Základy genetiky člověka v dědičnost člověka (humánní genetika) je aplikací obecných genetických zákonitostí na člověka (dědičnost lidských znaků podléhá stejným zákonitostem jako dědičnost znaků všech biologických druhů) v metodické postupy genetiky člověka se však liší od metod obecné genetiky v výzkumné možnosti v genetice člověka jsou ve srovnání s genetikou rostlin a živočichů značně omezeny Ø u člověka není možné z etických důvodů používat metody experimentální genetiky (pokusné křížení není možné provádět ani na jedincích ani na celých populacích) Ø nelze uplatnit selekční či podobné přístupy Ø lidské partnerské páry mají málo potomků na to, aby bylo možné dědičnost znaků analyzovat přímo podle štěpných poměrů v jednotlivých generacích (Mendelovy zákony mají statistický charakter – zákonitosti velkých čísel) Ønevýhodou je dlouhá generační doba člověka max. 4 generace
(20-25 let)
genetik může objektivně sledovat
Ø každý lidský jedinec je nesmírně složitý polyhybrid s rozsáhlým a složitým genotypem a tím i fenotypem Ø jádro každé tělní (somatické) buňky obsahuje dvě sady po 23 chromozomech a každá z nich obsahuje asi 35 000 lokusů s geny, průměrná délka každého genu je téměř 27 000 párů bází, jaderná DNA má téměř 3 miliardy párů bází, což přibližně odpovídá délce téměř dvou metrů Ø většina znaků člověka je polygenních, se složitou dědičností, jen asi 900 standardních lidských znaků je monogenních, s dědičností Mendelovskou Ø člověk žije v populacích, které se liší velikostí a mírou své izolace, v populacích se různě uplatňují vlivy genetického posunu, inbreedingu, … (výrazně narušovaná panmixie nenáhodným párováním lidských partnerů) 1
Ø člověk je silně ovlivňován vnějším prostředím (výchovou, životem ve společnosti, školou, zaměstnáním, lékařskou péčí, …), existence myšlení a společenského vědomí často spolupůsobí při vývoji některých lidských vlastností a tato nedědičná složka proměnlivosti pak v lidském fenotypu výrazně převládá, mnohdy se projev takovýchto vlastností v mnoha generacích za sebou označuje jako extrasomatická (mimotělní) nebo také sociální dědičnost Analyzovat lidský genom je tedy mimořádně nesnadné, současně naopak velmi důležité. Každý lidský znak přitom vzniká na zděděném základě, má svůj stupeň dědivosti. Platí to i pro znaky tak typicky získané z prostředí, jako jsou příznaky infekčních chorob. Obraz přenosné choroby totiž neurčuje jen infikující patogenní mikrob, nýbrž i stav imunitního obranného systému nemocného – a ten je funkcí řady genů.
1 Metody výzkumu V genetice člověka lze uplatňovat experimentální přístup pouze na genové a chromozomové úrovni, kdy je možno zkoumat lidské buňky vyjmuté z organismu. Provádět pokusy na lidských jedincích nebo dokonce na celých populacích není možné, a proto se v lidské genetice v široké míře uplatňují pozorovací metody, zaměřené na získávání fenotypových, zejména kvantitativních údajů. Tím se v ní otvírá široký prostor také pro statistické zpracování dat. Metodická báze genetiky člověka má tedy jiné akcenty než genetika všech ostatních organismů. Má k dispozici zejména tyto postupy (v praxi se obvykle kombinují): • výzkum molekulárně genetický • výzkum cytogenetický • vyšetřování lidských fenotypů • výzkum rodokmenů • výzkum dvojčat • výzkum populací
1.1 Výzkum molekulárně genetický Pro molekulární genetiku je dnes rutinní záležitostí izolace DNA z buněčných jader kteréhokoli druhu. U člověka se DNA nejčastěji izoluje z lymfocytů periferní krve, pomnožených v kultuře. Izolovanou DNA lze pak řadou metod analyzovat. Do roku 2001 bylo vysekvencováno 93,5% lidské DNA. Poznání genomu člověka se neustále zrychluje (předpoklad 100% znalosti do roku 2010) a přednostně se soustředí na oblasti kritické pro jeho zdraví – na geny jejichž mutace jsou příčinou vážných dědičných chorob. Takové mutace je pak možno prokazovat specifickými genovými sondami (komerčně dostupnými řetězci DNA příslušného mutovaného genu). Principem vyšetření je zjištění, zda daná oblast s genovou sondou hybridizuje. Pokud ano, je příslušná genová mutace přítomna i ve vyšetřované DNA, třeba jen heterozygotně, a tudíž – jde-li o mutaci recesivníbez fenotypového uplatnění. Tak lze dnes přímo odhalovat i zdravé přenašeče mnoha dědičných chorob. Hybridizaci s genovou sondou lze přitom provádět s různými modifikacemi. Tato metoda se nazývá mutační analýza, resp. přímá DNA diagnostika. Současná molekulární genetika umožňuje i tzv. segregační analýzu genomu, neboli jeho nepřímou DNA diagnostiku. To je - opět na analýze DNA založené – odhalování ohrožených jedinců v rodině (rodu) s výskytem určitého dědičného onemocnění, aniž by u nich šlo o odhalení příčinné genové mutace. 1.1.1 Genová diagnóza
2
Moderní metody molekulární genetiky přinesly klinické genetice mimo jiné genovou diagnózu. Dnes už je možno ve všech zemích s vyspělým zdravotnictvím vyšetřovat DNA jedince na přítomnost určitých mutantních, a tudíž potenciálně choroboplodných genových alel. Cesty jsou k tomu v podstatě dvě: - metoda sondy - přímé vyšetření nukleotidové sekvence 1.1.1.1 Sonda DNA
Sonda DNA je množina stejných kopií polynukleotidového řetězce DNA, komplementárního k dané mutované genové sekvenci. Sonda je označena radioaktivním izotopem (který lze prokázat autoradiograficky), fluorescenční látkou (kterou lze prokázat UV-mikroskopií) anebo určitou specifickou látkou (prokazatelnou chemickou reakcí, obvykle barevnou). Genová DNA, izolovaná z pacienta, se přiměřeně namnoží, denaturuje se (tzn. oddělí se v ní oba polynukleotidové řetězce) a k roztoku se „přidá“ vhodná sonda. Směs se pak náležitým ochlazením přiměje k obnovení původní struktury. Pokud sonda najde ve směsi řetězce o komplementárním pořadí bází, páruje se s nimi a vzniklé dvouřetězcové produkty v ní lze prokázat podle značení (viz obr. 56). Sondy mohou být dlouhé několik desítek až několik tisíc nukleotidů, v praxi se obvykle užívají sondy kratší (oligonukleotidové). Začínají se využívat pro konstrukci DNA-čipů – drobných sklíček, na nichž je naneseno velmi mnoho sond DNA. Dnes už existují čipy, jimiž lzenajednou monitorovat stav tisíců až desetitisíců genů, jsou sice velmi drahé, ale vývoj v tomto směru neustále pokračuje. Genové sondy se však většinou připravují k prokázání určitého genového lokusu (nikoli mutovaného genu). Taková sonda se váže na standardní – nemutovanou – sekvenci genu a lze jí prokázat jeho chromozomovou lokalizaci. Diagnostickou hybridizaci se specifickou sondou lze dnes provádět přímo v buňkách. V této podobě se metoda nazývá FISH (fluorescent in situ hybridization) a řadí se k metodám cytogenetickým. 1.1.1.2 Přímé vyšetření nukleotidové sekvence
Druhou, obecně použitelnou, ale náročnější metodou je přímé vyšetření nukleotidové sekvence příslušné genové DNA – izolované a namnožené. Metodu lze samozřejmě použít k vyšetření všech genů, pro něž je nukleotidová sekvence standardní alely známa. Každá jiná zjištěná sekvence daného genu je potom mutantní.
