésének egyik legnagyobb meglepetése volt, hogy a korábban feltételezett több mint 100 ezer gén helyett csak körülbelül 30 ezret találtak, és ez a szám a későbbi pontosításokkal tovább csökkent: manapság mintegy 21 ezer gén jelenlétét feltételezik. Így a DNS-állománynak alig pár százaléka számít kódoló szekvenciának! (Az utóbbi időszak egyik legérdekesebb kutatási területe a "maradék", a korábban "hulladék DNS-nek nevezett, fehérjét nem kódoló állomány funkciójának feltárása - a szerk.)

Ez azonban nem jelenti azt, hogy "csupán" 21 ezer fehérje található az emberi szervezetben, ugyanis egy gén több fehérjét is kódolhat. Egy elkészült fehérje pedig számos, az adott sejttípusra jellemző módosuláson esik át (például cukorláncok kapcsolódnak hozzá a fehérjék részegységeihez, az aminosavakhoz), így a ténylegesen létező fehérjék száma sokszorosa a gének számának, ami igen megnehezíti feltérképezésüket.

A helyzetet tovább bonyolítja, hogy az emberi szervezetben megtalálható több mint 200 féle sejttípus mindegyike más ún. fehérjeprofillal rendelkezik: bizonyos fehérjék nagy, míg mások csak alig kimutatható mennyiségben termelődnek, a sejt működésétől függően. Ezért és egyéb okok miatt valószínű, hogy a HUPO megvalósítása több időt vesz majd igénybe, mind a genom feltérképezése.

Új gyógyszercélpontok sokasága

Potenciális gyógyszercélpontok

E rengeteg munkát, együttműködést és pénzt igénylő program jelentősége óriási. Az orvostudomány napjainkban nagy változáson megy keresztül. A genomika (a genetikai állománnyal foglalkozó tudomány) és a proteomika (a fehérjékkel foglalkozó tudomány) fejlődésének köszönhetően a szakemberek egyre többet tudnak a betegségek kialakulási mechanizmusairól. Egy-egy kórképet a korábban használatos patológiai jegyek helyett egyre inkább a betegségben érintett sejtek genetikai változásaival és az általuk termelt fehérjék minőségi vagy mennyiségi változásaival jellemeznek. Azért is szükség van erre az új osztályozási formára, mert az így születő eredmények a jövő gyógyszereinek molekuláris támadáspontjait jelölik ki. Bár már most is ismernek több ilyen célpontot (célzott terápiás szerek támadáspontjai, főleg daganatos betegségekben), a proteom feltérképezése óriási előrelépést jelentene ebből a szempontból.

A távolabbi jövő pedig az, hogy az orvosok minden egyes beteg esetében meghatározhassák a betegség molekuláris jellemzőit, és ennek alapján kiválaszthassák a legcélravezetőbb és leghatékonyabb gyógyszerkombinációt (személyre szabott terápia).

Három kutatási irány

A munka kezdeti szakaszában egy adott génhez először csak egyféle fehérjeterméket próbálnak hozzárendelni, hogy a kísérletek során nyert adatok áttekinthetőbbek és kezelhetőbbek legyenek. A kutatások három alapvető úton haladnak majd. A fehérjék analízisében és elkülönítésében ma a legkorszerűbb módszernek az ún. tömegspektrometria számít. (A tömegspektrometria lényege az, hogy a kezdeti lépésként ionizált molekulák tömegüktől függően más és más pályát futnak be egy elektromos térben.) A korszerű készülékek már nagyon kis különbségeket is képesek detektálni. A kísérletek másik csoportjában a kutatók ellenanyagokat fognak előállítani az azonosított fehérjékkel szemben, melyek segítségével az adott protein sejten belüli előfordulása meghatározható. A vizsgálatok harmadik ága a fehérjék egymás közötti kapcsolatrendszerét igyekszik majd feltárni. A hatalmas mennyiségű adattömeg feldolgozása - a genomikai elemzésekhez hasonlóan - itt is szuperszámítógépeket és óriási bioinformatikai hátteret igényel.

Megközelítési vita

Az első nagy cél a legkisebb emberi kromoszóma (a 21-es) által kódolt fehérjék átfogó analízise, de a jelenlegi becslések szerint ez is eltarthat akár egy évtizedig is. Utána következne sorban a többi, persze remélhetőleg felgyorsult tempóban, a korábbi tapasztalatok alapján és a közben megjelenő új módszerekkel, eszközökkel.

A szakemberek egy része egyébként logikusabbnak megközelítésnek tartaná egy-egy sejtalkotó (például a sejtmembrán, mitokondrium stb.) fehérjéinek feltérképezését. Szerintük így már a kísérletek kezdetén is sikerülne olyan információkat nyerni az adott sejtalkotóban lejátszódó folyamatokról, melyet az orvostudomány hasznosíthatna. Az előző esetben viszont meg kell várni, míg az összes kromoszóma vizsgálata megtörténik, azután lehet összeállítani a rengeteg elemből a gigantikus képet.

A HUPO előtt is történtek kísérletek olyan proteomikai vizsgálatokra, melyek egy-egy szerv (például máj, agy vagy vérplazma) fehérjekészletét próbálták elemezni, azonban a különböző laboratóriumok egymástól eltérő eredményeket kaptak ugyanolyan minta vizsgálatakor. Nagyon fontos tehát az egységes mérési módszer, hogy a kapott eredmények összehasonlíthatók legyenek a különböző munkacsoportok között. A megfelelő eszközháttér mellett a program másik sarkalatos pontja a világ különböző helyein működő laboratóriumok munkájának összehangolása.

A HUPO vizsgálatai óriási anyagi és személyi erőforrásokat igényelnek, de a kutatók döntő többsége szerint a feláldozott pénz és munka eredményeként ma még elképzelhetetlen távlatok fognak megnyílni az orvostudomány előtt.

Proteomika a növénykutatásban

A növénygenetikai vizsgálatok egyik legnépszerűbb alanya a lúdfű (Arabidopsis thaliana), melynek genetikai állományát már korábban feltérképezték, mostanra pedig az általa termelt fehérjék jelentős hányadát is sikerült azonosítani a kutatóknak. A vizsgálatokat a növény több szervéből (gyökér, levél, rügy, virág) vett mintákon és fejlődési alakjában is elvégezték, és végül 13 000 proteint azonosítottak. A kutatók becslése szerint ez a növény proteomjának körülbelül a fele lehet. Korábban is sokféle fehérjét vizsgáltak a lúdfűben, de jellemzően mindig csak egy-egy struktúráét (például a cukrot előállító zöld színtestét).

Bár egyéb növények (például rizs, papaya) gén- és fehérjekészleteit is igyekeznek feltérképezni, a legtöbb információ eddig a lúdfűről halmozódott fel. Mint említettük, ismert a genetikai állománya, azaz a genomja; feltárták a növény élete során megfigyelhető úgynevezett epigenetikai változásokat (például a DNS metilálódása, ezáltal az adott szakasz inaktiválódása), tehát ismert az epigenom is; meghatározták a DNS-ről szintetizálódott RNS-molekulák készletét, ez a transzkriptom (a transzkripció, átírás szóból); most pedig a proteom jelentős részét is sikerült megismerni.

A növénykutatások során a kutatók rengeteg olyan ismeretet halmoznak fel, melyek a genetika, genomika és proteomika általános alapszabályainak, törvényszerűségeinek megismeréséhez nyújtanak segítséget, így alkalmazhatók az ember és az állatok esetében is.