Genetikaren ibilbidea (VI): Osagaietatik osotasunera

Koldo Garcia

Aurreko atalean ikusi genuen DNA kopiatzeko, irakurtzeko eta maneiatzeko teknika berriek genetikaren garapen handia eta azkarra ekarri zutela. Hurrengo urteetan genetikak jauzi egin zuen geneak banan-banan ikertzetik bizidun baten gene guztiak batera ikertzera. Material genetikoa bere osotasunean aztertzeari ekin zioten. Genomikaren aroan sartu zen genetika.

Genoma esaten diogu bizidun baten material genetikoari, hau da bere gene guztien eta gainontzeko osagai genetikoen multzoari. Genoma terminoa, gene eta kromosoma hitzak elkartzetik dator eta Hans Winkler alemaniarrak 1920an sortu zuen, genomikaren aroa iritsi baino 75 urte lehenago.

Aurreko atalean esan genuen Sanger teknikaren bitartez sekuentziatu zirela birusen genomak, hauek txikiak baitziren. Bizidunen genomak, ordea, handiagoak dira eta beraz teknika hau ez zen nahikoa. Teknika honen mugak gainditzeko ikertzaileei konponbide bat bururatu zitzaien: DNA-sekuentzia luze hauek hartu, bakoitza zoriz moztu eta, horrela, gainjartzen diren DNA-zati txikiak lortu. Gero zati txikiago hauek Sanger teknikaren bidez sekuentziatu. Azkenik, puzzle baten piezak balira bezala, ordenagailuen laguntzarekin, jatorrizko DNA sekuentzia berreraiki. Teknika honi ingelesez Shotgun sequencing deitzen zaio, eta hemen “zorizko sekuentziazio” bezala euskaratuko dugu.

Hurbilketa hau, Haemophilus influenzae bakterioan erabili zen 1995ean, lehenengo aldiz bizidun baten genoma sekuentziatzeko. Craig Venter estatubatuarraren eta bere taldearen lanari esker sekuentziatu zen ia 2 milioi letra dituen genoma hau.

Urte bat beranduago, 1996an sekuentziatu zen Saccharomyces cerevisiae legamia, ogia, ardoa edota garagardoa egiteko erabiltzen dena. Legamia hau izan zen lehenengo sekuentziatu zen eukariotoa. Genoma honek 12 milioi letra baino pixka bat gehiago ditu eta gizakiaren sekuentziazioa ahalbidetuko zuten tekniken hobekuntza ekarri zuen. Bi urte beranduago, 1998an, lehen zelula anitzeko bizidunaren genoma sekuentziatu zen, Caenorhabditis elegans zizarearena hain zuzen ere. Bere genomak 100 milioi letra inguru ditu eta beste lau urte gehiago behar izan ziren guztiz sekuentziatzeko, 1998an aurkeztu zen zirriborroak hainbat hutsune baitzituen.

Gero eta bizidun konplexuagoak eta genoma handiagoak sekuentziatzen joan ziren ikertzaileak, eta gizakiarena sekuentziatu zuten besteak beste. Gizakiaren genomaren egitasmo publikoa 1984. urtean plazaratu eta 1990. urtean jarri zuten abian. 6 herrialdetako 20 ikerkuntza-gunek eta unibertsitatek hartu zuten parte eta 3.000 milioi dolarreko aurrekontua izan zuten. 1998. urtean Celera enpresak ere bere egitasmoa abiatu zuen 300 milioi dolarreko aurrekontua zutela. Egitasmo publikoak pausuz pausuko zorizko sekuentziazioa erabili zuen (1. irudian behealdean ikus daitekeena); sistema hau geldoagoa zen, baina genomaren sekuentzia berreraikitzeko sendoagoa. Egitasmo pribatuak, pausuz pausuko sekuentziazioa erabili beharrean, genoma osoko sekuentziazioa erabili zuen (1. irudian goialdean ikus daitekeena). Horren ondorioz egitasmo pribatuan arinago lortu ziren sekuentziak eta merkeagoa izan zen prozesua. Hala ere, esan beharrekoa da egitasmo publikoak sortutako datuez baliatu zirela genomaren sekuentzia berreraikitzeko. Bi egitasmoen zirriborroak 2000. urteko ekainaren 26an aurkeztu ziren, Bill Clinton EEBBko Presidentearen eta Tony Blair Erresuma Batuko Lehen Ministroaren eskutik. Egitasmo publikoarena Nature aldizkarian argitaratu zen eta egitasmo pribatuarena Science aldizkarian. Biak ere 2001eko otsaileko aleetan argitaratu ziren hain ospetsu diren aldizkari horietan.

2003. urteko apirilaren 14an gizakiaren sekuentzia ia behin-betikoa aurkeztu zen eta 2006. urteko maiatzean guztiz bukatutzat eman zen. 3.000 milioi letratik gora dituen genoma sekuentziatzeko ahalegin ikaragarri honi esker jakin zen gizakiok 20.000 gene inguru ditugula, uste zena baina gutxiago; horretaz gain, jakin dugu proteinetara itzultzen den genomaren zatia %2a besterik ez dela eta gure DNA errepikatzen diren sekuentziez beteta dagoela, uste zena baino askoz gehiago.