3
Vyšetření genové DNA je na pořadu dne. Lze je provádět nejen u dospělých lidí a dětí, ale i u dětí ještě nenarozených, plodů a embryí – jde o prenatální genovou diagnostiku. Prenatální vyšetření se provádí nejčastěji z buněk plodu, odebraných drobným chirurgickým zásahem (punkcí) do matčiny dělohy – tzv. amniocentézou (obr. 8.11).
1.2 Výzkum cytogenetický Rozšiřují a zpřesňují se metody vyšetření karyotypu každého člověka (především technikami proužkování chromozomů. Srovnáním se standardním obrazem lidským metafázových chromozomů (idiogramem - obr. 8.22) lze tak stále přesněji a citlivěji zjišťovat jejich strukturní a numerické aberace (mutace chromozomové i genomové). V současné době roste i diagnostický význam metody molekulárně cytogenetické tzv. FISH (viz výše). DNA sonda je označena fluorescenčním barvivem a její vazbu lze prokázat fluorescenčním mikroskopem. Umožňuje diagnostikovat i velmi malé chromozomové aberace. Velmi tomu napomáhá metoda mFISH (mnohobarevné FISH) umožňuje obarvit každý chromozom nebo jeho část při mutačních změnách jinou barvou.
1.3 Vyšetřování lidských fenotypů Neustále se rozšiřuje spektrum metod individuálního výzkumu jednotlivých lidských fenotypových znaků (kvalitativních i kvantitativních). Základem jsou pozorování somatoskopická a měření somatometrická 4
(prováděná podle empiricky vyvozených standardů), vyšetření typologická, funkční (včetně psychických), cytologická, imunologická a biochemická. Genetika zde může využívat širokého spektra klinických vyšetření.
1.4 Výzkum rodokmenů Rodopis (genealogie) je nejběžnějším metodickým postupem genetiky člověka. Je to analýza rodového výskytu určitého znaku, její výsledky se zpravidla vyjadřují graficky tzv. genealogickými schématy, jež se konstruují podle určitých pravidel s využitím mezinárodně srozumitelných symbolů (obr. 8.23). Humánní genetika přitom vychází od žijícího člověka, u něhož byl sledován znak poprvé (v rámci daného rodu) zjištěn – od tzv. probanda. Následujícím výzkumem je pak nutno zjistit existenci téhož znaku (téže formy znaku) u probandových případných potomků, u obou jeho rodičů, všech čtyř prarodičů atd. – co nejdále do minulosti (to je tzv. hloubka rodokmenu) a dále u všech sourozenců probanda, sourozenců jeho rodičů a jejich potomků, u sourozenců prarodičů a jejich potomků atd. (což je tzv. šířka rodokmenu). Nejstarší zjistitelná generace se označuje I., další II., III., atd. Nelze zde užívat označení P, F1, F2, atd. obvyklých v genetice experimentální) Stupeň příbuznosti vyjadřuje genetika koeficientem příbuznosti (r), ten udává pravděpodobný podíl společných alel pro obě příbuzné osoby. Tak pro jednovaječná dvojčata je r = 1 (mají 100% společných alel shodných), pro sourozence r = 0,5 (mají pravděpodobně 50% alel shodných, pro dědečka (babičku) a vnuka (vnučku) r = 0,25 (25%), pro dva bratrance či dvě sestřenice r = 0,125 (pravděpodobnost, že bratranec a sestřenice ponesou shodnou alelu určitého genu je tedy 12,5%). Přitom moderní zákonodárství ještě připouští sňatek mezi sestřenicí a bratrancem. Takový sňatek je vždy rizikový, záleží na tom, zda je rod, z něhož oba pocházejí, zatížen recesivní alelou pro dědičnou poruchu. Ale to obvykle nemohou vědět …
5
6
1.5 Výzkum dvojčat U člověka existují dva typy dvojčat, vznikající dvěma zcela různými způsoby a mající proto zcela různý genetický význam. Dvojčata dvouvaječná (dizygotní) vznikají oplozením dvou současně dozrálých vajíček (samozřejmě každého jinou spermií). Anebo je standardně oplozeno jedno zralé vajíčko jednou spermií, ale první rýhovací dělení zygoty první dvě blastomery od sebe zcela oddělí, dále se pak každá z nich rýhuje a vyvíjí samostatně. Tak vznikají dvojčata jednovaječná (monozygotní). Jen asi ve 4% případů vznikají jednovaječná dvojčata až rozdělením zárodečného terčíku. Dvouvaječná dvojčata jsou 3x až 4x častější než jednovaječná. Frekvence jednovaječných dvojčat je stálá (asi 0,3 %), zatímco frekvence dvouvaječných dvojčat se zvyšuje s věkem matky. Z genetického hlediska jsou dvouvaječná dvojčata v podstatě dva stejně staří sourozenci, mohou být téhož či opačného pohlaví. Mají v průměru 50% genových alel shodných, koeficient příbuznosti je 0,5. V jednotlivých znacích jeví velmi rozmanitou frekvenci shody i neshody. Naproti tomu dvojčata jednovaječná dědí po obou svých rodičích přesně tytéž genové alely. Je to v podstatě jeden potomek rozdělený ve dva. Koeficient příbuznosti je 1. Jsou tedy vždy stejného pohlaví a navzájem k nerozeznání stejná, proto se označují jako dvojčata identická. Pokud se v některém znaku přece liší, pak jen nezřetelně a příslušný rozdíl musel vzniknout až po jejich zplození, nejčastěji až po narození. Většinou jde o rozdíl ve znaku polygenním (kvantitativním) a vznikl v důsledku působení některého exogenního faktoru. Dvojčata přinášejí genetice výhodné možnosti zjišťování dědivosti (heritability) lidských znaků. Dědivostí rozumíme podíl dědičnosti na fenotypovém vyjádření znaku. Nejčastěji se srovnává frekvence shody, resp. neshody v určitém znaku vždy mezi oběma členy souboru párů dvojčat dvouvaječných a jednovaječných. Jestliže je daný znak určen (teoreticky) pouze vlivem prostředí, pak v něm budou dvojčata obou souborů vždy shodná. Opačně - jestliže je sledovaný znak podmíněn pouze genotypově, bez ohledu na prostředí, 7
