Cilvēka genoms –
evolūcijas strupceļš, jauns vijums vai tikvien kā izaicinājums

Pirmais pārsteigums jau radās pašā sākumā. Izrādījās, ka proteīnu kodējošo gēnu skaits cilvēkam, pēc šodienas uzskatiem ap 23 700, visai maz atšķiras no daudz primitīvākām dzīvām būtnēm un ir praktiski vienāds ar daudzu zīdītāju, piem. peles, gēnu skaitu, nemaz nerunājot par primātiem. No tā secinājums, ka nozīme ir ne tik daudz gēnu skaitam cik šo gēnu organizācijai genomā. Taču problēmas risinājums nekādi nedodas pētnieku rokās, un šodien joprojām zinātnieki diskutē – kas tad ir tas atšķirīgais genoma organizācijas ziņā, kā dēļ mēs šķiet tik ļoti izceļamies pārējo zīdītāju sugu vidū.

Tālāk cits citam sekoja jauni pārsteigumi. Jau labu laiku zināms, ka jebkura organisma genoms evolūcijas procesā pakļauts nemitīgām pārmaiņām – atsevišķu genoma daļu pārvietošanai no vienas hromosomas daļas uz citu, vai pat uz citām hromosomām, rodoties jauniem un pārveidotiem gēniem un to kombinācijām. Šīs visur esošās genoma transpozīcijas, būdamas galvenais evolūcijas dzinējspēks, veicina t.s. mobilie ģenētiskie elementi jeb transpozoni. Izrādījās ka šo transpozonu aktivitāte un līdz ar to arī genoma pārkārtojumi dramatiski krīt cilvēka genomā, pat salīdzinot ar vidēji aktīvo peles genomu. Cilvēka genoms ir pārpilns ar neaktīvu transpozonu atliekām un citām “ģenētiskām fosīlijām”. Arī cita veida genoma pārkārtojumi, t.s. segmentu duplikācijas, kas īpaši aktīvi norit atsevišķos genoma rajonos – pericentromērās, nav diez ko pārstāvētas cilvēka genomā.

Vai tas liecina par evolūcijas piebremzēšanos cilvēka un tā priekšteču līnijā, ka šis evolūcijas zars nākotnē, varbūt ved uz strupceļu un turpmāk evolucionēs citi dzīvības koka zari? Uz šo jautājumu atbildes nav. Bet varbūt cilvēka rases turpmāka evolūcija nemaz neprasa dramatiskus genoma pārkārtojumus, jo esam sasnieguši pilnību un nākotnē sagaidāmas tikai nelielas bet stingri noteiktas genoma pārmaiņas. Ka cilvēka genomā varētu būt notikušas, protams evolucionārā laika skalā, konkrētas un mērķtiecīgas pārmaiņas, liecina vairāki pozitīvās selekcijas piemēri. Izrādās, ka atsevišķi genoma rajoni un veseli gēni samērā īsā laikā būtiski mainījuši savu struktūru, salīdzinot ar pārējo genoma daļu. Un atzīmējams, ka vairums gadījumos tāda pastiprināta mainība konstatēta gēnos, kuri saistīti ar smadzeņu funkcionālo darbību, arī ar gēniem, kas nosaka komunikatīvos un apziņas procesus. Nākotne neapšaubāmi pārsteigs mūs ar jauniem apstiprinājumiem par cilvēka evolūcijas iespējām šodien un nākotnē.

Cilvēka genoma pētījumi ienesuši arī zināmu jucekli šķiet skaidrajā gēna definīcijā. Izrādās, ka tā vai cita cilvēka proteīna struktūra var tikt iekodēta atsevišķu fragmentu veidā, kuri izkliedēti visai attālos genoma rajonos. Faktiski cilvēka genomā novietoti nevis atsevišķi gēni, bet gan to daļas – eksoni, pie kam viens un tas pats eksons var kalpot vairākiem gēniem. Tikai pateicoties splaisinga mehānismam DNS sastāvā izolētās gēna daļas it kā tiek savienotas kopā pareizā secībā, veidojoties mesendžera RNS molekulai. Vēl jo vairāk, no viena un tā paša gēna var tikt nolasīta atšķirīga informācija un izveidoties vairākas mesendžera RNS, kas kodē atšķirīgus proteīnus. Klasiskā tēze: viens gēns – viens proteīns vairs neatbilst realitātei un prasa jaunu formulējumu.

Cilvēka genoma pētījumi saistībā ar citu organismu genoma informāciju ļauj precizēt gēnu evolūcijas principus un selekcijas nozīmi sugu evolūcijā. Daudzšūnu organismiem ar sarežģītu uzbūvi un samērā nelielu populāciju, pie kuriem arī varam pieskaitīt sevi, klasiskā Darvina dabīgās izlases un selekcijas shēma šķiet nepilnīgi ataino evolucionāros procesus. Jebkuras ģenētiskās izmaiņas nevarētu tikt pārbaudītas vienīgi ar dabīgās selekcijas palīdzību. Augstākajiem organismiem, būtisku lomu spēlē neitrālā evolūcija, kad atsevišķas ģenētiskas izmaiņas uzreiz nepakļaujas selekcijai, bet kā neitrālas mutācijas jeb polimorfismi ar gēnu dreifa palīdzību izplatās populācijā un tikai vēlāk produktīvās izmaiņas tiek nostiprinātas selekcijā. Šo neitrālās evolūcijas shēmu atvieglo vairāku kopiju eksistence vienam gēnam. Kamēr viena gēna kopija nodrošina nepieciešamo funkciju organismā, pārējās var tikt izmainītas bez konkrētam indivīdam bīstamām sekām. Process turpinās līdz izveidojas tāda gēna struktūra, kas dod jaunas priekšrocības, un tālāk tā ar selekcijas mehānismu izplatās populācijā.

Cilvēka genoma struktūra jeb nukleotīdu secība ir noskaidrota, bet genomā iekodētā informācijas apzināšana ir tikai pašā sākumā. Kā teicis DNS struktūras noteikšanas metodes autors un divkārtējais Nobela prēmijas laureāts zinātnē Freds Sangers – cilvēka genoms ir kā grāmata, kas uzrakstīta nezināmā valodā, un mūsu pirmais uzdevums ir iemācīties to. (“It is like a book in a foreign language that you don’t understand. That’s the first job, working the language out.“). Manuprāt mēs vēl ilgi mācīsimies lasīt šo dzīvības grāmatu un pat tad, kad mums šķitīs visu saprotam, vienmēr atradīsim tajā ko jaunu. Gluži kā svētajos rakstos ...