Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

Populacyjna księga życia

Zdjęcie bohatera rozmowy stojącego we wnętrzu laboratorium i patrzącego na wprost (w obiektyw). Z lewej strony postaci widoczny fragment specjalistycznego sprzętu.
fot. z zasobów Katedry Medycyny Sądowej

Z prof. dr. hab. Tomaszem Grzybowskim, kierownikiem Katedry Medycyny Sądowej na Wydziale Lekarskim, o genetyce populacyjnej i sądowej, dziedzictwie biologicznym ludzkości oraz związkach pomiędzy dziedzictwem genetycznym a przynależnością kulturową, religijną, narodową rozmawia Tomasz Ossowski

– Genom, zwany również księgą życia, to zestaw wszystkich genów i innych sekwencji DNA. Genotyp to zespół genów danego osobnika warunkujących jego właściwości dziedziczne. Do którego z tych pojęć odnosi się genetyka populacyjna?

– Przedmiotem naszego zainteresowania są pełne genomy lub ich fragmenty w ujęciu populacyjnym, nie indywidualnym. Populację definiujemy tutaj jako grupę osób, która posiada pewne wspólne cechy, niekoniecznie tylko o charakterze fizycznym, ale również społecznym.

– W jakim zakresie genetyka populacyjna wykorzystywana jest w medycynie sądowej i stanowi podstawę prac prowadzonych w kierowanej przez Pana Profesora katedrze?

– Ma ona fundamentalne znaczenie. Duża część naszej pracy dotyczy określania pokrewieństwa pomiędzy osobami, wskazywania, kto pozostawił ślady biologiczne na miejscach różnych zdarzeń czy też od kogo pochodzą szczątki ludzkie niemożliwe do zidentyfikowania innymi metodami poza analizami DNA. Aby przekonująco odpowiadać na takie pytania, potrzebujemy nie tylko warsztatu laboratoryjnego pozwalającego na uzyskiwanie i porównywanie profili DNA, lecz również dość wyrafinowanej statystyki. Przykładowo, jeśli stwierdzamy, że profil DNA z nasienia pozostawionego w drogach rodnych ofiary gwałtu jest taki sam jak profil podejrzanego, musimy odpowiedzieć, na ile może być to zbieżność przypadkowa, a na ile wynikająca z faktu, że podejrzany rzeczywiście ten materiał pozostawił.

Tu potrzebujemy populacyjnej bazy danych, która pozwoli nam określić częstość tego profilu w populacji, a co za tym idzie, siłę dowodu z badań DNA. Danych populacyjnych potrzebujemy również w sytuacjach, kiedy nie porównujemy profili, nie mamy żadnej wytypowanej osoby lub nawet grupy osób, a mimo to staramy się przewidzieć, skąd pochodzi czy jak wygląda ktoś, kto pozostawił ślad biologiczny kluczowy dla sprawy karnej. Przykładowo, jakiś czas temu wykazaliśmy, że osoba, która pozostawiła konkretny ślad biologiczny kluczowy dla rozwiązania sprawy narkotykowej pochodziła ze wschodniej Azji, a nie z Europy. Nie moglibyśmy tego określić bez znajomości struktury populacji europejskich i azjatyckich. Każdy genetyk sądowy musi być zatem z konieczności również genetykiem populacyjnym. Jednakże generując i analizując dane z różnych światowych populacji, niejako przy okazji przyglądamy się ewolucyjnej historii tych grup, zachodzącym w ich obrębie zjawiskom demograficznym, migracjom czy w końcu związkom ich puli genowej z kultywowanymi przez długi czas zwyczajami.

– Co poprzez DNA odzwierciedla nasza populacyjna księga życia?

– Pula DNA populacji naszego gatunku ewoluuje od ponad 200 tysięcy lat. Na przestrzeni tego czasu miały miejsce najróżniejsze epizody – wyjście naszych przodków z Afryki, kontakty ludzi anatomicznie współczesnych z neandertalczykami, zasiedlenie Eurazji, Australazji i Ameryk, zubożenie puli genowej populacji europejskich związane ze szczytem ostatniego zlodowacenia, ponowne zasiedlenie północnych regionów naszego kontynentu z południowych miejsc schronienia przed lodowcem (z południowych refugiów lodowcowych) czy rozprzestrzenienie rolnictwa z Bliskiego Wschodu na teren Europy. Wszystkie te zjawiska zostawiły swoje ślady w puli genowej populacji, choć znajdujemy je w różnych częściach genomu. Upraszczając nieco, ślady te mają postać pewnych specyficznych wariantów genetycznych bądź zmian w różnorodności puli DNA populacji.