pak v něm budou shodná pouze dvojčata jednovaječná, zatímco dvouvaječná se v něm budou v určitém poměru štěpit (zpravidla 1:1). V praxi se rozdíl shodnosti u dvojčat jednovaječných a dvouvaječných pokládá za přímo úměrný stupni genetického určení znaku, který se vyjadřuje v procentech. Druhou možnost poskytují sama jednovaječná dvojčata, a to v těch řídkých případech, kdy jsou - dříve či později po narození - od sebe oddělena a vyrůstají v různých prostředích. Znaky, které zůstanou přesto u obou shodné, jsou určeny převážně dědičně, znaky, jež se u nich vyvinou rozdílně, jsou dány především působením rozdílných faktorů prostředí. 1.6 Výzkum populací Pro potřeby genetického výzkumu se populace člověka pokládají za panmiktické. Pro výpočty genových a genotypových frekvencí lze využít Hardyho-Weinbergova zákona, většinou však je přitom nutno aplikovat určité korekční faktory, protože neomezená panmixie v lidských populacích ve skutečnosti neexistuje. Běžné je nenáhodné párování: tendence dávat přednost životnímu partnerovi, u něhož nalézáme fyzické, psychické, resp. sociální znaky podobné vlastním. Postuláty genetiky populací jsou velmi významné nejen teoreticky, nýbrž i prakticky: poskytují údaje o populačních frekvencích konkrétních alel pro dědičné choroby. Tak např. recesivní alela pro nejčastější monogenně dědičnou chorobu, cystickou fibrózu, se u evropských populací vyskytuje přibližně u 4% obyvatel, alela pro fenylketonurii téměř u 1% obyvatel, atd. Tyto údaje potřebuje klinická genetika k výpočtům pravděpodobnosti výskytu dané choroby v potomstvu rodičů s určitým genotypovým pozadím. Východiskem takových kalkulací je obvykle statisticky zjištěná frekvence nositelů recesivní formy znaku, tj. recesivních homozygotů, v populaci. Nejvyšší měrou porušují panmixii příbuzenské sňatky. Sňatky bratranců a setřenic jsou vněkterých zemích poměrně časté, zvláště v zemích arabských a v Indii. Zde dosahují frekvence až 30%. Příbuzenské křížení vede zákonitě i u člověka ke zvýšení incidence homozygotů v potomstvu, což samozřejmě znamená i zvýšení výskytu jedinců homozygotních pro nepřízně působící recesivní alely.
2 Dědičné choroby a dispozice Genotyp člověka určuje výraznou měrou i jeho zdravotní stav. Genotypový podíl na poruchách zdraví člověka je však různý. Genetika člověka se blíže zabývá dvěma velkými skupinami chorob: a) chorobami, na jejichž vzniku se spolu se specifickými činiteli životního prostředí příčinně podílejí složkou genotypu, vytvářející tzv. dispozici vůči nim b) chorobami, jež vznikají jako projev genetických mutací, tedy příko v důsledku změn v genetických informacích, to jsou vlastní dědičné choroby 2.1 Dědičné dispozice k chorobám Ke vzniku některých chorob je nezbytně třeba kromě vyvolávajícího činitele prostředí, tzv. expozičního vlivu, ještě určitého činitele genotypového, tzv. dispozice k onemocnění. Chorobu vyvolá pouze spolupůsobení obou těchto složek. Vyvolávající vliv (činitel) prostředí je zpravidla specifický (určitá složka potravy, vliv počasí, např. slunečního záření, charakter práce aj.) a jeho správné a včasné poznání je jedinou spolehlivou cestou prevence (předcházení) těchto chorob u lidí, kteří k nim nesou dědičnou dispozici. 8
Choroby vznikající na základě dědičných dispozic se stupněm své dědivosti značně liší. K nejčastějším z nich patří: neuróza - zvýšená dráždivost ústředního nervstva, projevující se např. sníženou schopností soustředění, různými mimovolními pohyby, poruchami spánku, náladovostí atd. esenciální hypertenze - vysoký krevní tlak vznikající bez prokazatelných primárních příčin (ledvinných, srdečních či jiných s řadou příznaků dalších) alergie - průduškové astma, kožní ekzémy, senná rýma atd. křečové žíly - dispozice k ochabnutí žilních stěn s následným rozvojem onemocnění cukrovka 2. typu - civilizační choroba, výskyt dán také životním stylem (přejídání se, málo pohybu) Tyto choroby se vyskytují familiárně (obvykle jimi trpí více sourozenců) a vykazují polygenní typ dědičnosti. Pacientům trpícím některou z chorob s výraznou dědičnou dispozicí se doporučuje jako základní léčebné opatření rodinný ochranný režim (současně se doporučuje i jejich rodinným příslušníkům, kteří prozatím touto chorobou netrpí). Jedná se o soubor optimálních životních podmínek a životosprávy, směřující proti zevním činitelů vyvolávajícím chorobu. Rodinný ochranný režim je různý podle charakteru choroby a je nutno jej vypracovat specificky podle konkrétních podmínek rodiny. 2.2 Dědičné choroby Lékařská věda zná v současnosti tisíce dědičných chorob. Jsou to choroby, které se za obvyklých životních podmínek s téměř stoprocentní jistotou projevují u jedinců s určitými charakteristickými odchylkami genotypu. Znamená to, že jsou vyvolány specifickými mutacemi, nejčastěji genovými, ale také chromozomovými nebo genomovými (v řadě případů dochází ke kombinacím u chromozomových a genomových mutací). Podíl vnějších vlivů na vzniku dědičných chorob se tedy blíží k nule. Specifičtí činitelé prostředí se však mohou podílet na jejich patogenezi, tj. na rozvoji jejich příznaků. Mezi dědičnými chorobami vysoce převažují ty, jejichž příčinou je mutací změněná a tudíž chybná genetická informace určitých genů. Tyto choroby jsou proto vesměs monogenní a jednoduše dědičné podle Mendelových zákonů. Chybná informace strukturního genu působí i zde buď neschopnost vytvářet určitý peptidový řetězec, popř. bílkovinu (většinou enzym nebo hormon), která pak v celém organismu chybí, anebo vytváří bílkoviny afunkční. Výsledek je vždy týž: organismus postrádá schopnost určité specifické metabolické či fyziologické reakce. Protože podstatou takových chorob je absence určité bílkovinné molekuly nazýváme je chorobami molekulárními. Celkový výskyt genetických chorob Kategorie dědičné choroby Monogenní choroby (genové mutace) • autozomálně dominantní • autozomálně recesivní • vázané na gonozóm X • vázané na gonozóm Y Chromozomální aberace Numerické aberace chromozómů (genomové mutace)
Frekvence/1000 obyvatel 1,8 – 9,5 2,2 – 2,5 0,5 – 2,0 0,1 6,8 6,5
U řady metabolických chorob je možná dokonalá prevence: už od narození postiženého jedince musíme vyloučit z jeho stravy látku (např. cukr nebo aminokyselinu), jejíž metabolická dráha je vlivem mutace 9
