Archive for Maj, 2012

DZIEDZICZENIE MITOCHONDRIALNE

Mitochondriato wewnątrzkomórkowe narządy (tak zwane organelle), w których jest wytwarzana energia – są to siłownie energetyczne komórki. Mitochondria mają własny DNA, w którym jest zakodowana większość ich białek. W trakcie zapłodnienia mitochondria przedosta­ją się do zarodka wyłącznie z jajeczka. Dlatego DNA mitochondrialny pochodzi wyłącznie od matki i nigdy nie jest dziedziczony po ojcu. Choroby mitochodrialne występują niezmiernie rzadko – należy do nich jeden typ cukrzycy, jeden z wielu typów głuchoty, rzad­kie choroby mięśni (miopatie) oraz kilka rzadkich rodzajów padaczki.

DZIEDZICZENIE WIELOCZYNNIKOWE

Większość chorób o podłożu genetycznym jest wypadkową wielu różnych czynników zarówno genetycznych, jak i niegenetycznych. Choroba jest wynikiem predyspozycji genetycznej, często uwarunko­wanej wieloma genami, oraz czynników środowiskowych. Mimo iż w rodzinie możemy znaleźć krewnych obarczonych daną chorobą lub cechą, ich rozmieszczenie w pokoleniach i gałęziach drzewa nie pasu­je do żadnego modelu dziedziczenia według zasad Mendla – ani recesywnego, ani dominującego, ani sprzężonego z płcią.

Jeżeli mamy do czynienia z cechą dziedziczoną wieloczynnikowo, ryzyko jej ponownego wystąpienia w rodzinie jest bardzo małe (poni­żej 5%). Ryzyko to zależy od częstości wystąpienia chorób w popula­cji. Zmniejsza się, im dalsze pokrewieństwo (czyli im wyższy stopień pokrewieństwa) łączy nas z osobą chorą, a zwiększa się, im wyższa w rodzinie liczba krewnych z daną chorobą. W przypadku chorób wy­stępujących częściej u osób jednej płci zależy ono także od płci osoby chorej.

Podstawą profilaktyki i leczenia chorób dziedziczonych wieloczynnikowo u dorosłych są zmiany środowiskowe (jak rzucenie palenia, zmiany w diecie), które zmniejszają wpływ czynników pozagenetycznych. Bo tych genetycznych oczywiście nie możemy zmienić.

Do schorzeń dziedziczonych wieloczynnikowo należą większość anatomicznych wad wrodzonych (na przykład rozszczepienie wargi lub podniebienia, anatomiczne wady serca), choroby nowotworowe, cho­roba wieńcowa i cukrzyca. Chorobom tym są poświęcone osobne roz­działy.

Predyspozycję do chorób wieloczynnikowych i oddziaływanie śro­dowiska na nią można zobrazować następująco: wyobraźmy sobie człowieka, który urodził się i żył przez lata w kraju pustynnym. Gdy w wieku dojrzałym przyjechał do Polski, po raz pierwszy w życiu do­stał kataru siennego – wiosną kapie mu z nosa, łzawi, ma zatkane zato­ki. Przyczyną jest alergia na pyłki trawy. W jego ojczyźnie trawa nie ro­śnie albo rosną jej inne odmiany, dlatego choroba nie ujawniła się wcze­śniej, choć geny podatności na katar sienny obecne były od urodzenia. Dopiero zmiana środowiska spowodowała, że jego skłonność do aler­gii wyszła na jaw. Wiele wad wrodzonych i chorób wieku dorosłego ujawnia się w podobny sposób.

W przypadku wad wrodzonych oddziaływanie środowiskowe może przyjąć formę złego odżywiania się, choroby matki podczas ciąży, dzia­łania toksyn środowiskowych, złej higieny pracy czy też lekarstw po­wodujących uszkodzenie płodu. Jednym z bardzo dobrze udokumen­towanych przykładów współdziałania genetycznej predyspozycji i ele­mentów środowiskowych są wady rozwojowe centralnego systemu nerwowego. W tym wypadku brak kwasu foliowego w diecie matki przed zajściem w ciążę oraz w pierwszych miesiącach ciąży lub zabu­rzenia metabolizmu kwasu foliowego w organizmie matki mogą przy­czynić się do powstania rozszczepienia cewy nerwowej, które powo­duje bezgłowie lub przepukliny rdzeniowe. W ten sposób genetyczna predyspozycja płodu do rozwoju wad układu nerwowego ujawnia się, gdy dochodzi do niedoboru kwasu foliowego.