– Jakie w klasycznym ujęciu dziedziczenia są proporcje cech przekazywanych pokoleniowo na poziomie komórkowym DNA?

– Połowę naszego DNA dostajemy od ojca, a połowę od matki, choć są pewne części naszego genomu, które stanowią wyjątki od tej reguły.

– Na czym polegają te odstępstwa od klasycznego sposobu dziedziczenia? Kiedy mówimy o genealogii matczynej (żeńskiej), a kiedy o genealogii ojcowskiej (męskiej)?

– Większą (tzw. nierekombinującą) część chromosomu Y ojciec przekazuje tylko swoim synom, w taki sposób tworzy się więc czysto męska genealogia. Analogicznie, mitochondrialny DNA (mtDNA) przekazuje swoim dzieciom (obojga płci) wyłącznie matka, mówimy zatem o genealogii czysto matczynej. Dzięki takiemu sposobowi dziedziczenia, chromosomy Y i cząsteczki mtDNA w populacjach łatwo podzielić na tzw. haplogrupy, czyli grupy cząsteczek pochodzących od wspólnego przodka. Z kolei dzięki tzw. datowaniu molekularnemu i analizie filogeograficznej jesteśmy w stanie wskazać, gdzie i kiedy takie haplogrupy powstały, a stąd już tylko krok do odtwarzania różnych epizodów z historii populacji.

– W przypadku dziedziczenia w ujęciu epigenetycznym potomstwu może być przekazanych wiele cech niebiologicznych, zależnych m.in. od czynników środowiskowych czy stylu życia rodziców.

– Rzeczywiście, choć oprócz szczegółowych mechanizmów molekularnych, które leżą u podstaw przekazywania cech epigenetycznych z pokolenia na pokolenie – a które w ostatnim czasie wyjątkowo frapują genetyków – warto zwrócić uwagę na praktyczne zastosowania epigenetyki. W naszym środowisku genetyków sądowych szczególne zainteresowanie budzi określanie wieku człowieka na podstawie stopnia metylacji DNA – istnieją na przykład wiarygodne modele pozwalające na określanie wieku z dokładnością do kilku lat z nieznanej próbki krwi, wymazów ze śluzówki policzków czy kości. Ze stopnia metylacji DNA we krwi wnioskuje się także o konsumpcji alkoholu czy paleniu tytoniu. Zakres możliwych aplikacji rośnie tu bardzo szybko.

– Czy inteligencja jest lub może być dziedziczna, czy raczej nabywamy ją wraz z rozwojem osobowościowym i środowiskowym?

– Inteligencja, zwana również generalną zdolnością poznawczą, jest odziedziczalna, lecz po pierwsze – jest to cecha o tzw. złożonym dziedziczeniu, gdzie znaczenie ma wiele różnych genów, każdy o bardzo niewielkim jednostkowym wpływie na cechę, a po drugie – odziedziczalność ta jest różna w różnych grupach wiekowych, rosnąc zdecydowanie od wieku dziecięcego, poprzez okres dojrzewania, aż do wczesnej dorosłości. Istnieją tu zatem bezsprzeczne korelacje pomiędzy genami a środowiskiem – dojrzewając, człowiek nabiera nowych doświadczeń i stopniowo kształtuje swoje wybory i decyzje, w czym pewną rolę odgrywają jego predyspozycje genetyczne.

– Dziedzictwo biologiczne człowieka jest o wiele starsze niż dziedzictwo kulturowe. Jaka jest zależność pomiędzy ewolucją genów a rozwojem kultury?