v jeho organismu přerušena, a její zděděný defekt pak nemá možnost se projevit. Tato a podobná preventivní opatření upravující jen příslušný fenotyp a nedotýkající se mutací změněného genotypu, se nazývají eufenická. 2.2.1 Monogenní choroby
2.2.1.1 Autozomálně dominantní
Uvedené choroby se dědí jako dominantní znaky. Znamená to, že postižené osoby jsou většinou heterozygoti. K projevu choroby stačí přítomnost jediné mutantní alely. Jedinci s autozomálně dominantní chorobou mají ve většině případů alespoň jednoho postiženého rodiče, který jim tuto mutantní alelu předává. Pravděpodobnost, že se takové osobě narodí po sňatku se zdravým recesivním homozygotem stejně postižené dítě je 50 %. Pokud se postižený potomek narodí dvěma zdravým rodičům, jde o nově vzniklou mutaci, k níž došlo v gametách jednoho z rodičů. Ø Huntingtonova choroba – rozvíjí se zpravidla po dosažení věku 30-40 let a zpočátku se projevuje poruchami koordinace pohybů a mimovolnými záškuby, postupně dochází k těžkému postižení nervové aktivity, které vede k rozsáhlým poruchám psychiky, svalové činnosti a nakonec k úmrtí pacienta Ø chondrodystrofie – geneticky podmíněná porucha kostní tkáně, která vede k nápadně malému (trpasličímu) vzrůstu Ø polydaktylie – výskyt nadpočetných prstů na horní nebo dolní končetině Ø srůsty prstů – výskyt srůstů na horní nebo dolní končetině Ø brachydaktylie – výskyt silně zkrácených prstů na nohou i rukou 2.2.1.2 Autozomálně recesivní
Uvedené choroby se dědí jako recesivní znak, což znamená, že postižený jedinec je recesivním homozygotem (má v genotypu obě alely mutantní). Jeho rodiče jsou většinou zdraví heterozygoti, neboť druhá nemutovaná alela je dominantní a zajišťuje vytváření plně funkčního proteinu. Tyto osoby (tzv. přenašeči) však mají 25% pravděpodobnost, že se jim narodí dítě s autozomálně recesivní chorobou (viz druhý Mendelův zákon). U dědičných chorob metabolismu lze laboratorním vyšetřením krve heterozygotů u nich prokázat hladinu příslušného enzymu sníženou na polovinu oproti normální hladině. Ø fenylketonurie – nazývaná též hyperfenylalaninémie, jde o poruchu metabolismu fenylalaninu, defekt enzymu způsobí, že se v těle koncentruje fenylalanin a některé jeho metabolické produkty, pokud není choroba rozpoznána, způsobí tyto nahromaděné látky nevratné poškození nervových buněk, takže se u zpočátku zdravého dítěte rozvine těžká mentální retardace, v současnosti se u nás novorozenci vyšetřují a pokud je u nich fenylketonurie prokázána, lze vhodnou dietou (speciální strava bez fenylalaninu) předejít dalšímu rozvoji choroby
10
Ø tyrosinemie – porucha metabolismu aminokyseliny tyrosinu (nefunkční enzym pro jeho odbourání), nahromaděné metabolické produkty tyrosinu působí jako toxiny na játra a dochází tak k jaternímu selhání, léčba spočívá opět v dietě Ø albinismus – známá metabolická porucha enzymu, zprostředkujícího syntézu pigmentu melaninu z tyrosinu, albinotické osoby mají nápadně růžovou pokožku, světlé vlasy i ostatní ochlupení a šedomodrou duhovku s červeným odleskem, v mnoha případech trpí poruchami zraku Ø alkaptonurie – metabolická porucha projevující se tím, že moč nemocných na vzduchu rychle tmavne, už od roku 1891 se vědělo, že je to proto, že obsahuje abnormální metabolit kyselinu homogentisovou (homogentisát), Angličan Sir Archibald Garrod v roce 1902 bystře usoudil, že jde o nefunkčnost nějakého genu a že je tato choroba recesivně dědičná, dnes víme, že chybějícím enzymem je oxidáza kyseliny homogentisové a že chorobu charakterizuje řada vážnějších následků (onemocnění kloubů, páteře a ztráta pohyblivosti) Ø celiakie – je autoimunitní dědičné onemocnění způsobené trvalou nesnášenlivostí lepku (glutenu) tj. hlavní bílkovinné složky obsažené v povrchové vrstvě obilek pšenice, ječmene a žita, některé štěpné produkty lepku (peptidy) vyvolávají u postižených jedinců trvalou tvorbu protilátek k těmto peptidům a i k některým vlastním bílkovinám lidského organismu (tzv. autoprotilátky) Ø galaktozémie – chybí enzym pro průběh normálního řetězce pro odbourávání cukru galaktózy, nezpracovaný meziprodukt (galaktózo-1-fosfát) se hromadí ve většině vnitřních orgánů, kde toxicky působí, vznikají tak vážné příznaky (nechutenství, hypoglykémie, žloutenka, svraštění jater, zvětšení sleziny, poškození ledvin, zákal oční čočky, zpomalení psychického vývoje), jediná mutovaná alela tak způsobuje řadu patologických znaků (pleiotropní efekt), vzniku choroby lze předejít vyloučením mléka a mléčných výrobků ze stravy Ø cystická fibróza – nejčastější molekulární choroba, v důsledku mutace genu CFTR na dlouhém raménku 7. chromozómu ztrácejí děti enormní množství chloridových iontů pocením, epitel vývodů žláz není schopen absorbovat zpět do buněk NaCl z jejich výměšků, tento proces probíhá ve vývodech většiny žláz s vnější sekrecí (potní, pankreatu, dýchacích cest, střeva atd.), sekrety všech žláz houstnou a vývody se ucpávají, klesá obranyschopnost sliznic, usidlují se zde bakteriální infekce a přidávají se alergie, choroba končí selháním dýchání, ještě nedávno umíraly postižené děti do dvou let, dnešní léčba umožnila přežití přes věk dvaceti let Obecnou příčinou cystické fibrózy je delece tripletu (deletovány jsou báze CTT), ve výsledném proteinu chybí fenylalanin, izoleucin zůstává (kóduje ho jak triplet ATC tak ATT) standardní DNA + … CAA AAT ATC ATC TTT GGT GTT TCC … pořadí AMK … Glu Asn Ile Ile Phe Gly Val Ser … mutovaná DNA + … CAA AAT ATC AT--T GGT GTT TCC … 11