W wypadku chorób wieku dojrzałego najbardziej szkodliwym czyn­nikiem środowiskowym jest palenie tytoniu. Nawet nieodpowiednia dieta, pełna tłuszczów i cukru nie wywołuje takiego zniszczenia, nie atakuje tak wielu narządów, nie powoduje zaburzeń w tylu procesach fizjologicznych w organizmie jak palenie papierosów. Palenie papiero­sów przyczynia się nie tylko do rozwoju choroby wieńcowej, chorób krążenia, przewlekłych chorób płuc, rozedmy, lecz także raka płuc, je­lita grubego, piersi i pęcherza moczowego.

DZIEDZICZENIE CECH SPRZĘŻONYCH Z PŁCIĄ

Niektóre choroby dziedziczne występują wyłącznie u chłopców. Jest to dziedziczenie sprzężone z płcią męską. Zjawisko to wiąże się z me­chanizmem dziedziczenia chromosomów płciowych: u dziewcząt wy­stępuje para chromosomów X, natomiast chłopcy posiada­ją jeden chromosom X i jeden chromosom Y. Jeżeli w chro­mosomie X znajduje się chorobowy gen recesywny, to u dziewcząt nor­malnie funkcjonujący gen w drugim chromosomie X może go negować, natomiast u chłopców jest to niemożliwe, bo nie występuje u nich druga kopia chromosomu X. Dlatego kobiety, nosicielki chorób sprzężo­nych z chromosomem X, są z reguły zdrowe, bo zdrowy gen w drugim chromosomie zapobiega chorobie. Natomiast prawdopodobieństwo, że ich synowie odziedziczą chromosom X ze zmutowanym genem i bę­dą dotknięci chorobą sprzężoną z płcią wynosi 50% (1:2).

Czasami choroba sprzężona z płcią pojawia się jako nowa mutacja – w rodzinie nie ma żadnych przypadków choroby w poprzednich poko­leniach. Powstanie nowej mutacji może nastąpić albo podczas tworze­nia się zarodka kobiety nosicielki, albo dopiero podczas tworzenia się zarodka chłopca. Znaczy to, że nie wszystkie matki chłopców chorych na chorobę sprzężoną z płcią muszą być jej nosicielkami. Jeżeli mamy do czynienia z nową mutacją, która wystąpiła wyłącznie podczas two­rzenia się zarodka chorego chłopca, a matka nie jest nosicielką choro­by, ryzyko, że kobieta ta będzie miała jeszcze jednego syna dotkniętego tą samą chorobą, jest bardzo małe. Dlatego w każdej sy­tuacji wystąpienia choroby sprzężonej z płcią, gdy nie mamy do czynienia z przypadkami choroby w poprzednich pokoleniach, są wskazane badania matki pod tym kątem.

Do chorób recesywnych sprzężonych z płcią należy hemofilia (czyli krwawiączka, znana choroba rodów królewskich, na którą zapadł mię­dzy innymi carewicz Aleksander, odziedziczywszy ją po swojej prabab­ce, angielskiej królowej Wiktorii), jeden z rodzajów daltonizmu, zespół łamliwego chromosomu X oraz dystrofia mięśniowa Duchenne’a (patrz rozdziały poświęcone tym chorobom).

Bardzo rzadko choroby sprzężone z chromosomem X mają charak­ter dominujący. Na dominujące choroby sprzężone z chromosomem X chorują zarówno kobiety, jak i mężczyźni, lecz choroba ma o wiele cięższy przebieg u płci męskiej. Może nawet powodować samoistne poronienie albo śmierć noworodków płci męskiej. Do chorób dominu­jących sprzężonych z chromosomem X należą bardzo rzadkie zabu­rzenia metabolizmu, rzadkie dysplazje szkieletu oraz zespół Retta.

