Dziwne zawiłości procesu dziedziczenia

W nowej książce She Has Her Mother’s Laugh Carl Zimmer pokazuje, czego dowiedzieliśmy się. Jego podejście jest niebezpiecznie encyklopedyczne (mój egzemplarz waży kilka kilogramów) ponieważ postanowił (słusznie, moim zdaniem) połączyć historię tej dziedziny z szczegółowym opisem obecnej sytuacji. Jest to ambitne przedsięwzięcie, wymagające lekkiego pióra, by uniknąć wyniku, który byłby nieprzenikniony, napuszony i nudny. Zimmer, wybitny dziennikarz zajmujący się nauką, który pisze regularnie dla „New York Times”, wykonuje świetną robotę, unikając encyklopedycznej pułapki i szpikując swój tekst wieloma barwnymi historiami. Czasami jednak wikła się w nieco zbyt długie opowieści, próbując nadać książce gawędziarski styl, jak przy analizie własnego pochodzenia i genomu, co prawdopodobnie bardziej interesuje innych Zimmerów niż czytelnika.

Z drugiej strony, Zimmer nie jest tylko dziennikarzem, ale także współautorem wysoko cenionego podręcznika o biologii ewolucyjnej, co znaczy, że naprawdę rozumie, o czym pisze. Mocną stroną książki jest więc połączenie ścisłości, dziennikarskiej jasności i naukowego autorytetu.

A jest tam wiele nauki. Oczywiście występują Mendel i Darwin; pojawia się mroczna historia eugeniki; jest nasza nowa umiejętność badania drzewa życia przez porównywanie sekwencji DNA. Polowanie na genetyczne błędy, które powodują choroby, zajmuje kilka rozdziałów; CRISPR i inne najnowocześniejsze techniki, które mogą pozwolić nam na edytowanie tych błędów, są starannie wyjaśnione; historia ludzkich migracji po świecie jest zrekonstruowana przy pomocy DNA; i neandertalczycy – którzy dzięki prastarej hybrydyzacji z naszymi przodkami przyczynili się w około 2 procentach do genomów nowoczesnych nie-Afrykanów – otrzymują własne nagłówki.

Książka rzeczywiście nabiera rozpędu tam, gdzie ściśle trzyma się głównego tematu Zimmera: że dziedziczność rozciąga się daleko poza pionowy przekaz DNA od rodzica do potomstwa, o czym na ogół myślimy jako o „genetyce”. Jak pisze Zimmer: „Nie możemy zrozumieć świata przyrody posługując się uproszczonym rozumieniem genetycznej dziedziczności”. Tutaj wchodzimy w świat biologii rozwoju, dowiadując się jak jedno zapłodnione jajeczko może stworzyć 200 różnych rodzajów komórek w dorosłym ciele, wszystkie zawierające te same geny, ale używające ich inaczej. A każda komórka, po nabyciu tożsamości, przekazuje swoje unikatowe cechy, kiedy dzieli się. Dowiadujemy się, jak zewnętrzne środowisko może dawać niekonwencjonalne rodzaje dziedziczenia, jak kiedy szczury uczą się bać pewnych zapachów eksperymentalnie kojarzonych z szokiem elektrycznym – i ten strach może odziedziczyć potomstwo, które nigdy nie doświadczyło szoku. (Jak słusznie pisze Zimmer, te wprowadzone środowiskowo zmiany znikają po kilku pokoleniach, nie mogą więc być podstawą dla długoterminowej „nie-darwinowskiej” ewolucji.)

Innym fascynującym, ale niekonwencjonalnym rodzajem dziedziczenia jest „horyzontalna” transmisja genów między całkowicie różnymi gatunkami (DNA mszyc, na przykład, zawiera geny podkradzione grzybom) oraz dziedziczenie bakteryjnego „mikrobiomu” wśród ludzi przez kontakt lub poród, co daje podobne grupy bakterii spokrewnionym ludziom. (Zimmer pisze, że tylko w pępku ma 53 gatunki bakterii.) Dopiero zaczynamy rozumieć, jak ważni dla naszego zdrowia są ci mikrobiologiczni współtowarzysze.