pořadí AMK … Glu Asn Ile Ile Gly Val Ser … Ø srpkovitá anémie – je jiným příkladem onemocnění s pleiotropním efektem, toto onemocnění je příčinou úmrtí postižených jedinců před dosažením dospělosti, alela mutovaného genu vyvolává několik snadno pozorovatelných fenotypových znaků: • červené krvinky mají protáhlý, srpkovitý tvar a obsahují nefunkční vláknité molekuly hemoglobinu • proudění krve v krevních kapilárách je blokováno, tkáně jsou nedostatečně zásobovány O2, což se projevuje bolestmi kloubů a břicha • slezina je zvětšená, neboť v ní dochází k odbourávání a odstraňování nefunkčních červených krvinek, jejich celkový počet se zmenšuje právě o tyto srpkovité krvinky a dochází k letální anémii • heterozygotní jedinci jsou odolní proti malárii, tito jedinci produkují jak zdravé tak nefunkční molekuly hemoglobinu, původci malárie napadají přednostně srpkovité krvinky, v oblastech s výskytem malárie recesivní homozygoti umírají na následky srpkovité anémie a dominantní homozygoti na malárii, heterozygoti naopak v těchto oblastech přežívají a mutovanou alelu s negativním pleiotropiím účinkem přenáší na potomstvo
2.2.1.3 Gonozomální choroby Tyto choroby jsou vázány na pohlavní chromozomy, konkrétně na jejich heterologní úseky. Geny vázané na úseky homologní se řídí pravidly pro dědičnost autozomální(úplná barvoslepost, jedna z forem odchlipovaní sítnice, zvýšená pigmentace a následná atrofie kůže na místech vystavených slunci). Ø choroby vázané na heterologní úsek chromozomu X Alela hemizygotní (viz níže) u mužského pohlavní, vyšší výskyt chorob tohoto charakteru u mužů. • hemofilie – neschopnost syntetizovat jeden z faktorů srážení krve - recesivní • daltonismus – porucha barvocitu (neschopnost rozlišovat červenou a zelenou barvu) – recesivní • Duchenneova svalová dystrofie – degenerace svalových vláken s roztroušeným chronickým zánětem, vazivovým zbytněním a hypertrofií zbylých svalových vláken, příčinou je tvorba defektního proteinu dystrofinu dána mutovanou alelou na chromozomu X, projevuje se kolem 3. - 5. roku života špatnou koordinací pohybů, která zhruba ve 12 letech vede k upoutání na vozík, choroba může končit smrtí kolem 20. roku života v důsledku dystrofie srdečního a dýchacích svalů Ø choroby vázané na heterologní úsek chromozomu Y Za této situace nemůžeme mluvit o dominanci a recesivitě, protože se alela vyskytuje v hemizygotním stavu (chybí jí alela párová). Znak se přenáší výhradně po mužské linii (z dědy na otce, syna, vnuka). Jedná se o dědičnost přímou (holandrickou). • leontiasis hystrix – zvýšené rohovatění pokožky
12
2.2.2 Chromozomové a numerické aberace
Mají velmi specifický dopad na zdraví svých nositelů. Vždy jde o mutační poškození určitých genů. Chromozomové a numerické aberace jsou zodpovědné za více než 100 chorob a před zavedením specializovaných vyšetření v těhotenství byly nalézány téměř u 1% všech novorozenců. V mnoha případech jsou chromozomové změny u plodu příčinou spontánních potratů.
Ø chronická myeloidní leukémie – je příkladem tzv. strukturní aberace (tzv. filadelfský chromozom), jde tu o vzájemnou translokaci (přesun části jednoho chromozomu na jiný) specifických koncových částí dlouhých ramen mezi autozomy 9 a 22, touto translokací se protoonkogen abl (v lokusu na chromozomu 9) dostává do těsného sousedství s genem bcr na chromozomu 22, splývá s ním a vytváří tak informaci pro abnormální protein, pod jehož vlivem se leukocyt vymyká kontrole svého cyklu, takže se mění v nádorový, (standardní proteiny kódované jednotlivými geny se podílí na aktivaci určitých enzymů)
13
Ø DiGeorgův syndrom – delece (ztráta vnitřní části chromozomu) malé části dlouhých ramének chromozomu 22 se projevuje těžkými vrozenými srdečními vadami, často též poruchami imunity a dalšími závažnými příznaky (rozštěpy patra a rtu – ty mohou být dány také mutacemi polygenů , poruchami metabolismu Ca atd.), v mnoha případech je nutno srdeční vadu odoperovat ihned po narození dítěte Ø inverze – jedná se o přemístění genetického materiálu v rámci jednoho chromozomu (např. část dlouhých ramen je napojena na ramena krátká), osoby nesoucí inverzí postižený chromozom zpravidla nebývají postiženy, neboť celkové množství genetického materiálu je stejné jako u jedinců s normálním karyotypem, existuje však riziko, že při vzniku pohlavních buněk při procesu crossingover dojde k chybnému párování s nepozměněných homologním chromozomem a následnému nerovnoměrnému rozdělení genetického materiálu do gamet (přecházejí do nich dva poškozené chromozomy – jeden s nadbytkem a druhý s nedostatkem genetického materiálu, oba pak mohou způsobit závažná poškození u potomků) Ø Downův syndrom – spadá jak do kategorie chromozomových (translokační forma – jedinec má v karyotypu sice 46 chromozomů, ale na 14 chromozom je translokován třetí nadbytečný chromozom 21) tak numerických aberací (trisomie 21 chromozomu, v karyotypu je 47 chromozomů – aneuploidie), klinický obraz je u obou typů stejný, pacienti mají charakteristický obličej (šikmý neboli mongoloidní směr očních štěrbin, nápadně široký knoflíkovitý nos, pootevřená ústa, nápadně velký jazyk) a jsou postiženi výraznou mentální retardací, často se u nich vyskytují závažné zdravotní komplikace (zejména srdeční vady), riziko postižení potomka roste s věkem matky (viz graf dále) Mezi laickou veřejností se občas objevuje názor, že děti s Downovým syndromem jsou nevzdělavatelné a nevychovatelné. Ve skutečnosti jsou v naprosté většině schopny dobře komunikovat se svým okolím, jsou vděčné za jakýkoli projev přízně a naučí se (byť pomaleji) různým činnostem. Mnohé z nich projevují výrazné umělecké nadání. V současnosti již nejsou pacienti s Downovým syndromem zcela izolováni v ústavech sociální péče, ale jsou v maximální možné míře integrováni do různých oblastí našeho každodenního života. Nemalou zásluhu na tom mají občanská sdružení zaměřená na podporu postižených rodin, mnozí lékaři i samotní rodiče dětí s Downovým syndromem.
