MIĘDZYNARODOWY DZIEŃ DNA / INTERNATIONAL DNA DAY, APRIL 25

70 lat od odkrycia struktury DNA. Osiągnięcia czterech poznańskich ośrodków – Instytutu Genetyki Człowieka PAN, Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, Instytutu Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich PIB i Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu

Ryszard Słomski, Karolina Wielgus, Marlena Szalata, Milena Szalata, Mikołaj Danielewski, Marzena Skrzypczak-Zielińska

Jesteśmy w okresie doniosłej rocznicy poznania struktury DNA. 25 kwietnia 2003 r., 50 lat po ogłoszeniu struktury podwójnej helisy DNA, ustanowiono w USA Narodowy Dzień DNA. Miało to być jednorazowe wydarzenie dla uczczenia i jednocześnie celebrowania pomyślnego zakończenia projektu sekwencjonowania genomu człowieka (Human Genome Project, HGP). Z inicjatywy Narodowego Instytutu Badań nad Genomem Człowieka (National Human Genome Research Institute, NHGRI), Narodowy Dzień DNA zaczęto obchodzić cyklicznie w USA, a już wkrótce na całym świecie jako Międzynarodowy Dzień DNA.
Z poznaniem struktury DNA kojarzą się głównie James Watson i Francis Crick. Ten międzynarodowy zespół pracujący w Laboratorium Cavendisha na Uniwersytecie w Cambridge odkrył strukturę DNA, najważniejszego składnika każdego organizmu. W kwietniu 1953 r. ukazał się w czasopiśmie Nature artykuł dotyczący struktury DNA. Duet brytyjsko-amerykański, we współpracy z Rosalind Franklin i Mauricem Wilkinsem dokonał odkrycia uważanego za przełomowe dla XX wieku. Rosalind Franklin i Maurice Wilkins, specjaliści w dziedzinie chemii i krystalografii działali w King’s College w Londynie. Za sukcesem odkrywców kryją się jednak zapomniane postacie i skomplikowane historie wielu innych badaczy.
W ostatnich latach dużo uwagi poświęcono Friedrichowi Miescherowi, który pracując w Bazylei i Tybindze wyizolował nukleinę. Doniosłość jego odkryć dotyczących DNA przedstawił Bronisław Filipowicz w jednym z pierwszych numerów czasopisma „Postępy Biochemii” w 1956 r., co świadczy, że już w tamtych latach przywiązywano ogromną wagę, aby zapoznać polskie środowisko biochemiczne z najnowszymi odkryciami. Filipowicz pisze „W latach siedemdziesiątych zeszłego stulecia, w pracowni Hoppe-Seylera w Tybindze pracował młody biochemik - Fryderyk Miescher, interesujący się zagadnieniem budowy i składu chemicznego jądra komórkowego. W tym celu Miescher trawił pepsyną ropę z bandaży chirurgicznych, aby usunąć materiał cytoplazmatyczny. Z niestrawionej pozostałości wyodrębnił Miescher substancję, którą dla podkreślenia jej jądrowego pochodzenia nazwał nukleiną. Nukleina okazała się substancją złożoną, zbudowaną z zasadowego białka o niewielkiej masie cząsteczkowej oraz z drugiego, niebiałkowego składnika, posiadającego właściwości wielozasadowego kwasu o znacznej zawartości fosforu. W owym czasie jedynym znanym organicznym składnikiem tkanki, zawierającym fosfor, była lecytyna. Wyizolowanie drugiego, bogatego w fosfor, składnika wywołało zrozumiałe zainteresowanie. Szczególnie pracą Mieschera zainteresował się Hoppe-Seyler i polecił swoim współpracownikom sprawdzić spostrzeżenia Mieschera na innym materiale.” Później Miescher odkrył, że nukleina znajduje się głównie w chromosomach. W 1893 r. napisał: „...dziedziczenie zapewnia ciągłość formy z pokolenia na pokolenie; podstawy tej ciągłości tkwią nawet głębiej niż w cząsteczce chemicznej. Tkwią w budowie grup atomów”.

Dawna kuchnia zamku w Tybindze była częścią laboratorium Felixa Hoppe-Seylera, 
w którym Friedrich Miescher pracował podczas swojego pobytu w Tybindze, 
gdy wyizolował nukleinę

2) Spotkanie z Jamesem D. Watsonem w Berlinie

 

Podczas Kongresu Medycyny Molekularnej w Berlinie w dniu 3 maja 1997 r. prof. Ryszard Słomski miał możność bezpośredniej rozmowy z Jamesem D. Watsonem. Watson wygłosił kontrowersyjny wykład "Genes and politics", w którym poruszał również sprawy genetyki w III Rzeszy. Watson był zainteresowany prowadzonymi prof. Słomskiego szkołami letnimi. W tamtym czasie Watson pełnił obowiązki dyrektora Cold Spring Harbor Laboratory. Rozmowa dotyczyła szkoleń młodych badaczy z nowych metod biologii molekularnej.

 

Spotkanie z Jamesem D. Watsonem na kongresie w Berlinie

 

3) Opublikowanie artykułu w książce DNA Fingerprinting: State of the Science. Editors: S. D. J. Pena, R. Chakraborty, J. T. Epplen, Alec J. Jeffreys. Wyd. Birkhäuser Verlag, 1993.