– Zarówno geny, jak i kultura ewoluują, choć w nieco inny sposób. Geny przekazywane z pokolenia na pokolenie ulegają niewielkim zmianom, a przekazywanie to jest wertykalne, od przodków do potomków. Kultura, a ściślej idee, również ewoluują, lecz przekazywanie tego rodzaju wzorców ma charakter zarówno wertykalny, jak i horyzontalny – pomiędzy osobami z tego samego pokolenia. Tym niemniej, geny i kultura ewoluując wpływają na siebie wzajemnie, co już w latach 80. ubiegłego wieku stało się dla włoskiego genetyka Luigi-Luci Cavalli-Sforzy i jego współpracownika Marcusa Feldmana z Uniwersytetu Stanforda punktem wyjścia dla stworzenia koncepcji współewolucji genów i kultury.

– Zadam pytanie odwrotne – czy można mówić o wpływie wzorców kulturowych na pulę genową człowieka? W tym kontekście przywołuje się genetykę populacji żydowskich, konkretnie aszkenazyjskich.

– Przykładów takiego wpływu można wymienić bardzo wiele. Podejmując wątek populacji aszkenazyjskich, warto podkreślić, że zarówno judaizm, jak i mtDNA przekazywane są w linii żeńskiej. Intuicja kazałaby nam szukać regionalnego rodowodu charakterystycznych haplogrup mitochondrialnych występujących dziś u Żydów aszkenazyjskich na Bliskim Wschodzie, tymczasem jest inaczej. Większość z nich powstała w Europie Zachodniej w wyniku asymilacji lokalnych nie-żydowskich społeczności, która miała miejsce ok. 2 tys. lat temu lub jeszcze wcześniej. Oznacza to, że znaczącą rolę odegrał tu skuteczny prozelityzm (nawracanie na judaizm) wśród kobiet, co jest przecież niczym innym jak zjawiskiem kulturowym. Innego przykładu dostarczają przeprowadzone przez nas już dość dawno badania mtDNA populacji romskich. Romowie z Polski, Litwy, Bułgarii, Rumunii czy Hiszpanii znacząco różnią się od populacji krajów, w których zamieszkują. Co więcej, wspomniane grupy Romów istotnie różnią się między sobą. Wyjaśnieniem dla tych obserwacji jest ich endogamia, czyli zawieranie małżeństw w obrębie własnej grupy. Gdyby jej nie praktykowali, ich pula genowa wyglądałaby z pewnością inaczej.

– Jaki jest związek dziedziczenia i ewolucji genetycznej z przynależnością narodową? Czy granice genetyczne pomiędzy populacjami pokrywają się z granicami państwowymi?

– Musimy pamiętać, że narody, tak jak pojmujemy je dzisiaj, są stosunkowo młodymi tworami. W moim przekonaniu przynależność narodowa nie jest wynikiem zupełnie abstrakcyjnej i dowolnej umowy, ale też nie jest w sposób absolutny zdeterminowana. Narody są naturalnym produktem historii, a w niej dziedziczenie biologiczne miało swoje miejsce. Jednocześnie jednak współczesne narody powstały na podłożu biologicznym istniejącym o wiele wcześniej, stąd pokrywanie się granic politycznych z genetycznymi byłoby czymś absolutnie nieoczekiwanym. Takie zjawisko zanotowano jednak jakiś czas temu na poziomie puli chromosomów Y Polaków i Niemców, gdzie granica genetyczna pomiędzy tymi populacjami pokrywa się niemalże idealnie z dzisiejszą granicą na Odrze i Nysie. Intensywnie spekulowano na ten temat, po czym okazało się, że granica taka istnieje również w przypadku niektórych gatunków zwierząt i roślin, ma zatem prawdopodobnie podłoże geograficzne.

– A co można powiedzieć na temat genu Polaka lub „genu sprzeciwu”, mającego ponoć charakteryzować naszą narodowość?

– Taki gen oczywiście nie istnieje, choć pula DNA populacji słowiańskojęzycznych wykazuje pewną niewielką odrębność względem innych populacji europejskich.

– Przy okazji rozważań o genetyce nie sposób nie wspomnieć o koncepcji rasy. Wydaje się, że podziały rasowe w biologii okazały się szkodliwe i aktualnie nie znajdują uzasadnienia naukowego.