14
Ø Edwardsův syndrom – trisomie 18. chromozomu způsobuje těžké vývojové poruchy vnitřních orgánů i nervové soustavy, do konce 1. roku života umírá 88% novorozenců, podobný efekt má trisomie 13. chromozomu (Pataův syndrom) Ø syndrom kočičího mňoukání (cri-du-chat) – vzniká delecí úseku 5. chromozomu, špatně vyvinuté končetiny, mentální retardace, pláč připomínající kočičí mňoukání, brzká smrt Numerické aberace gonozomů Tyto aberace ovlivňují utváření pohlavních znaků. O významu gonozomů při určení pohlaví svědčí již pozorování T. H. Morgana. Ten prokázal, že změna počtu, resp. poměrného zastoupení heterochromozomů v karyotypu octomilky způsobuje u postižených jedinců sterilitu doprovázenou výraznými změnami v utváření pohlavních znaků. Ukázalo se, že podobné poruchy spojené s gonozomálními aberacemi existují i u člověka. Ø Turnerův syndrom – způsobený monosomií chromozomu X, postižení jedinci jsou ženského pohlaví a ve svých buňkách mají pouze 45, XO chromozomů (22 párů autozomů a jediný chromozom X), ve většině případů jsou sterilní s opožděným duševním vývojem a trpí vrozenou srdeční vadou, četnost výskytu 1:5000 porodů Ø syndrom XXX (superžena – superfemale) – v karyotypu se nejčastěji vyskytuje 47, XXX (také 48, XXXX nebo 49, XXXXX), plodnost u těchto žen je snížena nebo chybí, duševní vývoj je opožděný až k slabomyslnosti, četnost výskytu 1:700 porodů Ø Klinenfelterův syndrom – v karyotypu je sestava 47, XXY nebo 48,XXXY (popř. 49, XXXXY nebo 50, XXXXXY), muži mají slabě vyvinuté sekundární pohlavní znaky, sníženou potenci až neplodnost, slabomyslnost, četnost výskytu 1:500 porodů Ø syndrom XYY (supermuž - supermale) – karyotyp sestavy 47,XYY, bývá přítomna lehká duševní retardace, jedinci jsou vysocí a často se u nich projevují poruchy chování způsobené psychickou labilitou, dříve uváděnou zvýšenou agresivitu dnešní průzkum nepotvrzuje, četnost 1:1000 porodů Ø YO – karyotyp 45, YO znamená zánik zygoty a tudíž neslučitelnost s životem Ø intersex – je poruchou, kdy se u postiženého jedince vyvíjejí obojetné gonády a nevyhraněný genitál, který nelze jednoznačně přiřadit ani k jednomu pohlaví, příčinou může být přítomnost buněk s různou kombinací monozomů, tělo jedince je mozaikou, v níž jsou přítomny buňky se dvěma chromozomy X spolu s buňkami obsahujícími gonozomy X a Y 15
Zvláštní skupinu dědičných chorob tvoří vrozené vývojové vady vznikající už během nitroděložního vývoje. Některé se vyskytují až u 5 % dětí. Těchto vad je mnoho, postihují nejrůznější orgány a zpravidla znamenají postižení pro celý život. Řadu z nich však dovede úspěšně napravovat moderní plastická chirurgie. Jde o typický zásah eufenický, jenž vede ke zvýšení životaschopnosti postižených jedinců, a tedy i ke zvýšení četnosti přenosu příslušné nežádoucí alely na další generace a k postupnému zvyšování jejího výskytu v genofondu populace. Pokud jsou tyto vady podmíněny genově, jde nejčastěji o polygenii (za spoluúčasti prostředí či o prostou dominanci, některé však mohou vyplývat z chromozomových aberací.