 

W 1993 r. ukazała się książka DNA Fingerprinting: State of the Science, którą redagowały takie osobistości jak S. D. J. Pena, R. Chakraborty, J. T. Epplen, Alec J. Jeffreys. Stanowiła ona podsumowanie dotychczasowych osiągnięć związanych z opracowaniem w 1985 r. przez Aleca Jeffreys’a i współpracowników sond multilocus zdolnych do jednoczesnego ujawnienia hiperzmienności wielu loci genomu człowieka znanej jako metoda odcisku DNA – DNA fingerprinting. W ciągu kilku miesięcy technika umożliwiła rozwiązanie dotychczas nierozwiązywalnych sporów dotyczących imigracji i ojcostwa a obecnie systemy typowania DNA są rutynowo stosowane w publicznych i komercyjnych laboratoriach kryminalistycznych zastępując konwencjonalne markery białkowe jako metody z wyboru do rozwiązywania sporów o ojcostwo i spraw karnych. Metoda ta wkroczyła również do nauk przyrodniczych, o czym świadczy przygotowana monografia oparta o wyniki prezentowane podczas Second International Conference on DNA Fingerprinting, która odbyła się w listopadzie 1992 r. w Belo Horizonte w Brazylii. Artykuł Oligonucleotide DNA fingerprinting: Results of a multi-center study on reliability and validity autorstwa I. Böhm, M. Krawczak, P. Nürnberg, J. Hampe, J. Hundrieser, H. Pöche, C. Peters, R. Slomski, J. Kwiatkowska, M. Nagy, A. Pöpperl, J. T. Epplen & J. Schmidtke, odnosi się do osiągnięć ośrodków niemieckich we wdrażaniu metod odcisku genetycznego opartego o sondy oligonukleotydowe do określania ojcostwa, w badaniach tych brali udział prof. Ryszard Słomski oraz mgr Jolanta Kwiatkowska (obecnie prof. Jolanta Jura). Za wprowadzenie i wykorzystanie metody odcisku genetycznego do badań medyczno-sądowych w Polsce prof. Ryszard Słomski otrzymał w 2009 r. dyplom Polskiego Towarzystwa Kryminalistycznego „Za wybitne zasługi na rzecz rozwoju polskiej biologii kryminalistycznej” dla uczczenia 20 rocznicy wydania przez niego pierwszej opinii z badań DNA.

 

4) Spotkania z prof. Peterem Beckerem podczas dwuletniego stażu w Getyndze

 

Rozwój genetyki molekularnej człowieka związany jest z wdrażaniem badań DNA do diagnostyki chorób. Badania początkowo skupiały się na diagnostyce molekularnej chorób uwarunkowanych zmianami w pojedynczych genach. Na początku lat 90-tych prof. Ryszard Słomski przebywał na prestiżowym stypendium Alexandra von Humboldta w Institut für Humangenetik, Universität Göttingen, którym kierował profesor Wolfgang Engel. W instytucie, który był jednym z najlepszych instytutów w Niemczech i na świecie współpracował ze światowej sławy badaczami jak Jörg Schmidtke, Jörg Epplen, Michael Krawczak, Jochen Reiss i Michael Wagner. W Getyndze zetknął się również wielokrotnie z prof. Peterem E. Beckerem, który opisał alleliczny wariant dystrofii Duchenne’a – dystrofię Beckera. Prof. Słomski jest współautorem artykułu, Rininsland, F., Hahn, A., Niemann-Seyde, S., Slomski, R., Hanefeld, F., Reiss, J. Identification of a new DMD gene deletion by ectopic transcript analysis. J. Med. Genet. 29: 647-651, 1992, który jest umieszczony w opisie dystrofiny kodowanej przez gen DMD w bazie OMIM - * 300377 DYSTROPHIN. Prof. Słomski przez wiele lat zajmował się diagnostyką molekularną dystrofii mięśniowej Duchenne’a-Beckera w Polsce.

 

5) Wizyta doktoranta Mikołaja Danielewskiego (promotorzy prof. Jarosław Walkowiak i dr Karolina Wielgus)

 

Wraz z rozwojem technik sekwencjonowania nowej generacji (ang. Next-Generation Sequencing, NGS), liczba uzyskiwanych danych znacznie zwiększyła się. Mgr Mikołaj Danielewski odbył staż naukowy w Department of Organismal Biology na Uniwersytecie Uppsala w Szwecji w zespole specjalizującym się w badaniach antycznych genomów w ramach projektu "Ślady molekularne w "-omikach" ludzi epoki Neolitu pozostawione przez procesy adaptacyjne a początek chorób związanych z nowoczesnym stylem życia", 2017/26/E/NZ5/00851. Olbrzymią część badań stanowi obecnie ocena bioinformatyczna oparta o dostępność niezliczonej ilości cało-genomowych sekwencji. Przekształcanie i analiza danych wyparły mokrą pracę laboratoryjną stanowiąc najbardziej czasochłonną, a nawet nieodzowną część badań.

 

6) Transgeniczne zwierzęta

 

W 2001 r. dzięki inicjatywie i wsparciu finansowym dr Marka Marii Pieńkowskiego z Knoxville w Stanach Zjednoczonych prof. Ryszard Słomski w ramach współpracy z prof. Zdzisławem Smorągiem uzyskał transgenicznego królika (nr 61), założyciela rodu królików transgenicznych z genem hormonu wzrostu człowieka. Potomstwo żeńskie tego królika wytwarzało w mleku hormon wzrostu z zablokowanym końcem N, co czyniło hormon nieaktywnym a jednocześnie umożliwiało oczyszczanie hormonu metodą chromatografii powinowactwa. W tamtych latach transgen uległ wbudowaniu na drodze inkorporacji niehomologicznej w przypadkowe miejsce w genomie, a osiągnięcie miało światowy zasięg. Wykazano dziedziczenie i ekspresję u samic, przeprowadzono mapowanie transgenu i oczyszczanie hormonu do homogenności. Nasz królik był pierwszym transgenicznym ssakiem uzyskanym w kraju i jednym z pierwszych na świecie tak dobrze scharakteryzowanym molekularnie i cytogenetycznie.