Genetyka i przyszłość człowieka

59  Download (0)

Pełen tekst

(1)

Genetyka i przyszłość człowieka

Czy nasz gatunek jest zagrożony?

Prezentacja: http://www.igib.uw.edu.pl

(2)

Genetyka wg.

Mendla

Za dziedziczenie każdej cechy odpowiadają wyodrębnione jednostki (geny), które się nie mieszają i nie zmieniają

Każdy organizm posiada dwie kopie (allele) każdego genu

Każda gameta wytwarzana przez organizm posiada tylko jeden allel z danej pary alleli genu. Rozdział alleli zachodzi z jednakowym

prawdopodobieństwem

Gdy organizm posiada dwa

warianty (allele) danego genu, w fenotypie ujawnia się tylko jeden z nich - dominacja

Gregor Mendel (1822-1884)

(3)

Mendlowska krzyżówka jednogenowa

Roślina wysoka produkuje gamety T Roślina niska produkuje gamety t

Roślina F1 to heterozygota, objawia się allel dominujący T Heterozygoty produkują gamety T

oraz t (po 50%)

Stosunek fenotypów 3:1 Stosunek genotypów 1:2:1

(4)

Metoda kwadratu Punnetta

TT Tt Tt tt

T t

T t

Gamety

(5)

Człowiek mendlowski?

(6)

xkcd.com

(7)

Dziedziczenie

Mendlowskie - jeden gen = jedna cecha

np. allele jednego genu decydują o barwie kwiatów groszku

Bardziej złożone - interakcje kilku genów

np. u człowieka barwa skóry, oczu i włosów (kilkanaście genów)

Wieloczynnikowe - interakcje wielu genów i środowiska

np. wzrost (>200 genów)

(8)

Cechy jednogenowe

Prosty wzór dziedziczenia

Przeważnie rzadkie choroby genetyczne

Oprócz chorób

nieliczne cechy o charakterze anegdotycznym

smak PTC, itp.

rude włosy (80% - recesywny allel genu MC1R)

(9)

Choroby jednogenowe

Znanych jest bardzo wiele (~5800) chorób jednogenowych

Większość jest bardzo rzadka (najczęstsze ~1/1000 - 1/2000 urodzeń)

W sumie ~4/1000 żywych urodzeń

Dane wg. http://omim.org/statistics/entry

(10)

Mukowiscydoza

Najczęstsza choroba

jednogenowa w Europie Północnej (w tym Polska)

~1/2000 urodzeń

Cecha recesywna - rodzice to heterozygoty - nosiciele

Przy tej częstości choroby

średnio 1/23 osoby to nosiciel

Dla rzadkich alleli większość jest ukryta u nosicieli - dobór u homozygot nieistotny

(11)

Cechy wieloczynnikowe

Na ich zmienność wpływają interakcje setek różnych genów i wpływów środowiska

Obecnie nie potrafimy dobrze ich modelować i przewidywać

Tak dziedziczy się większość zmienności prawidłowej

cechy fizyczne, inteligencja, itp.

Tak dziedziczą się najczęstsze choroby

choroby serca, skłonność do nowotworów, choroby psychiczne

(12)

Odziedziczalność

Za każdy fenotyp odpowiada interakcja genotypu ze środowiskiem

Odziedziczalność: proporcja zmienności fenotypowej wyjaśnianej zmiennością genetyczną w populacji

(13)

Badania bliźniąt - przykład

Wikimedia Commons

(14)

Geny człowieka i ewolucja

(15)

Przepowiednie

Rozwój medycyny doprowadzi do utraty naturalnej odporności człowieka?

Pomaganie chorym na schorzenia genetyczne doprowadzi do “pogorszenia” puli genowej?

eugenika - czy to może działać?

Podziały społeczne doprowadzą do powstania dwóch gatunków człowieka?

(16)

Przepowiednie

Rozwój medycyny doprowadzi do utraty naturalnej odporności człowieka?

Nie.

Gatunek ludzki, jak każdy inny, podlega ewolucji biologicznej.

Tempo ewolucji biologicznej człowieka jest znacznie

niższe, niż tempo przemian kulturowo - cywilizacyjnych.

(17)

Dlaczego?

Cechy recesywne - aby się ujawniły, zmienione muszą być obie kopie (allele) genu.

Jeżeli częstość allelu wynosi q, to w populacji osób mających oba takie allele to q2.

Przykład: mukowiscydoza

chorzy (Europa północna) ~1/2000 urodzeń

nosiciele (jeden z dwóch alleli z mutacją) ~ 1/23 osoby!

