Człowiek - manipulacje genetyczne?

(1)

Człowiek - manipulacje genetyczne?

(2)

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?

(3)

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.

(4)

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

(5)

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)

(6)

Allel CCR5-Δ32

• Rzadko spotykany

• Homozygoty Δ32/Δ32 są oporne na infekcję HIV

• Allel najczęściej występuje w Europie, w Afryce jest rzadki

(7)

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?

(8)

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

(9)

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

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

Wartości te nie są realistyczne p = 0,2 tylko w niektórych

populacjach w Europie

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

Zmimbabwe)

(10)

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

• Wysoka częstość początkowa i słaby dobór

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

(11)

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

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

Wartości te są realistyczne dla Europy

(12)

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

• Niska częstość początkowa i silny dobór

• p = 0,01

(13)

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

• p = 0,01

Wartości te są realistyczne dla niektórych części Afryki

(14)

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

• Nie w czasie najbliższych kilkuset lat

• Ale może da się wprowadzać ten allel metodami inżynierii genetycznej?

(15)

Czy wyginą rudowłosi?

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

• 4% populacji europejskiej (Szkocja - 13%)

• W 2007 r. artykuły w prasie codziennej sugerujące, że cecha w niedalekiej przyszłości zaginie

• Źródło “Oxford Hair Foundation”

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

(16)

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

(17)

Francis Galton

• Jako pierwszy zastosował statystykę w antropologii, badał

odziedziczalność inteligencji

• Hereditary Genius (1869)

• Eugenics Education Society (1909)

(18)

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

(19)

Eugenika w USA

~1925

(20)

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”

(21)

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.”

(22)

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

(23)

Szwecja

• Ustawa o sterylizacji, 1934

• W latach 1934 - 1975: ponad 62 000 osób

• w Europie więcej tylko w III Rzeszy

(24)

Eugenika

• Henry H. Goddard, 1914

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

(25)

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

(26)

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!!

(27)

Problemy eugeniki XX w.

• Etyczny - przymusowy, totalitarny charakter

• przymusowe sterylizacje

• certyfikaty zdolności małżeńskiej

• ograniczenia imigracyjne

• co oznacza “lepszy” genotyp?

• Biologiczny

• nieskuteczna

(28)

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)

(29)

XXI wiek - inżynieria genomu człowieka?

(30)

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

(31)

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

(32)

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

(33)

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

(34)

Czy rzeczywiście

• Od pacjenta (rak płuc) pobrano komórki układu odpornościowego

• Zmieniono w nich jeden gen, dzięki czemu jest szansa, że agresywniej będą zwalczać komórki nowotworu

• Komórki podano pacjentowi

• Nie nastąpiła trwała zmiana genomu pacjenta - nie wytwarza zmienionych komórek

• Ludzkie komórki modyfikowano już wcześniej

(35)

Terapie przeciwnowotworowe

(36)

Dzieci na zamówienie?

?

(37)

Dzieci na zamówienie?

(38)

Kwestia modyfikacji

• Cechy zależne od pojedynczych genów mogą być łatwo modyfikowane za pomocą redagowania genomu

• Cechy wieloczynnikowe?

• nie rozumiemy zależności między zmiennością pojedynczych elementów a fenotypem

• konieczna skoordynowana modyfikacja setek genów jednocześnie

• w przewidywalnej przyszłości - science fiction

(39)

Kwestia modyfikacji

• Skoro cechy wieloczynnikowe są poza zasięgiem modyfikacji, to:

• nierealne jest modyfikowanie cech zmienności prawidłowej (osobowość, inteligencja, uroda, itp.)

• nierealne jest likwidowanie zagrożenia ze strony najczęstszych chorób

• Realne jest wpływanie na cechy (choroby) jednogenowe

(40)

Choroby jednogenowe - czy konieczne redagowanie?

• Ryzyko urodzenia chorego dziecka zależy od rodziny i cechy, ale zwykle nie więcej niż 50%

• Zapłodnienie pozaustrojowe i diagnostyka preimplantacyjna pozwala uniknąć choroby

• Problemy etyczne takie same, jak przy ewentualnym redagowaniu genomu

(41)

A co można (będzie) osiągnąć?

• Leczenie chorób związanych z mutacjami genów w komórkach krwiotwórczych

• komórki szpiku izolowane, modyfikowane i przeszczepiane z powrotem

• leczenie infekcji HIV - istnieje rzadka mutacja, która nadaje komórkom odporność (około 1% ludzi w Europie)

• Modyfikacje w wyizolowanych od pacjenta komórkach macierzystych

• hodowle tkanek i narządów

• Modyfikacje zwierząt innych niż człowiek do zastosowań medycznych

(42)

Kwestie etyczne

• Termin “eugenika” obecnie nadużywany (“aborcja eugeniczna”)

• Dobrowolność a nie przymus!

• Celem uniknięcie cierpienia jednostek, a nie “ulepszenie gatunku”

(43)

Kwestie etyczne

• Problemy - eugenika liberalna (J. Habermas)

• w świecie wolnorynkowym majątek będzie decydował o potencjale biologicznym

• czy to wyłącznie problem modyfikacji genetycznych?

(44)

Dalsze perspektywy

• Biologia syntetyczna

• projektowanie systemów biologicznych

• praktyczne zastosowanie biologii systemów

• obecnie - pierwsze próby na mikroorganizmach

• Transhumanizm

• obejście ograniczeń biologii człowieka dzięki technologii

http://www.bioethics.com

(45)

Podstawowe pytanie

• Czy postęp techniczny da się pogodzić z dobrem środowiska i społeczeństwa?

• Czy jest alternatywa i czy jest nią odwrót od technologii?