– W moim przekonaniu dla wyeliminowania koncepcji rasy z nauk biologicznych najwięcej zrobili właśnie genetycy populacyjni. Już w roku 1972 Richard Lewontin z Uniwersytetu w Chicago opublikował rozdział w monografii, z którego wynikało, że różnice genetyczne pomiędzy definiowanymi wówczas grupami rasowymi są o wiele mniejsze niż się spodziewano (stanowiły średnio tylko około 6,3 procent całkowitej zmienności), a ogromna większość różnic ma charakter międzyosobniczy, czyli pomiędzy osobami wewnątrz populacji (do ponad 99 procent). Późniejsze bardzo liczne doniesienia jedynie potwierdziły tą zależność. Różnice pomiędzy populacjami zamieszkującymi różne kontynenty oczywiście istnieją i można je praktycznie wykorzystać chociażby we wspomnianych wcześniej badaniach predykcyjnych w genetyce sądowej, jednakże nie są one na tyle duże, aby nasz gatunek można było podzielić na rasy.

Koncepcja rasy łączyła się nierozerwalnie ze zjawiskami rasizmu i w konsekwencji eugeniki. Mimo że początkowo miały one konotacje pozytywne albo przynajmniej neutralne, to jednak w dziejach ludzkości zapisały się negatywnie i tragicznie.

– Eugenika i naukowy rasizm to bez wątpienia czarne karty historii nauk o życiu. Błędem jest przy tym przypisywanie największych naukowych „dokonań” w tym zakresie nazistowskim Niemcom. Wprawdzie to nazistowskie Niemcy wprowadziły masową eksterminację jako skuteczny, w ich mniemaniu, instrument poprawienia puli genowej, ale podwaliny dla eugeniki i naukowego rasizmu stworzyli dystyngowani angielscy dżentelmeni – Sir Francis Galton i jego uczeń Karl Pearson (którym notabene współczesna nauka zawdzięcza również nieco pozytywnych osiągnięć). W USA te idee sytuowały się w latach 1901–1939 w głównym nurcie nauk o życiu, a jednemu z ich głównych promotorów Charlesowi Davenportowi chętnie udostępniał swoje łamy opiniotwórczy magazyn „Science”. Dziś wiemy, iż eugenika nie miała żadnych podstaw naukowych, a oparta była na błędnym przekonaniu, że takie cechy jak choroby psychiczne, alkoholizm czy nawet ubóstwo podlegają prostemu mendlowskiemu dziedziczeniu i można je wyeliminować z populacji poprzez sterowane przez urzędników nielosowe kojarzenie ludzi i inne ingerencje w ich rozrodczość. Tego rozdziału w moim przekonaniu nie da się ot tak wymazać z historii, powinien nas jednak nauczyć pewnego krytycyzmu i dystansu do osiągnięć nauki, które w danej chwili wydają się nie do zakwestionowania lub promowane są przez wpływowych naukowców.

– Jaki według Pana Profesora będzie dalszy rozwój genetyki – będzie ona próbowała docierać do coraz głębszych poziomów molekularnych czy może będzie szukała nowych zależności pomiędzy odkrytymi już skomplikowanymi strukturami?

– Dziś najbardziej przewidywalnym kierunkiem rozwoju jest po pierwsze – wzbogacenie naukowych podstaw medycyny o osiągnięcia z zakresu genomiki (wiedzy o całych genomach, a nie tylko jego częściach), a po drugie – zastosowanie tej wiedzy w codziennej praktyce klinicznej. Skoro o genomie wiemy już tak dużo, kwestią niedługiego czasu jest wprowadzenie w życie wciąż powtarzanego hasła „medycyny spersonalizowanej”, czyli zależnej od genetycznego wyposażenia konkretnego pacjenta. Genomika populacyjna na pewno wtrąci tu swoje trzy grosze, gdyż wyposażenie to różni się pomiędzy populacjami o różnym pochodzeniu biogeograficznym.

– Dziękuję za rozmowę

pozostałe wiadomości

galeria zdjęć

ilustracyjne [fot.z zasobów Katedry Medycyny Sądowej] ilustracyjne [fot.z zasobów Katedry Medycyny Sądowej]