Losy chorych (homozygot) nieistotne dla puli allelu zmutowanego

(18)

CCR5 i AIDS u człowieka

Gen CCR5 koduje receptor cytokin (sygnały układu

odpornościowego

Białko CCR5 jest

wykorzystywane przez wirusa HIV przy wnikaniu do komórki (w roli pomocniczej)

(19)

Allel CCR5-Δ32

Rzadko spotykany

Homozygoty Δ32/Δ32 są oporne na infekcję HIV

Allel najczęściej występuje w Europie, w Afryce jest rzadki

(20)

Allel CCR5-Δ32

Epidemia AIDS trwa zbyt krótko, by wpłynąć na częstości allelu (u człowieka 1 pokolenie to ~25 lat)

Możliwe przyczyny takiego rozmieszczenia

Allel pojawił się w Skandynawii i rozprzestrzeniał po Europie podczas najazdów Wikingów (VIII-X w.)

Czy presja selekcyjna HIV spowoduje znaczący wzrost częstości allelu Δ32 u człowieka?

(21)

Czy presja selekcyjna HIV spowoduje znaczący wzrost częstości allelu Δ32 u człowieka?

Wysoka częstość początkowa i silny dobór

p = 0,2 (najwyższa notowana wartość)

25% osobników +/+ i +/Δ32 umiera na AIDS nie wydawszy na świat potomstwa

A1A1: w11 = 1 A1A2: w12 = 0,75 A2A2: w22 = 0,75

(22)

Czy presja selekcyjna HIV spowoduje znaczący wzrost

częstości allelu Δ32 u człowieka?

Wartości te nie są realistyczne

p = 0,2 tylko w niektórych populacjach w Europie

(Aszkenazyjczycy)

25% śmiertelność tylko w niektórych rejonach Afryki (Botswana, Namibia,

Zmimbabwe)

(23)

Czy presja selekcyjna HIV spowoduje znaczący wzrost częstości allelu Δ32 u człowieka?

Wysoka częstość początkowa i słaby dobór

p = 0,2 (najwyższa notowana wartość)

0,5% osobników +/+ i +/Δ32 umiera na AIDS nie wydawszy na świat potomstwa

A1A1: w11 = 1 A1A2: w12 =

0,995

(24)

Czy presja selekcyjna HIV spowoduje znaczący wzrost

częstości allelu Δ32 u człowieka?

p = 0,2 (najwyższa notowana wartość)

0,5% osobników +/+ i +/Δ32 umiera na AIDS nie

wydawszy na świat potomstwa

Wartości te są realistyczne dla Europy

(25)

Czy presja selekcyjna HIV spowoduje znaczący wzrost częstości allelu Δ32 u człowieka?

Niska częstość początkowa i silny dobór

p = 0,01

25% osobników +/+ i +/Δ32 umiera na AIDS nie wydawszy na świat potomstwa

A1A1: w11 = 1 A1A2: w12 = 0,75 A2A2: w22 = 0,75

(26)

Czy presja selekcyjna HIV spowoduje znaczący wzrost

częstości allelu Δ32 u człowieka?

p = 0,01

25% osobników +/+ i +/Δ32 umiera na AIDS nie

wydawszy na świat potomstwa

Wartości te są realistyczne dla niektórych części Afryki

(27)

Czy presja selekcyjna HIV spowoduje znaczący wzrost częstości allelu Δ32 u człowieka?

Nie w czasie najbliższych kilkustet lat

(28)

Czy wyginą rudowłosi

Rude włosy, jasna nieopalająca się skóra - recesywny allel genu MC1R

4% populacji europejskiej (Szkocja - 13%)

Przy rzadkich allelach recesywnych większość puli allelu u heterozygot - fenotyp pozostaje rzadki, ale allel nie ginie

Źródło “Oxford Hair Foundation”

“Fundacja” stworzona przez producenta farb do włosów (Procter&Gamble)

(29)

Eugenika

Poprawa jakości gatunku ludzkiego poprzez kierowanie rozrodczością

pozytywna - kojarzenie ludzi o pożądanych cechach

negatywna - redukcja rozrodczości ludzi o cechach niepożądanych

Zastosowanie praktyk hodowli zwierząt gospodarskich do człowieka

(30)

Francis Galton

Jako pierwszy zastosował statystykę w antropologii, badał

odziedziczalność inteligencji

Hereditary Genius (1869)

Eugenics Education Society (1909)

(31)

Eugenika w Wielkiej Brytanii

Nie była organizowana przez państwo, ale była wspierana przez wielu znanych ludzi:

John Maynard Keynes

George Bernard Shaw

Herbert G. Wells

Winston Churchill

John B.S. Haldane

Ustawa Mental Deficiency Act (1913) - przymusowa sterylizacja - nie wprowadzona w życie

(32)