DRUGA BARDZO TRAGICZNA HISTORIA

W 1997 roku do mojej przychodni prenatalnej zgłosiło się na konsultację małżeństwo li., które wcześniej straciło troje dzieci. W 1978 roku urodził im się chłopiec, a w 1982 roku dziewczynka, u których w ciągu godziny po porodzie wystąpiły poważne zaburzenia oddychania. Dzieci te zmarły po przewlekłej chorobie. W1985 roku urodził się zdrowy syn. W1988 roku po po­dobnej chorobie zmarła następna córeczka. Małżonkowie byli kuzynami i choć małżeństwa kuzy­nów na ogół nie wiążą się z podwyższonym ryzykiem wystąpienia chorób genetycznych, to w tym wypadku wzięłam ten fakt pod uwagę. Niestety, po konsultacji mogłam stwierdzić tylko, że praw­dopodobnie mamy do czynienia z chorobą dziedziczoną recesywnie i że zachodzi wysokie (25%) ry­zyko powtórnego wystąpienia choroby. Kobieta była zdrowa, w czwartym miesiącu ciąży, płód roz­wijał się prawidłowo.

Dziewczynka, która urodziła się parę miesięcy po moich badaniach, także zachorowała w ciągu pierwszej godziny życia i zmarła po 2 dniach. Ale wtedy już wiedzieliśmy o wiele więcej o chorobach płuc uwarunkowanych genetycznie i szybko postawiliśmy diagnozę wrodzonego braku jednego z peptydów (tak zwanego peptydu B) surfaktantu, który wyścieła wnętrze płuc i jest bezwzględnie po­trzebny do normalnego oddychania. Ustalenie choroby było możliwe dzięki obserwacji i badaniu dziecka po porodzie. Znaleźliśmy dwie identyczne kopie mutacji genu peptydu B u dziewczynki oraz po jednej kopii u obojga rodziców, którzy byli nosicielami tej choroby. Okazało się, że istnieje także możliwość diagnozy prenatalnej za pomocą genetycznych badań molekularnych. Lecz rodzice nie by­li pewni, czy chcą jeszcze raz przez to wszystko przejść.

W 2000 roku matka ponownie zaszła w ciążę. Molekularne badania prenatalne peptydu SPB wyka­zały, że dziecko będzie zdrowe; ponieważ matka była już po czterdziestce, wykonaliśmy także bada­nia chromosomowe, które wykazały, że małe nie ma zespołu Downa. Chłopczyk urodził się zdrowy, lecz szczęście trwało krótko. Już w pierwszym półroczu nastąpiły nie­pokojące objawy: ciągle płakał, nie rozwijał się w normalnym tempie, wydawało się, że nie widzi i nie słyszy. Specjalnie przerwałam urlop macierzyński, aby go zbadać. Moje badanie kliniczne stwierdzi­ło zaburzenia neurologiczne, a badania biochemiczne i genetyczne wykazały, że jest chory na postę­pującą chorobę neurologiczną – zespół Krabbego. Jest to jedna z chorób spichrzeniowych, która po­woduje przewlekłe i postępujące zmiany w układzie nerwowym (niedorozwój umysłowy, osłabienie mięśni, porażenia, epilepsję, głuchotę oraz ślepotę) i prowadzi do śmierci w ciągu 4-5 lat. W ten okropny sposób małżonkowie dowiedzieli się, że są nosicielami dwóch śmiertelnych, zupełnie niezwiązanych ze sobą chorób recesywnych (jedna jest zakodowana w chromosomie 14, a druga w chromosomie 2).

DZIEDZICZENIE CECH RECESYWNYCH

Cechami recesywnymi nazywamy te, które ujawniają się wyłącznie wtedy, gdy organizm posiada dwie kopie zmutowanego genu (czyli wtedy, gdy nie występuje normalna kopia genu). W wypadku cech recesywnych prawidłowa wersja genu zapobiega efektom genu chorobo­wego; innymi słowy, jedna kopia zdrowego genu wystarczy, aby orga­nizm był zdrowy. Osoba cierpiąca na chorobę recesywną dziedziczy jedną kopię zmutowanego genu od matki, a drugą od ojca – oboje ro­dzice są nosicielami choroby. Ponieważ istnieje wiele możliwości ?po­psucia się” genu, rodzice nie muszą być nosicielami identycznej muta­cji, wystarczy, że zepsuty jest ten sam gen. Nosiciele choroby (zwani także heterozygotami) mają jeden gen niezmieniony i jeden zmieniony, ale sami na tę chorobę nie chorują. Choroby dziedziczone recesywnie należą do ciężkich, często śmiertelnych; występują jednak bardzo rzad­ko. Należą do nich między innymi mukowiscydoza, fenyloketonuria oraz zespół Hurlera.

