Cercetători de la Universitatea din Cambridge au realizat analiza genomică a ADN-ului din mai multe șuvițe de păr ce au aparținut lui Ludwig van Beethoven. Conform studiului publicat în luna martie a acestui an, compozitorul a fost predispus la afecțiuni hepatice; a fost confirmată și infectarea cu virusul hepatitei B, iar alături de consumul de alcool, cele trei variabile sunt considerate de specialiști drept posibile cauze pentru ciroza care a cauzat, probabil, moartea compozitorului. Detalii despre acest studiu, tehnologia prin care a fost posibil și despre certitudinile acestui domeniu aflăm de la Dr. Alexandru Vodă, specialist în biotehnologie de la Universitatea din Oxford.

În primul rând, aș vrea să înțelegem mai bine ce anume presupune acest fel de teste genetice. Cum funcționează ele?

Depinde foarte mult de tehnologie. În cazul acesta, e o tehnologie bazată pe secvențiere de piese de puzzle, cum ar veni. Ce se întâmplă... iei un genom uman, îl fracționezi sau, în anumite cazuri, e deja fracționat și secvențiezi milioane de bucățele. Iar apoi ai niște algoritmi informatici care asamblează piesa mai largă. Acum, chestia asta o să-ți dai seama că nu funcționează foarte bine în anumite situații în care te uiți la secvențe foarte repetitive... să zicem că ai un milion de litere într-o anumită regiune care sunt similare. Să zicem că ai patru litere, A, C, G și T și ai o anumită secvență în care ai numai A-uri și C-uri una după alta, într-un mod repetitiv ca, de exemplu, la capetele cromozomilor, unde ai niște secvențe care se numesc telomeri și telomerii sunt ca niște capete de la șireturi, care protejează și țin structura cromozomială cât mai intactă și fixată în poziția lor celulară. Și... secvențele alea sunt repetitive, așa că dacă le tai în bucățele și le secvențiezi nu poți să reasamblezi puzzle-ul, nu poți să-ți dai seama cât de lung era inițial, în ce poziție era fiecare dintre astea și dacă există o mutație, e din mijlocul secvențierii repetitive sau din capătul acesteia? Dar, în general, genomul e unic. Dacă te uiți la secvențe de câte 10 litere, aproape că poți să găsești exact cromozomul și exact locul din care vin alea 10 litere. Și tu ai niște aparate care pot să secvențieze 100 de litere, din genomi, la rând, așa că cea mai eficientă și mai ieftină metodă de a face chestia asta la scară largă - cum ar veni, de exemplu, într-un genom uman, nu unul viral sau unul bacterial care sunt foarte mici - este să secvențiezi câte 100 de litere de milioane de ori cu un aparat care e specializat pe bucățele din astea mici și, după aceea, să le asamblezi cu informatică, cu diverși algoritmi. În cazul lor, dacă te uiți la graficele din paper, arată că fix chestia asta o folosesc, fix tehnica asta în care secvențiezi bucățele foarte mici și le reasamblezi după aceea cu diverși algoritmi.

Aceste informații pe care le dobândim din secvențierea genomului sunt apoi proprietatea oamenilor de știință care au făcut aceste teste. Vreau să știu cine mai poate face teste - dacă se mai pot face teste pe aceste informații?

Esențialmente, oricine poate. Depinde de ce vrei să faci. Dacă vrei să secvențiezi foarte multe chestii, foarte multe mostre, ai nevoie de propriul tău aparat și aparatele în sine sunt foarte scumpe (uneori 50.000 de euro, alteori 1.000.000 de euro, depinde de ce capacități vrei să ai în laboratorul tău). Dar mai nou, în ultimii 10 ani, s-a dezvoltat modelul acesta care se numește, în engleză, Centralized research organization. Și CRO-urile astea sunt firme pe care le poți găsi în Uniunea Europeană, în State, cam peste tot în Asia... unde trimiți mostrele prin poștă (prin firme specializate de transport, care au frigidere ș.a.m.d.) și-ți fac ei secvențierea. În cazul acela, depinzând de cât de detaliată e analiza de care ai nevoie, poate să te coste oriunde între câteva sute de euro, până la niște zeci de mii de euro, dar e mult mai ieftin decât să cumperi aparatul.

De exemplu, ca să secvențiezi un genom intact, nu unul din acesta vechi - părul lui Beethoven - ca să iei din saliva unui om care trăiește acum un kit standard, ai nevoie cam de 200 de euro. Depinde foarte mult de ce ai nevoie. Ei au folosit tehnica asta în care secvențiezi piese de puzzle. Dacă tu ai nevoie să identifici și sevențe repetitive, de exemplu cât de lungă e o secvență repetitivă, sau cât de lungi sunt telomerii sau cât de lungi sunt diverse zone care nu sunt acoperite bine de piesele astea mici de puzzle, atunci ai nevoie de o tehnică ce se numește Oxford Nanopore, și Oxford Nanopore costă mult mai mult. Poți să te uiți la o tehnică gen PacBio și aceasta, din nou, costă mult mai mult decât secvențierea asta bazată pe piese mici de puzzle.

99% din materialul genetic al lui Ludwig van Beethoven este asemănător, din câte înțeleg, cu ADN-ul vest- și central-european. Cum se ajunge la astfel de aproximări și cât de aproape de realitate sunt ele? E vorba de o bază de date înțeleg, nu?

Da. Există mai multe proiecte și toate sunt - că tot vorbeam și de ce este privat și ce este public, cu ce poți să lucrezi și ca tehnică, și ca aparate ș.a.m.d. - Multe din aparatele și tehnicile astea sunt cunoscute de foarte mult timp. Cele informatice de asamblat puzzle-uri sunt în majoritate gratuite, open source, dezvoltate de ingineri care le pun pur și simplu gratuit pe internet, doar pentru faimă științifică. În cazul datelor genomice, din nou, sunt foarte multe proiecte publice și există și câteva proiecte private, unde trebuie să plătești ca să ai acces și semnezi o groază de acte și garanții că nu o să distribui datele mai departe, că doar le folosești pentru scopurile tale. De exemplu, UK BioBank este o astfel de bază de date privată, cu aces plătit.

Multe din analizele pe care le fac studiile astea, ca cel pe genomul lui Beethoven, folosesc The 1000 Genomes Project, făcut, dacă nu mă înșel, tot în Anglia; evident, în parteneriat și cu niște firme americane. The 1000 Genomes Project este un set de date ale 1000 de oameni - 500 dintre ei, europeni, câteva sute, africani, câteva sute, asiatici - de așa natură încât să aibă frecvențele alelelor din cât mai multe populații. Alelele sunt poziții anume din genom unde este ok să ai variație, unde este ok să ai un C în loc de A, sau T în loc de G... lucruri de genul ăsta în care există o flexibilitate în structura proteinelor determinate de genele acelea.

Există foarte multe situri în genom unde nu poți să schimbi alelele alea și nu o să le vezi niciodată schimbate în populație pentru că e esențial ca proteina aia să aibă acea structură sau individul nu trăiește. Astea se numesc mutații letale. Și dacă poziția aceea din genom este foarte, foarte protejată, să fie numai acea literă, evoluționar vorbind, atunci se numește, deseori în literatură, sit conservat.

Motivul pentru care ai avea 99% similaritate cu alte genomuri din anumite locuri este în primul rând pentru că reproducerea, istoric vorbind, a fost foarte localizată geografic. Acum nu mai e neapărat cazul, o să ai foarte multă emigrație, pentru că ai tehnici noi de transport. Pe vremea lui Beethoven nu puteai să mergi mai mult de câteva sute sau câteva mii de kilometri fără să ai niște costuri de transport imense.