Eugenika w USA

~1925

(33)

Eugenika w USA

American Breeder’s Association (1906)

Eugenics Record Office (1911)

Charles Davenport:

ograniczenia imigracji

przymusowa sterylizacja

„Musimy osuszyć źródła, zatamować napływ

zdefektowanej, zdegenerowanej protoplazmy”

(34)

Eugenika w USA

Henry H. Goddard, 1914

“Opóźnienie umysłowe” – 1% populacji

Alexander G. Bell - proponował przymusową sterylizację głuchoniemych

Na konferencji oftalmologów w latach 20. propozycja wyeliminowania wszystkich noszących okulary

William Robinson (lekarz, urolog) w 1917 o dzieciach osób niepełnosprawnych

“Najlepiej byłoby te dzieci delikatnie uśpić chloroformem, albo podać im dawkę cyjanku potasu.”

(35)

Eugenika w USA

Przymusowe sterylizacje - w sumie ponad 65 000 osób

Ograniczenia imigracyjne

Carrie Buck z matką w domu opieki społecznej !

Przymusowa sterylizacja wyrokiem sądu w 1927

(36)

Szwecja

Ustawa o sterylizacji, 1934

W latach 1934 - 1975: ponad 62 000 osób

w Europie więcej tylko w III Rzeszy

(37)

Eugenika

Henry H. Goddard, 1914

“Opóźnienie umysłowe” – 1% populacji, co daje q = 0,1

(38)

Eugenika

Pomijając kwestie etyczne – czy to ma sens?

Przymusowe sterylizacje w

USA – “opóźnienie umysłowe”,

~1% populacji, q = 0,1

Po 10 pokoleniach q = 0,05

Po 40 pokoleniach q = 0,02

(39)

Eugenika?

“Opóźnienie umysłowe” to nie jest jednolita, jednogenowa choroba

Najczęstsza (w Europie) choroba jednogenowa – mukowiscydoza:

1/2000 urodzeń

Założenie, że wszyscy chorzy giną bezpotomnie, po 500 latach:

1/4400 urodzeń

Nie bierze pod uwagę pojawiania się nowych mutacji

Wniosek: dla rzadkich cech recesywnych sukces reprodukcyjny homozygot ma nieznaczny wpływ na pulę genową!!

(40)

Podsumowanie

Eugenika w wersji XX w. nie ma sensu:

Ze względów etycznych

przymusowa

totalitarna - dla “dobra gatunku/populacji” a nie osób

(41)

Podsumowanie

Eugenika w wersji XX w. nie ma sensu:

Ze względów biologicznych

nieskuteczna dla rzadkich cech recesywnych - dobór wobec homozygot nie ma znaczenia, gdy większość puli allelu jest u heterozygot

nieskuteczna dla cech wieloczynnikowych - złożone mechanizmy

(42)

Populacja człowieka

Bardzo liczna - zagrożenie związane z utrwalaniem się niekorzystnych wariantów genetycznych jest nieistotne

to jest problem w małych populacjach - gatunki zagrożone

Niewielkie zróżnicowanie genetyczne

nie uzasadnia podziałów na rasy itp.

(43)

Różnorodność genetyczna ludzi jest stosunkowo niewielka

Kassemann & Pääbo, 2002, J. Int. Med. 251:1-18

(44)
(45)

Istota rasy z biologicznego punktu widzenia

Populację człowieka można podzielić na kilka dużych grup, które:

są homogenne wewnątrz grupy

różnią się pomiędzy sobą

Takie grupy nie istnieją, niezależnie od tego, czy analizuje się korelację wielu alleli, czy nie

To, że można znaleźć markery, które przypiszą osobę do danej grupy etnicznej nie ma z tym nic wspólnego

łączenie w większe grupy pozostaje arbitralne

Nie istnieją cechy zachowania itp. charakterystyczne dla “ras”

(46)

Rasy a taksonomia

Przy analizie genetycznej wszystkie populacje spoza

Afryki są odgałęzieniem jednej z grup afrykańskich

Różnorodność największa w Afryce

(47)

Zagadnienie ras

Zmienność genetyczna jest faktem - ma charakter ciągły

Ustalanie absolutnych granic jest arbitralne - rasy to konstrukt społeczny, a nie biologiczny

Rasy u zwierząt odpowiadają znacznie większym różnicom między osobnikami, niż u człowieka

Nie ma dowodów na determinowane biologicznie różnice predyspozycji fizycznych na poziomie “ras”

niekiedy są na poziomie mniejszych populacji

nie ma dowodów na różnice w cechach “charakteru”

(48)