Dla mnie najbardziej absorbująca jest ta część książki, w której autor opisuje „chimery”: ludzi, których ciała zawierają różne genomy. To może wynikać z, na przykład, przepływu komórek przez łożysko, tak że matka może być skolonizowana przez grupy komórek potomka urodzonego dziesięciolecia wcześniej. I odwrotnie, dziecko może mieć komórki matki. Komórki mogą także przepływać między bliźniętami in utero – lub nawet, poprzez matkę, między potomkami z różnych ciąż. Jedno z badań pokazało, że 13 procent dziewczynek miało we krwi komórki z chromosomem Y (tj. męskie), a ich źródłem byli starsi bracia, których komórki skolonizowały mamę, a potem wróciły przez łożysko, by zamieszkać w młodszej siostrze.

Jest to jednak jeszcze bardziej pokręcone: czasami powstają chimeryczne osobniki, kiedy embriony bliźniaków zlewają się we wczesnym rozwoju. Takie chimery mogą mieć duże części ciał z różnymi genomami, jedne komórki z bliźniaka A, a drugie z bliźniaka B. To dało dziwaczne wyniki testów ojcostwa, pokazując podobno, że kobieta nie jest matką własnego dziecka. To zdarza się, kiedy chimeryzm daje komórki krwi kobiety, które przeszły od bliźniaka A (używa się komórek krwi do określenia genetycznej tożsamości matki), podczas gdy jej komórki reprodukcyjne – te, które dały jajeczko, z którego powstało dziecko – przeszły od bliźniaka B. Takie fakty genetyczne wydają się niemal z kosmosu. [Co mówią nam nasze geny? Odpowiedź dalece nie jest jasna.]

To prawda, większość z nas nie jest genetycznymi chimerami, ale ta opowieść pokazuje dwie rzeczy: dziwaczność dziedziczności – jest to coś znacznie więcej niż fakt, że odziedziczyłeś niebieskie oczy po wuju – i możliwości nowoczesnej nauki i technologii do rozwikłania tych zagadek genetycznych. Jest w tym ważny komunikat: niezależnie od chimer, genetyczne technologie naprawdę są tutaj i są gotowe wywrzeć wielki wpływ na nasze życie. Genetycznie modyfikowane rośliny uprawne rozkwitają. Projekt Zbadania Ludzkiego Genomu – pełen katalog ponad 3 miliardów A, T, G i C, które składają się na nasz genom – kosztował około trzech miliardów dolarów w latach 1990. Dzisiaj za jeden tysiąc dolarów może zsekwencjonować cały swój genom; za cenę rocznego popijania kawy w Starbucks możesz wybrać się na podróż odkrywczą w swoje genetyczne sedno, dowiadując się kim jesteś i skąd pochodzisz. A wkrótce będziemy w stanie manipulować zapłodnionym ludzkim jajeczkiem, zmieniając każdy gen, który chcemy – nie tylko te, które powodują choroby, ale te, które zmieniają zachowanie, wygląd i inteligencję.

Musimy mieć wiedzę o tym rozwoju nauki. Czy mogę wpłynąć na mendlowski los, kiedy mam dziecko, i zapewnić, że naprawdę będzie miało niebieskie oczy wujka Franka? Czy powinniśmy pozwolić ludziom na tworzenie „dzieci na zamówienie” z wyższym IQ? Jakie jest prawdopodobieństwo, że zachoruję na raka, który zabił moja babkę? A jeśli zachoruję, co mogę zrobić, by się go pozbyć?

Książka Zimmera jest znakomitym sposobem zapoznania się z tym wszystkim, ale należy wspomnieć, że istnieje para niedawnych rywali, którzy dają podobne informacje. Są to Siddhartha Mukherjee znakomicie napisana chronologia The Gene: An Intimate History i Jamesa Watsona bogato ilustrowana relacja (głównie z pierwszej ręki) DNA: The Story of the Genetic Revolution.

Przeczytajcie przynajmniej jedną z tych trzech książek, bo jest to ważny materiał: jeśli nauka nic dla ciebie nie znaczy teraz, wkrótce nabierze znaczenia.

SHE HAS HER MOTHER’S LAUGH The Powers, Perversions, and Potential of Heredity
Carl Zimmer, Dutton. 657 s. $30

Washington Post, 8 czerwca 2018

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska