Rozwój genetyki w ostatnim stuleciu sprawił, że zupełnie inaczej spojrzeliśmy na zagadnienia związane z komórkami i funkcją naszego organizmu. Jedną z największych tajemnic życia, która  nurtowała ludzkość już od zarania dziejów, był wzrost i rozwój organizmów oraz przekazywanie cech z pokolenia na pokolenia. Wszelkie odkrycia i przyznawane Nagrody Nobla za osiągnięcia w dziedzinie nauk medycznych mogą ilustrować wielki przełom, który ukazuję genetykę w zupełnie inny sposób. Poznanie 20 lat temu genomu ludzkiego jest jednym z największych osiągnięć naukowych biologii i medycyny. Dla człowieka opis genomu człowieka był kamieniem milowym, głównie w dziedzinie medycyny – w profilaktyce, diagnostyce i leczeniu wielu chorób. Zapraszamy w fascynującą podróż przez krotką historię odkryć dokonanych przez wielkich badaczy praw rządzących całym światem życia.

Już w starożytności obserwowano pewne wzorce reprodukcji: zwierzęta rodziły potomstwo tego
samego gatunku, dzieci przypominały swoich rodziców, a rośliny dawały początek podobnym roślinom. Jednymi z pierwszych teorii dotyczących reprodukcji, dziedziczności i przekazywania informacji z rodzica na potomstwo były twierdzenia opracowane w starożytnej Grecji w IV wieku p.n.e.. Teorie te zakładały, że każda „część” rodzica musi być przekazywana w pewien sposób, tak aby stworzyć odpowiadającą jej część ciała w potomstwie, co miało wyjaśniać obserwowane podobieństwa między rodzicami a ich dziećmi. Jednym z powodów, dla których teorie te były niedokładne, było to, że starożytni Grecy nie mieli wglądu w obraz mikroskopowy a ich twierdzenia opierały się wyłącznie na obserwacjach.

 

Rozwój mikroskopii oraz badania nad rozpoznawaniem komórek i mikroorganizmów nastąpiły dopiero pod koniec XVII wieku, kiedy to brytyjski przyrodnik Robert Hooke (1635-1703) po raz pierwszy zaobserwował komórki przez mikroskop. Do tego czasu dziedziczność pozostawała słabo poznana. W 1858 roku nastąpił jeden z najważniejszych momentów w badaniach nad dziedzicznością. Brytyjscy przyrodnicy Charles Darwin (1809-1882) i Alfred Russel Wallace (1823-1913) ogłosili teorię doboru naturalnego – ideę, postulującą, że dane osobniki populacji, które są lepiej przystosowane do swojego środowiska będą tymi, którzy przetrwają i przekażą swoje cechy następnemu pokoleniu. Darwin opublikował swoje teorie w książce „O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego” (1859). Jego praca nie była pozytywnie oceniana, zwłaszcza przez przywódców religijnych, którzy uważali, że obala ona biblijną interpretację tego, jak powstało życie na Ziemi. Nawet w XXI wieku idea, że życie rozwija się stopniowo poprzez naturalne procesy nie jest akceptowana przez wszystkich i spór o kreacjonizm i ewolucję trwa nadal.

Nasze współczesne rozumienie, w jaki sposób cechy mogą być dziedziczone przez pokolenia, wywodzi
się z zasad zaproponowanych przez Gregora Mendla w 1865 roku. Jednak Mendel nie odkrył tych
fundamentalnych zasad dziedziczenia, badając istoty ludzkie…a groch pospolity. Mendel zaproponował trzy fundamentalne zasady dziedziczenia. Zasady te ostatecznie pomogły klinicystom w badaniach nad chorobami ludzkimi – jak na przykład badania Archibalda Garroda, w której zastosował on zasady Mendla do swoich badań nad alkaptonurią. Dzisiaj, niezależnie od tego, czy mówimy o grochu, czy o ludziach, cechy genetyczne zgodne z regułami dziedziczenia zaproponowanymi przez Mendla nazywane są mendlowskimi.

 

W kolejnych latach, po pracach Mendla, wzrosło zrozumienie podziałów komórkowych i zapłodnienia, a także wgląd w części składowe komórek, znane jako struktury subkomórkowe. Wtedy też Morgan i jego uczniowie: Calvin Blackman Bridges (1889- 1938), Hermann Joseph Muller (1890-1967) i Alfred H. Sturtevant (1891-1970) przeprowadzili badania z wykorzystaniem organizmów modelowych, takich jak muszka owocowa (Drosophila melanogaster), które ujawniły złożony mechanizm dziedziczności, a tym samym jednoznacznie potwierdziły ustalenia i wnioski Mendla. Hodując zarówno biało- jak i czerwonookie muszki owocowe, wykazali, że całe potomstwo było czerwonookie. wskazując, że gen białych oczu był recesywny, a gen czerwonych był dominujący. Nazwę gen (z greckiego genos – początek) wprowadził duński uczony Wilhelm Johannsen, który w  1909 roku użył tego terminu w celu określenia pewnego elementu znajdującego się w jądrze komórki organizmu wyższego, warunkującego wystąpienie określonej cechy morfologicznej.

 

W 1933 roku Morgan otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny za swój przełomowy wkład w zrozumienie dziedziczenia. Muller również stał się wybitnym genetykiem, a po przeprowadzeniu badań na muchach skupił się na badaniach bliźniąt, by lepiej zrozumieć genetykę człowieka.

Morganowi przypisuje się tak naprawdę zapoczątkowanie nowej ery w genetyce. Jego prace wykazały, że ​​materiał genetyczny znajduje się w chromosomach, które z kolei znajdują się w jądrze komórki. Naukowiec nie znał budowy DNA ani sposobu zapisywania informacji genetycznej. Prace noblisty miały przede wszystkim charakter statystyczny. Uzyskane wyniki pozwoliły mu jednak zrozumieć, że geny układają się w długie łańcuchy wewnątrz chromosomów. Powiązane ze sobą obiekty zajmują w nich pozycje blisko siebie. Morgan odkrył również zjawisko „crossover”. Polega na wymianie segmentów chromatyd między homologicznymi chromosomami. Proces ten jest niezwykle ważny dla określenia rekombinacji różnorodności genetycznej.

 

Kolejnym kamieniem milowym, w pierwszej połowie XX wieku, było ustalenie przez amerykańskiego
chemika Linusa Paulinga (1901-1994), że niedokrwistość sierpowatokrwinkowa została spowodowana przez zmianę w pojedynczego aminokwasu w hemoglobinie (białko przenoszące tlen, zawierające żelazo w czerwonych krwinkach). Praca Paulinga utorowała drogę badaniom pokazującym, że informacja genetyczna jest wykorzystywana przez komórki do kierowania syntezą białka i że dana mutacja (zmiana w informacji genetycznej) może bezpośrednio powodować zmiany w białku a to z kolei wyjaśniało dziedziczne zaburzenia genetyczne, takie jak anemia sierpowata. Okres genetyki klasycznej skupiał się na dopracowaniu i udoskonaleniu strukturalnego rozumienia DNA.

Natomiast współczesna genetyka dąży do zrozumienia procesów dziedziczności i sposobu
działania genów. Wielu historyków uważa rok 1953, w którym amerykański genetyk James D. Watson (1928-) i brytyjski biofizyk Francis Crick (1916-2004) opisali słynną strukturę DNA, za narodziny nowoczesnej genetyki, jednak to nie ich odkrycie było historycznym osiągnięciem gdyż Miescher zidentyfikował kwas nukleinowy w komórkach prawie sto lat wcześniej.

 

Genetycy i inni badacze dokonali znaczących postępów w drugiej połowie dwudziestego wieku. W 1956 roku amerykański biochemik Vernon M. Ingram (1924-2006), uznany za ojca medycyny molekularnej, zidentyfikował pojedynczą zasadę różniącą hemoglobinę normalną od sierpowatej. Jego odkrycie udowodniło, że mutacja pojedynczej zasady w kodzie genetycznym DNA wystarczyła, by wywołać dziedziczne zaburzenie. To badanie było przełomowym kierunkiem dla badań nad zapobieganiem i leczeniem chorób człowieka, takich jak hemofilia (dziedziczna choroba krwi związana z niewystarczającą ilością czynników krzepnięcia) czy mukowiscydoza (dziedziczna choroba gruczołów śluzowych, która powoduje problemy związane z płucami i trzustką). Zaledwie trzy lata później zidentyfikowano pierwszą ludzką nieprawidłowość chromosomową: u osób z zespołem Downa stwierdzono dodatkowy chromosom, co dowiodło, że choroba ta jest zaburzeniem genetycznym, które może być zdiagnozowane poprzez bezpośrednie badanie chromosomów.

 

Rozwój genetyki molekularnej doprowadził w konsekwencji do rozważań nad określeniem całej
sekwencji nukleotydów/zasad ludzkiego DNA. Wstępne dyskusje na temat wykonalności i wartości
przeprowadzenia projektu Poznania Ludzkiego Genomu (Human Genome Project- HGP) rozpoczęły się w 1986 roku. W następnym roku wyprodukowano pierwszy zautomatyzowany sekwenator DNA, co umożliwiło naukowcom rozszyfrowanie milionów tysięcy zasad kodu genetycznego dziennie, będąc tym samym kluczowym postępem technologicznym. W 1990 roku prace nad wstępnymi mapami genetycznymi ludzkiego genomu rozpoczęły się na poważnie. W 2000 roku ogłoszono pierwszy szkic genomu człowieka, który został opublikowany i podany do wiadomości publicznej w 2001 roku. Od tego czasu obszar badań molekularnych wkroczył na zupełnie inny poziom