Rasy a medycyna

Istnieją choroby genetyczne, których częstość jest różna w różnych populacjach

np. mukowiscydoza (częsta na północy Europy) i talasemia (częsta w obszarze śródziemnomorskim)

Jednak stosowanie kryterium etnicznego w diagnozie jest bardzo ryzykowne

potwierdzone przypadki błędnego diagnozowania - nie uwzględnienie choroby rzadszej w danej populacji

np. mukowiscydozy u Afroamerykanów

(49)

Przyszłość

Nowe osiągnięcia biologii a przyszłość człowieka

(50)

Co już potrafimy

W ostatnich latach pojawiły się możliwości wprowadzania

dowolnych zmian w genomach praktycznie dowolnych

organizmów (w tym człowieka)

Metoda CRISPR/Cas9 - redagowanie genomu

Nature 495, 50–51 (07 March 2013) doi:10.1038/495050a

(51)

Co to oznacza dla biotechnologii

Można zmienić dowolny gen u roślin i zwierząt

Modyfikacja nie pozostawia żadnego śladu, nie zostaje włączony obcy DNA

Wg. obecnej ustawy to nie jest GMO

co pokazuje absurd definiowania ograniczeń dla metod, a nie wytworów

(52)

A dla człowieka

Możliwa jest zmiana sekwencji dowolnego genu w komórkach zarodkowych

Skuteczność: około 50%

W połączeniu z zapłodnieniem pozaustrojowym możliwość uzyskania zmodyfikowanego człowieka

Pierwsze badania - na

komórkach, z których nie mogły rozwinąć się zarodki

Zgoda na dalsze badania:

Chiny, Szwecja, Wielka Brytania

(53)

Co można osiągnąć

Korekta mutacji odpowiadających za choroby jednogenowe

podobny efekt: diagnostyka preimplantacyjna

Odporność na wirusa HIV

istnieje rzadka mutacja, która nadaje odporność (około 1% ludzi w

Europie)

Leczenie chorób związanych z mutacjami genów w komórkach krwiotwórczych

komórki szpiku izolowane,

modyfikowane i przeszczepiane z powrotem

leczenie infekcji HIV

(54)

A czego nie można

Obecnie dostępne techniki pozwalają na manipulacje pojedynczymi genami

Cechy zależne od

pojedynczych genów

Nie potrafimy wpływać na cechy dziedziczone

wieloczynnikowo

czyli na większość aspektów zmienności prawidłowej

podobnie w biotechnologii roślin i zwierząt

?

(55)

Kwestie etyczne

Termin “eugenika” obecnie naduzywany (“aborcja eugeniczna”)

Dobrowolność a nie przymus!

Problemy - eugenika liberalna (J. Habermas)

w świecie wolnorynkowym majątek będzie decydował o potencjale biologicznym

czy to wyłącznie problem modyfikacji genetycznych?

(56)

Transhumanizm

Człowiek pozostający człowiekiem, ale wykraczający poza

siebie przez zrealizowanie nowych możliwości odnoszących się do jego natury” ~ Julian Huxley

„Transhumanizm to klasa filozofii, która próbuje kierować nas w stronę kondycji postludzkiej. Transhumanizm dzieli wiele

elementów z humanizmem – przede wszystkim szacunek dla rozumu i nauki, nacisk na postęp i docenianie roli

człowieczeństwa (czy transczłowieczeństwa) w życiu.

Transhumanizm różni się od humanizmu przez przyzwolenie (a nawet oczekiwanie) na radykalne zmiany w naszej naturze i

dostępnych nam możliwościach oferowanych przez różne nauki i technologie” ~ Max More

(57)

Drogi do ulepszenia człowieka

Technologiczna (cyborgizacja) - istnieje od dawna

np. okulary, płetwy i aparaty do oddychania pod wodą, pismo jako wzmocnienie pamięci, itp.

Genetyczna

znacznie trudniejsza

(58)

“Twardy” transhumanizm

Sygnał komunikacyjny jest ważniejszy od swojego materialnego nośnika

Świadomość nie jest centrum życia człowieka, lecz jego wtórnym elementem, duch niematerialny nie istnieje

Ciało jest pierwotną protezą, który człowiek oswoił i nauczył się w ograniczonym stopniu wykorzystywać

Możliwe jest osadzenie ludzkiej egzystencji w maszynach cyfrowych

(59)

Czy powinniśmy?

Na razie potrafimy stosunkowo niewiele

Postępu nie da się zatrzymać

możliwe tymczasowe moratoria, jak w przypadku inżynierii genetycznej - Asilomar 1975

Trzeba starać się, by przyniosło to więcej korzyści, niż zagrożeń

to zależy od sytuacji społecznej, nie od technologii

Obraz

Updating...

Cytaty

Powiązane tematy :