Era leczenia przez komputer

Obliczanie człowieka
Z pomocą matematyki i komputerów osiąga się dziś w biologii i medycynie cele spoza horyzontów wyobraźni.
Ideałem terapii byłby program komputerowy z elektronicznym archiwum naszych genów.
PantherMedia

Ideałem terapii byłby program komputerowy z elektronicznym archiwum naszych genów.

Dzisiaj ludzki genom można rozszyfrować w jeden dzień. 15 lat temu potrzeba było na to 2,5 roku.
Corbis

Dzisiaj ludzki genom można rozszyfrować w jeden dzień. 15 lat temu potrzeba było na to 2,5 roku.

Cele są jasne: zatrzymać raka, Alzheimera, cukrzycę. A osiągnąć je można, dostosowując terapię do konkretnego przypadku i konkretnego człowieka, do jego indywidualnych cech określonych przez geny i środowisko. Co roku miliardy dolarów wydajemy na pokonanie schorzeń tak znanych, że niemal oswojonych. I tylko lakoniczne wzmianki, że znów „po długiej i ciężkiej chorobie” odszedł ktoś bliski lub, znany uświadamiają, że rak nie boi się nazwiska ani fortuny, a degeneracja neuronów jest w stanie pokonać największe umysły. 

Ideałem terapii byłby program na komputer, tablet, a może smartfon. Mała aplikacja lub serwis internetowy, wszystko jedno. A w nim elektroniczny zapis tego, co mamy w sobie – archiwum naszych genów i matematyczny opis milionów logicznych połączeń pomiędzy nimi. Oczywiście musi być gdzieś przycisk START, najlepiej zielony. No więc startujemy.

Problemem nie są tajemnicze prawa fizyki rządzące światem ożywionym. Elektromagnetyzm, mechanikę czy teorię kwantów znamy dość dobrze już od lat. Te same prawa opisują wiązania chemiczne pomiędzy atomami w strukturze diamentu, jak i białka. Sęk tkwi w ogromnym stopniu skomplikowania zjawisk biologicznych. Wszystko zaczyna się od jednej maleńkiej komórki o średnicy około dziesiątej części milimetra. To w niej po zapłodnieniu znajdują się 23 pary chromosomów (od obojga rodziców) z upakowanym DNA – podwójną helisą z informacją. Po rozwinięciu komplet DNA od jednego rodzica mierzy trzy metry i zawiera trzy miliardy znaków – nukleotydów, z których każdy może przyjąć jedną z czterech wartości: A, C, G, T. Do zapisu czterech wartości potrzeba co najmniej dwóch bitów, więc całość zajmie około 750 MB, ot zwykłą płytkę CD. 

W kilku miliardach literek zapisanych jest nieco ponad 30 tys. genów – sekwencji nukleotydów z przepisem na stworzenie białek, budulca naszych organów i wykonawcę komórkowych poleceń. Spacje pomiędzy genami też są ważne, choć jeszcze nie do końca wiemy, jak działają i za co odpowiadają. To częsty motyw w biologii – im więcej wiemy, tym więcej pojawia się znaków zapytania. Na szczęście, bo każda kolejna zagadka to obietnica fantastycznych odkryć. Prawdziwa terra incognita tuż pod naszym nosem, jednak skala zjawisk jest tak ogromna, że bez pomocy komputerów nie zrozumiemy nic.

Tropienie podziałów

Dziś ludzki genom można rozszyfrować w jeden dzień. Na przełomie wieków zespół Craiga Ventera potrzebował do analizy danych z eksperymentów dwóch i pół roku pracy 160-procesorowego klastra. W 2000 r., kiedy standardowy rozmiar dysku twardego wynosił 10 GB, oni potrzebowali 500 GB. Przedsięwzięcie kosztowało grube miliony dolarów i trwało dobrych parę lat pracy kilkusetosobowego zespołu. W styczniu 2012 r. firma Life Technologies Corp. pokazała światu urządzenie, które sekwencjonuje cały genom człowieka w jeden dzień za 1000 dol.

To jednak nie wszystko. Do zmaterializowania się informacji genetycznej w postaci koloru oczu, kształtu ciała, cech osobowości czy wreszcie predyspozycji do schorzeń potrzeba niezwykłej maszynerii molekularnej. To ona interpretuje genom i rozpoczyna proces podziału jednej pojedynczej zapłodnionej komórki, by w końcu ustalić ich pełną liczbę na około 50 bln u dorosłego człowieka. Niektóre z nich, jak neurony (mamy ich około 100 mld), towarzyszą nam przez całe życie, inne, jak na przykład komórki tłuszczowe, wymieniamy mniej więcej co 10 lat, a komórki skóry co kilka dni. To właśnie procesy kontrolujące liczbę komórek tłuszczowych są na celowniku setek laboratoriów; tabletka na otyłość wciąż czeka na odkrycie. Naukowcy w ogóle darzą szczególnym zainteresowaniem podziały komórkowe, gdyż to błędy i pomyłki w tych właśnie procesach stoją za powstawaniem nowotworów.

Błędy występują już podczas produkcji białek z informacji zawartej w genach. Białka to ogromne cząsteczki o fantazyjnych kształtach, składające się z tysięcy atomów. Uczestniczą praktycznie we wszystkich procesach biochemicznych w organizmach żywych. To właśnie ich trójwymiarowe kształty decydują o funkcji i o tym, czy dany proces zajdzie, czy nie. Kształt wynika z sekwencji zapisanej w DNA, a jeżeli sekwencja zawiera przekłamanie (wystarczy jeden zły bit), istnieje ryzyko, że białko się odpowiednio nie zwinie, czyli nie otrzyma należytego kształtu. Efektem tego są dziesiątki schorzeń: anemia, cukrzyca, Alzheimer, Parkinson – to tylko ułamek całej litanii. Nieprawidłowe zwinięcie białka może być też jak najbardziej pożądane. Dzieje się tak, gdy chcemy na przykład zatrzymać infekcje wirusowe. Atak odpowiednią substancją chemiczną na białka wirusowe potrafi unieszkodliwić intruza. Tak projektuje się leki. W komputerze.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną