Cel mai important proiect ştiinţific din acest an oferă detalii neştiute despre ceea ce ne face oameni

Un proiect internaţional gigantic, intitulat ENCODE (Encyclopedia Of DNA Elements), a dezvăluit noi detalii despre genomul uman, permiţând o mai bună înţelegere a biologiei umane. Rezultatul efortului fără precedent constă în realizarea unei „hărţi” detaliate a genomului uman.

Principala descoperire a proiectului ENCODE este faptul că genomul uman - suma totală a informaţiilor ereditare conţinute în organismul uman - conţine mult mai multă informaţie decât se credea până acum. În anii '90, atunci când oamenii de ştiinţă au decis să secvenţieze genomul uman, scopul era identificarea genelor ce codifică sinteza proteinelor esenţiale vieţii. Spre surpriza lor, cercetătorii au descoperit că doar 3% din genele ce formează genomul uman codifică proteine, iar celelalte miliarde de nucleotide ce formează ADN-ul nu păreau să aibă vreun scop. Acum, proiectul ENCODE a demonstrat că aceste nucleotide joacă la rândul lor un rol importat în biologia umană - spre exemplu, determină dacă o genă este activată sau nu.

"ADN-ul uman este mult mai activ decât credeam până acum, având loc mult mai multe evenimente în cadrul său decât ne aşteptam să descoperim", a comentat Ewan Birney, cercetător în cadrul European Molecular Biology Laboratory - European Bioinformatics Institute.

Proiectul ENCODE s-a desfăşurat în ultimii 10 ani, cu participarea a 442 de oameni de ştiinţă din întreaga lume, ce au studiat 147 tipuri diferite de celule cu ajutorul a 24 de tipuri de experimente. În total, cercetătorii au efectuat 1.600 de experimente, costul total fiind de 288 de milioane de dolari. Scopul efortului ştiinţific a fost identificarea fiecărei nucleotide active din genomul uman. Rezultatele au fost publicate în această săptămână în 30 de lucrări ştiinţifice.

Oamenii de ştiinţă au descoperit că genomul uman conţine cel puţin patru milioane de "comutatoare" ce joacă un rol crucial în modul în care se comportă celulele, organele şi ţesuturile ce formează corpul uman. Specialiştii afirmă că descoperirea reprezintă o reuşită extrem de importantă, ce va avea un impact major asupra medicinei. Cercetătorii afirmă că aceste "comutatoare" vor permite o mai bună înţelegere a bolilor complexe ce afectează un număr mare de oameni, precum diabetul sau cancerul, acestea fiind provocate de schimbări minore ce au loc în cadrul acestor "comutatoare" genetice. Descoperirea va permite înţelegerea efectelor generate de aceste schimbări în "comutatoarele" genetice şi a modului în care acestea afectează sănătatea umană, ceea va permite conceperea de noi medicamente şi tratamente. De asemenea, ENCODE va duce la o mai bună înţelegere a influenţei factorilor de mediu asupra sănătăţii umane.

Eric Lander, preşedintele Broad Institute, o organizaţie de cercetare înfiinţată de universităţile Harvard şi MIT, a apelat la o metaforă pentru a explica importanţa proiectului ENCODE: "Este echivalentul Google Maps. Spre comparaţie, The Human Genome Project, predecesorul său, era echivalentul unei fotografii ce surprindea planeta noastră din spaţiu. Acel proiect a stabilit întreaga secvenţă a ADN-ului uman, însă nu oferea detalii fine", afirmă Lander, adăugând că "ENCODE este o resursă uluitoare - cantitatea de date oferite de acest proiect mă lasă fără răsuflare".