Hala ere, genoma bakarra ez zen nahikoa, nahastura bat bazen ere. Garestia zen eta denbora asko behar zen genoma bat sekuentziatzeko. Hortaz, giza aldakortasuna eta gaixotasunen oinarri genetikoa aztertzeko aldakorrak diren lekuak ikertu ziren, genoma osoak aztertu beharrean. Esate baterako, ugariak diren markatzaile genetiko jakin batzuk aztertzen hasi ziren, hain zuzen nukleotido bakarreko polimorfismo bezala ezagutzen direnak (SNP; ingelesez, single-nucleotide polymorphism). Esperimentu berean posible da honelako milaka markatzaile aztertzea eta informazio oso baliagarria lortzen da. Ezaugarri hauek SNPak aztertzeko tekniken erabilpena eta garapena erraztu zuten. Hori ez zen nahikoa ordea, eta genomen sekuentzia osoak behar ziren genomak ondo ulertzeko. Hurrengo belaunaldiko sekuentziazio metodoak deitu zirenak etorri ziren gero lehen aipatutako arazoak konpontzera. Metodo hauek genomak arinago eta merkeago sekuentzia zezaketen, baina arazo bat zuten: lortzen ziren piezak, sekuentziak, oso laburrak ziren eta puzzlea, hau da, genoma berreraikitzea zaila zen. Arazo honi konponbidea aurkitu zitzaion bioinformatikaren garapenari esker. Jakintzagai honek elkarrekin uztartzen ditu biologia, matematika eta informatika. Matematikei esker hurbilketa eta algoritmo berriak sortu ziren; informatikak gero eta konputazio-gaitasun handiagoa eta eraginkorragoak ekarri zituen eta, horrela, galdera biologiko konplexuagoak egiteko gaitasuna eskuratu zuen genetikak. Genomak bere osotasunean edo intereseko ziren eskualdeak sekuentziatu eta aztertuz, denbora gutxian datu genomikoen kopurua izugarri handitu zen.

Esan dugun bezala genomak sekuentziatzeko eta aztertzeko gaitasuna handitzen joan da. Gaur egun, eskuragarri ditugu gutxi gorabehera 13.000 bizidunen genomen informazioa eta gero eta gehiago dira gizakiotan eskuragarri ditugun genoma zatiak edo genoma osoak. Genoma osoak baditugu ere, ez ditugu erantzun guztiak aurkitu eta, hortaz, beste maila batzuk aztertzen hasi dira ikertzaileak. Genoma hitzarekin egin bezala, “-oma” atzizkia jarri zitzaien geneekin eta genetikarekin lotura duten beste arlo batzuei, oro har “omak” bezala ezagutzen direnak: epigenoma, geneen aktibitatea kontrolatzen duten osagai multzoa; transkriptoma, aktibo dauden gene multzoa; edota proteoma, zelula bateko proteina multzoa. Hau dela eta, orain genomikaren osteko garaia bizi dugula esaten da.

Ibilbidearen bukaerara heldu bagara ere, genetikak asko du esateko. Etorkizuna erronkaz betea izango du baina bi nabarmendu nahiko nituzke: batetik “oma” ezberdinen uztartzea eta bestetik, bizidun ezberdinen arteko erkaketa. Gainera genomikaren osteko garaian bagaude ere, genomikak ez du azken hitza igorri. Trantsizio garai batean gaude, hirugarren belaunaldiko sekuentziazio metodoen zain. Teknologia hauei esker sekuentzia laburrak lortu beharrean sekuentzia oso luzeak lortuko dira. Honek genomen ikerkuntzan eragin handia izan lezake eta ondorioz, orain genomei buruz dakiguna irauli liteke. Genetikak garai liluragarri bat du aurretik, aurreko 110 urteetakoa bezain liluragarria.

Sei atal hauetan ezagutu ditugu genetikaren ibilbide nagusiak izan dituen mugarriak. Hala ere, ez dugu genetikaren historia guztia ezagutu. Horretarako paraleloan joan diren eta behin baino gehiagotan gurutzatu diren beste ibilbide batzuk ezagutzea falta zaigu. Horiek guztiak hurrengo ataletan aztertuko ditugu, udazkenarekin batera.

Egileaz: Koldo Garcia (@koldotxu) Biodonostia OIIko ikertzailea da. Biologian lizentziatua eta genetikan doktorea da eta Edonola gunean genetika eta genomika jorratzen ditu.

Genetikari buruzko artikulu-sorta

1. Genetikaren ibilbidea (I): Ilarrei begira.
2. Genetikaren ibilbidea (II): Izena duen guztia bada.
3. Genetikaren ibilbidea (III): Kromosomen sekretuak argitzen.
4. Genetikaren ibilbidea (IV): Informazioa helize batean.
5. Genetikaren ibilbidea (V): Informazioa maneiatzen.
6. Genetikaren ibilbidea (VI): Osagaietatik osotasunera.
7. Genetikaren ibilbidea (VII): Eboluzioak eta genetikak topo egin zutenekoak.
8. Genetikaren ibilbidea (VIII): Gaixotasunen genetika.
9. Genetikaren ibilbidea (eta IX): Eppur si muove.