Ponieważ z każdej pary genów rodzica tylko jeden jest przekazy­wany potomstwu, każde dziecko nosiciela ma równe szanse na odzie­dziczenie zarówno genu powodującego chorobę, jak i genu zdrowe­go. Dlatego dla pary nosicieli ryzyko poczęcia dziecka chorego na cho­robę recesywną wynosi 1:4 (25%) (patrz il. 7), niezależnie od tego, czy poprzednie dziecko było chore, czy nie. Ryzyko, że dziecko, po­dobnie jak rodzice, będzie nosicielem, wynosi 1:2 (50%) przy każdej ciąży, natomiast szansa, że odziedziczy dwa prawidłowe geny wynosi 1:4 (25%).

Każdy człowiek ma w swoich komórkach około trzydziestu tysięcy par genów, z czego od dziesięciu do piętnastu genów jest poważnie uszkodzonych w wyniku nieuchronnych mutacji. Geny te potencjalnie mogą spowodować chorobę recesywną, ale tylko wówczas, gdy współmałżonek jest nosicielem uszkodzenia tego samego genu. Jedyną różnicą między osobami, które mają dziecko chore na chorobę rece­sywną, a resztą z nas jest to, że one już znają jeden ze zmutowanych genów, którego są nosicielami. Większość z nas – na szczęście – nigdy o żadnym z nich się nie dowie.

Niektóre choroby recesywne występują częściej w pewnych rejo­nach geograficznych lub wśród członków pewnych grup etnicznych lub ras. Czasami jest to wynik naturalnej selekcji (na przykład hemoglobinopatie występujące wśród ras pochodzących z równikowej Afryki) lub wynik pochodzenia od tych samych przodków (na przykład rzadkie choroby metaboliczne występujące wśród Kanadyjczyków pochodze­nia francuskiego mieszkających w okolicach jeziora Saint Jean w pro­wincji Quebec). Jeżeli mamy do czynienia z chorobą recesywną u dzie­ci spokrewnionych rodziców, to natknęliśmy się prawdopodobnie na tę samą mutację odziedziczoną po wspólnym przodku.

 

PIERWSZA BARDZO TRAGICZNA HISTORIA

Do naszej przychodni prenatalnej zgłosiła się kobieta, która poprzednio urodziła dziecko z zespołem Cornelii de Lange. Jej córeczka miała ubytki rączek, wrodzoną wadę serca, upośledzenie umysłowe w stopniu głębokim. Mata zmarła, mając 17 miesięcy, z powodu powikłań związanych z zapaleniem płuc, większość życia spędziła w szpitalu. Podczas konsultacji genetycznej powiedziałam matce, że ryzyko urodzenia drugiego dziecka z tym samym zespołem chorobowym jest bardzo małe, i zapew­niłam ją, że jeżeli będziemy mieli do czynienia z podobnymi wadami wrodzonymi, to prenatalne ba­dania USG są w stanie je wykazać. Następna ciąża odbyła się bez problemów, kobieta urodziła zdro­wą dziewczynkę; wyniki badań prenatalnych były w normie.