Înțeleg din studiul publicat că există anumite diagnostice care nu au putut fi confirmate sau infirmate din pricina lipsei de material propriu-zis. De exemplu, se vorbește despre o cauză genetică a dispariției auzului pentru care nu au putut testa. Aceste limite sunt puse de metodologia testului propriu-zis sau de lipsa materialului genetic, mai degrabă?

De trei cauze, de fapt. Din cele două cauze pe care le-ai zis, dar mai există și a treia incertitudine care intră în ecuație, și anume faptul că genomul este un corp de informație foarte interactiv, are foarte multe interacții înlăuntrul lui. Adică, nu există doar o singură genă care este responsabilă de auz; sunt zeci, sute de gene care ajută la construcția urechii interne, la diverse structuri care sunt esențiale pentru auz, la căi de neurotransmitere pentru funcția de zi cu zi. Din cauza asta, poți să ai niște mutații care atenuează funcția unor gene anume din căile astea și poți să ai niște mutații care accentuează funcția și compensează într-un fel pentru funcțiile care sunt pierdute de alte gene din calea auzului. Este foarte dificil atunci când nu există destul material genetic să spui ceva cu certitudine, din cauza faptului că anumite regiuni, anumite gene le secvențiezi mai bine pentru că sunt mai bine păstrate. Alte părți o să fie mai slab secvențiate și, ca atare, o să ai mult mai puțină informație despre ce mutații, ce alele, ce schimbări structurale există în anumite gene care sunt din aceeași cale. Și-atunci, pot să ai niște mutații care în anumiți oameni ar fi letale, din cauza faptului că nu au mutații compensatorii în alte regiuni, și care nu sunt letale sau care nu sunt aiurea pentru auz la alți oameni, pentru că au mutații compensatorii în regiunile astea asociate.

Pe lângă asta, da, e cum ai spus și tu, tehnicile statistice nu sunt perfecționate până acum. Ai nevoie de foarte multe date ca să ai certitudine și, deocamdată, avem acces la câteva sute de mii, dacă nu milioane, de genomuri umane. Și, realmente, ca să înțelegem cum funcționează biologia, de la A la Z, cu 100% certitudine, am avea nevoie probabil de mult mai multe, poate zeci sau sute de milioane de genomuri umane. E o cale lungă până acolo.

Deși nu revoluționează percepția istoricilor, acest test este o sursă cât se poate de obiectivă pentru biografi. În final, aș vrea să știu, ne putem obișnui cu astfel de teste care să ne ofere date obiective despre mari nume ale istoriei muzicii?

La un moment dat, cred că va fi de folos pentru înțelegerea istoriei. Sincer, sunt anumite chestii pe care clar poți să le spui ca pe o certitudine, și anume, testele de localizare geografică istorică. Acelea sunt foarte performante pur și simplu din cauza a ceea ce am vorbit deja până acum, și anume faptul că localizarea reproducției umane era foarte înaltă pe atunci, nu prea aveai distanțe foarte mari; și-atunci, frecvența anumitor alele, anumitor schimbări din genom era foarte, foarte precis localizabilă. Poți să vezi și în studiul lor că spun că au o certitudine destul de mare că aceea e regiunea, că astea sunt rudele, că asta e structura familiei, lucruri de genul ăsta în care testele genetice performează extraordinar.

Chestia asta se poate observa foarte simplu dacă ai un anumit buget de cercetare, pur și simplu prin a te orbi singur de rezultatele pe care le cauți. Iei anumite mostre, să zicem, dintr-o parte vestică a Europei, o parte estică a Europei și ascunzi acele nume, acele structuri de tine și de analistul genetic pe care-l ai și după aceea faci analiza. Dacă ai niște etichete din vestul și din estul Europei pentru anumite mostre, istoric vorbind și faci un test genetic, după care te uiți din nou la etichete, îți permiți din nou să nu mai fii orb la etichete împreună cu analistul tău genetic, o să vezi că ai o corespondență foarte mare, undeva la 99,5% sau chiar mai mult, depinzând de populație și de etichetele pe care le alegi.