"Gândiţi-vă la genomul uman ca la un oraş. Aşezarea sa, cele mai înalte clădiri şi punctele importante sunt vizibile din depărtare - iar acest lucru a fost ceea ce am observat în 2001, prin The Human Genome Project. Acum am privit mai îndeaproape şi am putut vedea elementele care ţin oraşul în viaţă - gunoierii care fac curăţenii, paznicii care apără clădirile, firele de curent electric şi canalizarea ce leagă cartiere îndepărtate. Acesta este punctul în care ne aflăm acum - avem un portret detaliat, 3D, al unei entităţi vii şi schimbătoare, în loc să avem o hartă statică şi 2D", explică Ed Yong pentru Discover Magazine.

Într-una dintre cele 30 de lucrări ştiinţifice publicate în cadrul proiectului ENCODE cercetătorii au identificat o serie de "comutatoare" genetice care influenţează numeroase afecţiuni, printre care scleroza multiplă, lupusul, artrita reumatoidă, boala Crohn şi care au legătură chiar şi cu înălţimea persoanei studiate.

"Multe dintre schimbările ce au un efect asupra bolilor nu se petrec în gene, ci în aceste «comutatoare»", a explicat Michael Snyder, cercetător la Universitatea Stanford. "Acest lucru este extrem de important. Nimeni nu a prezis că lucrurile vor sta aşa", a adăugat Snyder.

Noile descoperiri vor transforma numeroase domenii din medicină, unul dintre acestea fiind lupta contra cancerului. Pe măsură ce oamenii de ştiinţă au secvenţiat ADN-ul celulelor canceroase, şi-au dat seama că majoritatea schimbărilor descoperite nu aveau loc în gene, ci în "comutatoarelor" genetice. Acum, specialiştii vor putea să identifice schimbările ce provoacă dezvoltarea cancerului. "Acest proiect este foarte important şi va avea un impact semnificativ asupra cercetărilor medicale referitoare la cancer", spune Mark Rubin, un cercetător specializat în studii genetice ale cancerului de prostată. Dr. Rubin a folosit aceeaşi analogie cu Google Maps pentru a explica importanţa descoperirii: "Acum, că avem la dispoziţie o hartă a «drumurilor» din genom, vom putea merge pe aceste căi şi vom putea analiza traficul, urmând să avem la dispoziţie noi metode pentru a ataca genele cancerului".

Proiectul ENCODE a debutat în anul 2003, atunci când cercetătorii au realizat cât de puţine detalii cunosc despre ADN-ul uman. La acea vreme, majoritatea specialiştilor credeau că maximum 5%-10% din ADN-ul uman este activ. Marea surpriză a fost descoperirea că ADN-ul este folosit aproape în totalitate, iar o mare parte din această activitate are loc în "comutatoarele" genetice. "Înainte de ENCODE, dacă ai fi afirmat că în jumătate din genom se găsesc instrucţiuni pentru activarea şi dezactivarea genelor, nu cred că lumea te-ar fi luat în serios", explică dr. John Stamatoyannopoulos, un cercetător ce a luat parte la acest proiect.

Dincolo de munca celor 442 de cercetători implicaţi în acest masiv efort ştiinţific, ENCODE a avut nevoie şi de resurse computaţionale fără precedent. Oamenii de ştiinţă au generat 15 trilioane de bytes de date, timpul cumulat necesar computerelor pentru a le analiza fiind de 300 de ani. Mark Gerstein, unul din liderii proiectului, afirmă că doar organizarea cercetătorilor şi coordonarea eforturilor acestora a necesitat un efort masiv, adăugând că diagrama ce arată colaborările dintre autori este cel puţin la fel de complexă ca diagrama ce ilustrează "comutatoarele" genetice din ADN-ul uman.

Cercetătorii avertizează că va fi nevoie de mult timp pentru a înţelege toate aspectele importante din genomul uman. "Suntem cele mai complexe fiinţe pe care le cunoaştem. Nu e de mirare că manualul de utilizare este gigantic", explică Ewan Birney. "Cred că va dura un secol întreg pentru a înţelege toate detaliile", a concluzionat cercetătorul.

Surse: New York Times, NPR, Science, Discover Magazine