Rok później zgłosiła się w następnej ciąży. W czwartym miesiącu ciąży badanie USG wykryło, że dziecko ma ubytki rąk i małą żuchwę. Nie mogąc uwierzyć, że być może mam do czynienia z powtór­nym przypadkiem zespołu Cornelii de Lange, poprosiłam o konsultację. Diagnoza postawiona przez konsultanta genetyka z kliniki ginekologiczno-położniczej w Toronto głosiła, że prawdopodobnie mamy do czynienia z zespołem Nagera, zupełnie nie związanym z zespołem Cornelii de Lange. Kobie­ta postanowiła przerwać ciążę. Patologiczne badanie płodu wykazało zespół Cornelii de Lange! Dzię­ki współpracy z grupą badawczą z Filadelfii i za zgodą pacjentki badania jej rodziny pozwoliły w 2004 roku na odkrycie genu powodującego zespół Cornelii de Lange. Pacjentka znowu zaszła w cią­żę i po badaniach prenatalnych, których wyniki okazały się prawidłowe, urodziła zdrowego chłop­czyka. I niemalże natychmiast powtórnie zaszła w ciążę.

Ta ciąża także była prowadzona w przychodni prenatalnej naszej kliniki, USG nie wykazało ubytków rączek czy też małej głowy lub żuchwy, a badania biochemiczne pozostawały w normie. Ponieważ matka bardzo przybrała na wadze i pojawiły się trudności z wykonywaniem USG, zrobiliśmy nawet rezonans magnetyczny płodu, który także nie wykrył żadnego śladu choroby. Dziecko jednak urodzi­ło się z zespołem Cornelii de Lange.

DZIEDZICZENIE CECH DOMINUJĄCYCH

Do ujawnienia się cech dominujących wystarczy, że organizm posia­da jedną kopię genu kodującego tę cechę. Geny te niejako narzucają swoją wersję kodu genetycznego i druga wersja tego samego genu nie dochodzi do głosu. W ten sposób dziedziczymy kolor oczu; gen oczu piwnych dominuje nad genem oczu niebieskich: osoba, która otrzyma gen oczu piwnych od matki i gen oczu niebieskich od ojca będzie mia­ła oczy piwne. Cechy i choroby dziedziczone w ten sposób nazywa się dominującymi.

Ponieważ z każdej pary genów rodzica tylko jeden jest przekazywa­ny potomstwu, każde dziecko osoby dotkniętej chorobą dominującą ma równe szanse na odziedziczenie genu powodującego chorobę, jak i na odziedziczenie genu zdrowego. Można tę sytuację porównać z grą w orła i reszkę. Za każdym razem gdy rzucamy monetą, wypadnie al­bo reszka, albo orzeł, nie istnieje trzecia możliwość, nie mogą też wy­stąpić obie na raz. To samo dotyczy dziedziczenia genów po rodzicach – możemy odziedziczyć albo gen choroby, albo gen zdrowy, nie może­my otrzymać obu. Dlatego ryzyko odziedziczenia choroby dominującej wynosi 50% (1:2). Ryzyko to nie zmienia się i zupełnie nie zależy od tego, czy poprzednie dziecko otrzymało gen choroby czy nie. Tak jak rzucając monetę, można otrzymać pięć reszek pod rząd, tak i osoba chora na chorobę dominującą może mieć pięcioro dzieci zdrowych (albo pięcioro dzieci chorych) pod rząd.

Choroby dominujące z reguły występują w rodzinach z historią po­dobnych przypadków w poprzednich pokoleniach. W ich wypadku ważne jest także poprawne ustalenie ojcostwa; nie ma zna­czenia jak zdrowy jest domniemany ojciec, jeżeli dziecko odziedziczy­ło zmutowany gen po kimś innym. Analiza rodowodu gra ważną rolę, ponieważ choroby dominujące mogą czasami ?przeskoczyć pokolenie” lub powodować jedynie nieznaczne objawy u rodziców i przodków. Niektóre choroby dziedziczone jako dominujące mogą przybierać róż­ną postać u różnych członków rodziny – czasami na tyle łagodną, że

prawie niezauważalną, wymagającą specjalistycznej konsultacji, aby ustalić diagnozę. Jest to tak zwana zmienna ekspresja genu. Czasami osoby z genem dominującym nie mają żadnych objawów – gen ten nie powoduje u nich choroby, mimo że ich przodkowie i potomkowie na nią chorują. Oznacza to, że osoba pomiędzy tymi dwoma pokoleniami także posiada zmutowany gen, lecz z jakiegoś powodu choroba u niej nie występuje. To zjawisko jest nazywane niepełną penetracją zmuto­wanego genu. W wypadku chorób z niepełną penetracją genu porad­nictwo genetyczne i diagnostyka prenatalna są często znacznie utrud­nione.