16
2.2.3 Mitochondriální choroby
Postižena je genetická informace v mitochondriální DNA (mtDNA), nemoc se tedy přenáší výhradně po mateřské linii (absence otcovských mitochondrií v oplozeném vajíčku, po proniknutí spermie do vajíčka dochází k jejich autodegradaci). Postiženi mohou být synové i dcery, ovšem jen dcery mohou mutovanou alelu předávat dále na potomstvo. Většina takovýchto mutací je spojena s poruchou energetické funkce mitochondrií, proto se tyto mutace projevují zejména poruchami energeticky náročných orgánů (svaly, nervová soustava, zrakové ústrojí). Zpravidla mají pozdější nástup (až v dospělém věku). Ø encefalomyopatie – postihuje svalstvo a mozek, průvodními jevy jsou psychické poruchy, mentální retardace, slabomyslnost, poruchy zraku a sluchu, ochrnutí poloviny těla a očních svalů, afázie Ø Leberova atrofie optického nervu - jde o onemocnění s nástupem na začátku dospělosti a projeví se rychlým, progresivním a oboustranným ubýváním zraku a následnou slepotou, dochází k atrofii zrakového nervu (n. opticus) 17
2.3 Preventivní opatření Rozlišujeme opatření eufenická, která upravují pouze fenotyp (úprava stravy, plastická chirurgie) a vedou ke zvýšení životaschopnosti postižených (neovlivňují genotyp, riziko ve zvyšování četnosti negativní alely v genofondu populace) a opatření eugenická, která se snaží předcházet genetickému zatížení populace (genetické poradenství). Vyspělá lékařská věda dnes zachrání řadu lidí s genetickými chorobami, kteří by se dříve ani nedožili dospělosti, a tak vzrůstá riziko rozšíření nežádoucí alely v populaci (v Kanadě bylo zjištěno 77 slepých potomků jednoho člověka s dědičnou aniridií – chyběním oční duhovky). Eugenika Eugenikou rozumíme soubor vědecky fundovaných snah a opatření směřujících ke zvyšování kvality lidstva. Je to hraniční obor geneticko-lékařsko-sociologický, který využívá poznatků těchto věd ve prospěch genofondu a tím i dědičných znaků lidstva. – omezování výskytu chorobných alel (nutnost humánních metod: Ø eugenika negativní doporučování zábrany početí, interrupce, dobrovolné sterilizace aj.), mnoho problémů etických (viz níže), chorobná alela může být kombinována s cennou (dědičná forma cukrovky bývá často provázena nadprůměrnou inteligencí) Ø eugenika pozitivní – je oborem spíše spekulativním, neboť diskutuje posilování kvalitních genotypů a jejich cílevědomé vytváření, zatím není jasné jak by takový ideální genotyp měl vypadat, vyskytují se také problémy etické (člověk není jen úzce biologickou bytostí) Nacistické Německo – apokalypsa na základech eugeniky Obludných rozměrů dosáhla přímá aplikace eugenických zásad zejména v nacistickém Německu. Již 1. ledna 1934 (necelý rok po zvolení Adolfa Hitlera říšským kancléřem) vstoupil v Německu v platnost zákon o zábraně plození dědičně zatíženého potomstva. Ten umožňoval násilnou sterilizaci jedinců, kteří byli slabomyslní, psychicky nemocní nebo postižení vrozenou tělesnou vadou. Tak bylo do roku 1944 provedeno neuvěřitelných 300 000 – 400 000 sterilizací “geneticky nehodnotných“ osob. Snaha o údajné „zkvalitnění rasy“ později vyústila v přímou fyzickou likvidaci těchto jedinců. Jako „zbytečná přítěž národního společenství“ byli transportováni do zvláštních ústavů a tam vražděni smrtícím plynem. Veřejnosti byla tato opatření ospravedlňována jako „eutanazie“ (milosrdná smrt), přinášející úlevu nevyléčitelně nemocným. Předpokládá se, že do roku 1941 (kdy Hitler akci po protestech některých církevních činitelů formálně ukončil) bylo z těchto důvodů zavražděno přes 70 000 lidí, zejména dětí. Od likvidace „geneticky nevhodných“ příslušníků vlastního národa byl jen krůček k vyhlazování národů jiných, které byly podle nacistů „rasově méněcenné“ jako celek. Všeobecně je známa tragédie několika miliónů Židů a Romů, povražděných v německých táborech smrti. Podobný osud připravovali nacisté i dalším (zejména slovanským) národům. Eugenika tak vyústila v otevřený rasismus. Svérázným produktem eugenických zásad byly ústavy označované jako „Lebensborn“ (Pramen života). V nich byly internovány (popř. přímo plozeny) tzv. rasově cenné děti, v mnoha případech násilně zavlečené z různých oblastí Evropy. Po převýchově měly být umístěny do německých rodin a rozšířit tak řady „rasově čistých“ příslušníků německého národa. Genetické poradenství Genetické poradenství je součástí lékařské (klinické) genetiky, která je významnou složkou preventivní medicíny. Umožňuje vyhledávat ty členy populace, kteří ve svých genotypech nesou patogenně působící alely či dědičně přenosné chromozomové aberace, a předcházet narození jejich postižených potomků. Ve všech zemích s vyspělým zdravotnictvím funguje síť specializovaných zařízení v oboru klinické genetiky, která jednak cíleně vyhledávají nositele mutací mezi občany, kteří jsou vystaveni jejich zvýšenému riziku (např. profesionálně nebo věkově), a jednak provádějí odborná vyšetření občanů, kteří se na ně v geneticky 18
rizikových rodových situacích obracejí. Oběma skupinám populace pak poskytují nezbytné konzultace. Klinická genetika má k dispozici celý soubor postupů a metod, jak zjistit míru rizika, že by budoucí potomek byl postižen určitou dědičnou chorobou či vadou. Stanovují tedy v konkrétních případech genetickou prognózu. Své klienty s ní seznamují a předkládají jim možná alternativní řešení jejich situace. Příští potenciální rodiče se pak sami rozhodnou, chtějí-li dítě s daným rizikem dané poruchy přivést na svět nebo ne. I těhotenství, které už probíhá, je ze zákonných genetických důvodů možno předčasně ukončit. Dnes tak už lze i geneticky zatíženým rodičům zaručit narození zdravého dítěte. Všechny tyto úkoly připadají tzv. genetickému poradenství. Dědičně postižené dítě se však většinou rodí mladým, zdravým a nepříbuzným manželům, tady v rodinách, kterým není o jejich genetické zátěži nic známo. Je to dáno tím, že většina dědičných onemocnění a vývojových vad se dědí recesivně a polygenně. Proto zdravotnictví rozvíjí preventivní vyhledávací (skríningové) programy, a to ve dvou rovinách: Ø celoplošný skríning – vztahuje se na každou těhotnou ženu a může tak relativně spolehlivě zachytit těhotenství se zvýšeným rizikem výskytu nejčastějších dědičných chorob a vad plodu (genových mutací a chromozomálních aberací Ø skríning cílený – vztahuje se k rizikovým skupinám rodičů (jejich vyšší věk, známá genetická zátěž v rodu, rizikové povolání vzhledem k mutacím) Pomoc lékaře-genetika potřebují například rodiče, kterým se již narodilo postižené dítě a chtějí znát výši rizika stejného postižení pro další plánované děti, ale i to, jak tomu riziku čelit a jaké jsou možnosti, aby se narodilo dítě zdravé. Takových možností má moderní genetika mnoho. Začínají zvýšenou všestrannou zdravotnickou péčí o matku ještě před otěhotněním, dále sledováním vývoje plodu a zjišťování odchylek pomocí ultrazvuku, prenatální genetickou diagnostiku chromozomálně podmíněných odchylek (amniocentéza - např. u těhotných starších 30 let, kde je riziko výskytu plodů s Downovým syndromem vyšší), prenatální diagnostikou metabolických vad a konečně molekulární prenatální diagnostiku na úrovni genů (bouřlivě se rozvíjí). Vývoj lékařské genetiky směřuje od stanovování pravděpodobnosti postižení (výše rizika) ke stanovení jistoty, zda jedinec bude či nebude postižený, zda ve svém genomu má či nemá příslušný patologický gen. Při postižení plodu je krajním řešením umělé přerušení těhotenství (interrupce), jehož možnost (nikoli nutnost) je dána zákonem. Lékařská genetika také odhaluje nosiče patologických genů nebo genetických dispozic, kteří jsou ještě zdraví, ale u kterých se choroba projeví v pozdějším věku. Umožňuje zajistit zvýšenou lékařskou péči (dispenzarizaci) o takového jedince, zavést u něj taková preventivní opatření, aby se příslušné onemocnění neobjevilo, nebo jeho vznik oddálit (cukrovka, arterioskleróza, srdeční onemocnění, některé nádorové a nervové choroby, …). Umožňuje také zahájit patřičnou léčbu již při prvních (často nenápadných) příznacích onemocnění. Také biochemická vyšetření plodové vody mohou kvalitativním a kvantitativním výskytem určitých sloučenin (např. určitých bílkovin) signalizovat vážné vývojové poruchy.