Deci, clar, o utilitate istorică o au deja, prin faptul că poți să localizezi anumite mostre și că poți să identifici anumiți indivizi. Acum, cum am zis, pe partea de fenotipuri complexe - de exemplu, dacă a avut o boală virală sau nu, dacă a avut niște boli de ficat sau nu, dacă a avut auzul slăbit genetic sau din cauze de mediu - e un pic mai nuanțată ca discuție, din cauza faptului că, în primul rând, nu sunt toate regiunile din genom acoperite în mod egal pentru că e o mostră veche și relativ degradată, și din cauza faptului că e limitată tehnologia, că ai piesele astea de puzzle în loc să ai secvențiere cu piese lungi, întregi peste zone repetitive din genom. Și mai ai și incertitudinea pe care o avem noi despre biologie: nu știm toate genele care sunt redundante sau nu într-o anumită cale legată de auz, într-o anumită cale legată de anatomia urechii etc. În contextul acesta, există anumite lucruri ca localizarea și identificarea indivizilor, care e foarte certă, și anumite părți care pot fi de interes mai mare, care încă sunt în lucru.

Deci, presupun că nu sunteți foarte aproape de a vă da seama care e gena care l-a făcut pe Beethoven un geniu sau care va naște următorul Beethoven.

Da, asta clar nu. Și e și un subiect foarte controversat. E foarte dificil să faci studii genetice pe gene de inteligență, legate de structura creierului din mai multe motive. În primul rând, există un istoric al eugeniei și zona anglofonă e plină de cercetărori care și-au dat seama că sunt probleme de etică acolo. Sunt foarte mulți oameni care vor să adauge un mesaj dubios propriu, poate populațional în loc de individual, pe lucrurile astea legate de inteligență. Și, într-un fel, și cercetătorii aceștia își dau seama că este o zonă foarte importantă de cercetare. Evident, nu e cea mai importantă chestie în viață, dar e unul dintre lucrurile care ne pot ajuta să trăim o viață mai calitativă. Există foarte multe comitete de siguranță și de etică ș.a.m.d. prin care trebuie să treci ca să poți să ai aces la date de genul ăsta și să lucrezi pe teme de IQ - acesta e modul general în care este cuantificată inteligența în domeniu. Și nu e neapărat perfect; ai o groază de alte metrice care poate ar funcționa. De exemplu, cum este Intelligence Quotiente, există Emotional Quotiente - EQ; există o grămadă de alte măsutărori mai mult sau mai puțin standardizate. Sincer, cred că cel puțin pe partea de inteligență, va trece foarte mult timp până ce vom fi capabili să spunem lucruri cu certitudine. Există deja ceea ce se numește scor poligenic pentru inteligență, dar are o acuratețe destul de mică, ceva în jur de 60% din variația datelor explicată de algoritm. Asta e o metrică prin care poți să-ți dai seama cât de bun este algoritmul sau nu. Acuratețea aia de 60% nu este foarte mare. Există anumite scoruri, de exemplu, pentru înălțime, care au o acuratețe mult mai mare, dar asta e pentru că la înălțime e mult mai simplă. E explicată de celule condrogenice și de fibroblaste și de alte anumite populații de celule și gene și căi care sunt strict legate de structura scheletului, strict legate de musculatură și de alte lucruri care ajută la dezvoltarea armonioasă a corpului. Inteligența este mult, mult mai complicată; nu ține de sute de gene, ci ține de mii de gene... probabil niște căi care nu numai că implică foarte multe gene, dar implică foarte multe interacții între gene. Ca atare, nu poți să te uiți la o singură mutație, la o singură alelă, trebuie să te uiți la câteva deodată și cum se influențează una pe alta, când una e prezentă și una nu... atunci ai permutații. Când ai permutații, combinații, aranjamente de genul ăsta, ai nevoie de studii mult mai mari ca să înțelegi ce se întâmplă.

Studiul complet, publicat în jurnalul Current Biology, este disponibil aici.