Choroby dominujące występują równie często u obu płci. Do cho­rób dziedziczonych w ten sposób należą miedzy innymi pląsawica Hun­tingtona, zespół Marfana oraz jeden z typów jaskry (patrz rozdziały po­święcone tym chorobom).

Czasami jednak choroby dominujące pojawiają się jako nowe przy­padki w rodzinie. Wtedy choroba jest spowodowana świeżą mutacją genu, do której dochodzi podczas formacji jajeczka lub plemnika skła­dających się na zarodek tego, a nie innego płodu. Teoretyczne ryzyko wystąpienia tej samej mutacji dwa razy pod rząd podczas powielania kodu genetycznego u tej samej osoby jest astronomicznie niskie; w praktyce – oczywiście – zdarzają się takie przypadki. Choroba domi­nująca spowodowana świeżą mutacją może wystąpić u dwojga dzieci zdrowej osoby, jeżeli do mutacji dochodzi w komórkach macierzystych gamet. Wtedy grupa jajeczek lub plemników, które pochodzą od jed­nej zmutowanej komórki, także będą obciążone mutacją. Przypadki ta­kie zostały już udowodnione genetycznie. Dlatego ogólne ryzyko uro­dzenia następnego dziecka z taką samą chorobą dominującą przez oso­bę zdrową szacuje się na 4-6%, a nie – jak przypuszczano do niedaw­na – mniej niż 1%.

GENY

Wszystkie geny człowieka (czyli genom) stanowią zarówno plan je­go budowy, jak i instrukcję obsługi. Umiejętność odczytania tych wszystkich genów wprowadziła nas w nową erę genetyki i medycyny, zwaną erą ?po genomie”. Po zbadaniu genomu człowieka wiemy, że Homo sapiens posiada około trzydziestu tysięcy par genów, lecz nadal nie wiemy, do czego wiele z nich służy.

Genom jest zapisany kodem czterech koralików (zasad nukleino­wych albo nukleotydów) nanizanych na włóczkę (łańcuch cukrowy). Koraliki te występują w różnych kombinacjach i permutacjach. Szereg koralików tworzy ?słowa” lub ?zdania”, czyli właśnie geny. Geny kodu­ją instrukcję, jak zbudować białka naszego organizmu: strukturalne (na przykład kolagen, z którego są zbudowane kości) lub funkcjonalne (na przykład enzymy trawienne lub hemoglobinę). Oba typy białek składają się z aminokwasów, podstawowych cegiełek budulcowych organi­zmów biologicznych. Każdy aminokwas jest zakodowany przez kod, który tworzą trzy kolejne nukleotydy łańcucha DNA. W zależności od zapisu kodu genetycznego mamy oczy niebieskie lub piwne, włosy blond lub rude, jesteśmy wysocy albo niscy. I jeżeli w ?słowach” lub ?zdaniach” tego głównego planu budowy organizmu występują poważ­ne błędy ?ortograficzne” lub ?gramatyczne”, to nie można go odczytać i zbudować normalnego i zdrowego człowieka.

Bardzo interesujące jest fakt, że geny stanowią zaledwie 1,5% na­szego całego DNA. Jeszcze nie wiadomo dokładnie, do czego służy po­zostały DNA, który nie zawiera instrukcji, jak zbudować białka i peptydy służące do budowy i obsługi organizmu. Wiemy zaledwie, że nie­które jego odcinki to czynniki regulujące powstawanie nowych białek i peptydów oraz czynniki mające związek z regulacją rozwoju zarodko­wego. Inne odcinki miały prawdopodobnie znaczenie w ewolucji Ho­mo sapiens. Znalezienie odpowiedzi na wszystkie te pytania to zupeł­nie nowe pole do popisu genetyki molekularnej po genomie.