3 Výzkum lidského genomu Projekt “Lidský genom” (HGP – Human Genome Project nebo HUGO – Humane Genome Oraganization) nejvelkolepější mezinárodní výzkumný projekt, který kdy biologie vytvořila, byl zahájen v USA roku 1990. Jeho iniciátorem byl laureát Nobelovy ceny za objev molekulární struktury DNA James D. Watson. Cílem projektu bylo úplné poznání všech genů člověka, tj, zjištění jejich nukleotidových sekvencí (přesněji všech nukleotidových sekvencí DNA lidských chromozomů a vymezení všech genů v ní) včetně poznání jejich funkcí, a tedy i zařazení všech genů do chromozomových map lidského karyotypu. V roce 2001 pak byly oznámeny výsledky tímto projektem dosažené. Ukázalo se, že člověk má jenom 39 000 strukturních genů (předpoklad více než 100 000). Více než 26 000 z nich je již přesně vymezeno v mapách chromozomů. Navzdory optimistickým tvrzením médií nelze říci, 19
že by byl projekt ukončen a všechny otázky zodpovězeny. Dosažené výsledky HGP však již nyní umožňují velmi detailní pohled na molekulární podstatu lidské dědičnosti. Do klinických pracovišť byla zavedena řada nových molekulárněbiologických metod. S jejich pomocí lze vyšetřit různé mutace u pacientů s geneticky podmíněnými chorobami nebo stanovit riziko genetického postižení u potomstva zdravých přenašečů. Mnohé z těchto možností se využívají při preimplantační a prenatální diagnostice. Intenzivně se zkoumají možnosti genové terapie, která by v buňkách pacientů nahradila mutované geny normálními funkčními alelami. Současně je otevřena možnost individuálně cílené přípravy léků pro jedince o daném genotypu, léků nejvhodnějších a nejúčinnějších (je možné „šít léky na míru“ jedince).
4 Moderní genetické metody 4.1 Klonování Při klonování se z jedné předlohy vytváří více kopií. Příkladem přirozeného klonování je vegetativní množení rostlin, vznik jednovaječných dvojčat, polyembryonie (rozpad embrya na několik buněk, z nichž každá dává vznik jednomu jedinci). Umělé klonování živočichů se provádí dvěma způsoby: Ø embryonálním klonováním – tj. rozdělením embrya na několik částí, z nichž vznikají noví jedinci Ø transnukleárním klonováním – tj. přenosem jádra z jedné buňky do vajíčka, jehož jádro bylo odstraněno Velké naděje se vkládají do transnukleárního klonování člověka. Zejména by se v budoucnosti mohlo uplatnit reprodukční klonování směřující ke vzniku jedince geneticky shodného s dárcem jádra. Tato metoda by pomohla zejména neplodným párům, u nichž selhávají všechny metody umělého oplození. Rovněž terapeutické klonování, jehož podstatou je získat transplantát (přenosem jádra pacienta do vajíčka by vzniklo embryo, jehož kmenové buňky by mohly být transplantovány do těla) umožňující bezproblémové přijetí imunitním systémem pacienta, je pro lidstvo více než zajímavé. Vzhledem k etickým a legislativním problémům je klonování člověka v mnoha zemích zakázáno. Pokusy s klonováním savců jsou zatím úspěšné jen v malém počtu případů, takže jejich praktické využití není možné. 4.2 Genové inženýrství Je perspektivním oborem založeným na horizontálním přenosu genů. Podle charakteru vektorové molekuly DNA rozlišujeme: Ø transdukci – přenášený úsek DNA je včleněn do virového gynoforu Ø transformaci – přenášený úsek DNA je začleněn do plazmidu Přenosem cizího genu (transgenu) vzniká geneticky modifikovaný organismus. Zpočátku se genové manipulace prováděly jen u bakterií a kvasinek, později též u savců a rostlin. Vložení transgenu do vektoru umožňují techniky rekombinační DNA. Spočívají v rozštěpení vektorové molekuly restrikční endonukleázou. K volným koncům této molekuly je cizí gen připojen pomocí DNA-ligázy. Cílem genových manipulací je především: Ø zvýšit výnosy, odolnost, nutriční hodnoty zemědělských plodin Ø zvýšit produkci hospodářských zvířat, drůbeže a ryb Ø zlepšit chuť, kvalitu a trvanlivost potravin Ø připravit léčiva a jiné biopreparáty ve vyšším množství a kvalitě Ø vypěstovat mikroorganismy vhodné pro ekologické čištění vody, půdy či jiných složek prostředí Přes nesporné výhody jsou geneticky modifikované organismy, zejména transgenní plodiny častým předmětem diskuzí. Odpůrci upozorňují na jejich nepředvídatelný vliv na zdraví člověka i na celé ekosystémy. Uvažuje se též o genové terapii embryí, která by mohla pomoci rodinám s výskytem monogenních chorob. Podáním virového vektoru s nemutovaným genem by bylo možné vyléčit všechny buňky, takže by se jedinec narodil zcela zdravý. Začlenění virové DNA do genomu by však mohlo způsobit nevratné poškození plodu. Etickou otázkou zůstává možná genetická diskriminace osob s prokázaným rizikem vzniku geneticky podmíněné choroby. Ta se může projevit např. nepřijetím pacienta do práce nebo odmítnutím pojištění. Nejúčinnější obranou proti genetické diskriminaci je důsledné respektování práv pacienta a přísná ochrana osobních a lékařských dat. 20