Zmiany w kodzie genetycznym zachodzą często; nazywamy je mu­tacjami. W większości wypadków zmiany te pozostają bez znaczenia – nie zmieniają informacji genetycznej lub nie przeszkadzają w jej odczy­taniu. Czasami są to zmiany na lepsze – na przykład dają nam większe, inteligentniejsze mózgi, mowę do porozumiewania się między sobą lub sprawniejsze ciało. Niekiedy jednak pełnią funkcję negatywną i prze­szkadzają w poprawnym odczytaniu kodu i budowie białka. Wszystkim tym zmianom można nadać miano mutacji, choć w języku potocznym używamy tego słowa, aby określić przede wszystkim zmiany ujemne, negatywne. Zmiany w kolejności nukleotydów występują także poza częścią łańcucha DNA, który koduje geny. Mutacje neutralne oraz zmiany kolejności nukleotydów poza genami to tak zwane polimorfizmy DNA. Polimorfizmy występują w jednym na tysiąc nukleotydów.

Istnieją specjalne mechanizmy pilnujące syntezy nowego DNA, któ­re gwarantują, że powielany kod genetyczny pozostanie w co najmniej 99,99% poprawny. Jednak pomyłki w ?przepisywaniu” kodu genetycz­nego zdarzają się przy każdym podziale komórki i mogą zostać przeka­zane komórkom potomnym. Z badań populacyjnych wiadomo, że na trzydzieści tysięcy par genów każdy z nas posiada od dziesięciu do pięt­nastu genów, które są zmienione w wyniku szkodliwych mutacji. Geny te mogą spowodować bardzo poważne lub śmiertelne choroby. A przecież choroby genetyczne występują bardzo rzadko. Dlaczego nie chorujemy na nie częściej, niż wynika to z częstości występowania błędów w kopiowaniu DNA czy też częstotliwości występowania śmiertelnych genów? Wyjaśniają to zasady dziedziczenia cech recesywnych i dominujących.

CHROMOSOMY

Każda zdrowa komórka człowieka zawiera czterdzieści sześć chro­mosomów w dwudziestu trzech parach. W każdej parze jeden chro­mosom pochodzi od matki, a drugi od ojca. DNA ma formę bardzo długiej nici, która bez odpowiedniego przechowania mogłaby się po­rwać lub zaplątać. Możemy sobie wyobrazić, że chromosomy są mot-
kami, które zapobiegają poplątaniu, powstawaniu węzłów czy też przerwaniu zwiniętej w nich włóczki.

Każda para chromosomów jest inna, różnią się one między sobą wielkością (od największego chromosomu nr 1 do najmniejszego chro­mosomu Y), pozycją przewężenia (które może się znajdować gdzieś między połową długości chromosomu a jego końcem) oraz rozkładem prążków – ciemniejszych i jaśniejszych pasemek ?włóczki”, które po­wstają podczas procesów chemicznych używanych do identyfikacji chromosomów.

Na chromosomy składają się: długi łańcuch DNA oraz związane z nim peptydy (czyli białka) podtrzymujące i chroniące DNA; są to białka histonowe. Aby te olbrzymie cząsteczki DNA mogły się zmieścić w komór­ce, muszą zostać wiele razy zwinięte – w ten sposób wielokrotnie zmniejszają swoją długość. Najpierw DNA jest nawinięty na białka histonowe. Następnie białka histonowe są zwinięte razem w tak zwany solenoid, który wygląda jak duże korale nanizane na nitkę. Następnie ten solenoid jest zwinięty jeszcze parę razy w ten sposób, aby powstała bar­dzo gruba nić tak zwanej chromatyny, która dodatkowo kondensuje się maksymalnie podczas podziału komórkowego. Wtedy to chromosomy są tak duże, że – po odpowiednim przygotowaniu komórki i preparacji chemicznej – widać je pod mikroskopem świetlnym. Natomiast sam DNA jest widoczny wyłącznie pod mikroskopem elektronowym.

Podczas podziału komórek rozrodczych na gamety (plemniki i ja­jeczka) wszystkie pary chromosomów ustawiają się na równiku ko­mórki i – przyczepione do specjalnych włókien tak zwanego wrze­ciona mitotycznego – rozdzielają się, rozchodząc na bieguny komór­ki. W ten sposób obie komórki potomne otrzymują je­den chromosom z każdej pary chromosomów komórki rodziciel­skiej, a liczba chromosomów zmniejsza się o połowę. Po zapłodnie­niu, gdy jajeczko i plemnik tworzą zarodek, liczba chromosomów wraca do czterdziestu sześciu, lecz wtedy w zarodku połowa chro­mosomów i zawartych w nich genów pochodzi już od matki, a po­łowa od ojca.

Analiza mikroskopowa chromosomów (tak zwany kariotyp) pozwa­la na ustalenie, czy w komórce znajduje się odpowiednia liczba chro­mosomów, czy są one odpowiedniego kształtu i rozmiaru i czy zawie­rają zmiany strukturalne (przełamania, ubytki lub dodatkowe segmen­ty). Wszystkie te zaburzenia w liczbie lub strukturze chromosomów mogą być podstawą chorób genetycznych.

DNA

Kwas deoksyrybonukleinowy, czyli DNA, składa się z cząsteczek za­sad nukleinowych (nukleotydów) połączonych razem przez łańcuch cukrowy. Przypominają one nanizane na nitkę paciorki. Do kodu gene­tycznego są używane zaledwie cztery rodzaje nukleotydów; są to: ade­nina, tymina, guanina i cytozyna, oznaczane literami A, T, G i C. Ich ko­lejność w łańcuchu DNA określa ?słowa” i ?zdania” kodu genetyczne­go. Zasady rozwieszone na łańcuchu cukrowym łączą się w pary z za­sadami z drugiego łańcucha według ścisłych reguł – adenina wyłącznie z tyminą, guanina wyłącznie z cytozyną. W ten sposób kolejność zasad na jednym łańcuchu determinuje kolejność zasad drugiego łańcucha. Te dwa łańcuchy podtrzymują się i usztywniają za pomocą wiązań che­micznych; razem wyglądają jak drabina: połączone pary zasad to szczeble, a łańcuchy cukrowe to boczne pale. Ze względów fizycznych dra­bina ta jest skręcona w lewo (podobnie jak skręcona włóczka) i w ten sposób powstaje sławna podwójna helisa DNA.

Cząsteczki DNA są olbrzymie (czytaj: łańcuchy DNA są długie), ich długość jest mierzona w milionach zasad nukleinowych. Takie długie cząsteczki są bardzo podatne na zniszczenie, mogą się plątać i przery­wać. Dlatego natura musiała wymyślić jakiś sposób na ich bezpieczne przechowywanie – są to chromosomy.

NASZE GENY

Nasze geny tak naprawdę nie są nasze – nie należą do nas, nie na­leżą do nikogo, choć decydują o naszym wyglądzie, naszym zdrowiu i długości naszego życia. Jak wyjaśnić ten paradoks? W każdej komór­ce naszego organizmu (poza komórkami rozrodczymi) znajdują się dwie kopie wszystkich genów. Otrzymujemy jeden zespół genów w jajeczku od matki, a drugi w plemniku od ojca. Najpierw geny kie­rują naszym rozwojem embrionalnym, a potem przez całe nasze ży­cie regulują wzrost organizmu, sterują wszelkimi biologicznymi, che­micznymi i elektrycznymi procesami żyjącego ustroju. Podczas roz­mnażania dwie kopie naszych genów przetasowują się i w zupełnie nowym układzie wchodzą w zasób komórek rozrodczych naszego organizmu. Podczas wyspecjalizowanego podziału komórek rozrod­czych (tak zwanej mejozy) z każdej pary genów do komórki potom­nej przekazywany jest tylko jeden z nich. Nie mamy żadnej kontroli nad składem naszych genów oraz ich podziałem: otrzymujemy od ro­dziców nasz posag genetyczny, a jego podział dla naszych dzieci jest zupełnie przypadkowy (postępuje wyłącznie według praw matema­tycznych i statystycznych ujętych w prawa Mendla). Nie mamy żad­nego wpływu ani na to, jakie geny otrzymujemy od naszych rodziców biologicznych, ani na to, które z nich przekażemy potomstwu – geny po prostu przez nas przechodzą. Nie ma mowy o świadomym testa­mencie genetycznym. Kiedyś wierzyliśmy, że nasze przeznaczenie jest zapisane w gwiazdach – teraz wiemy, że pochodzi ono z naszych genów.