A. CONŢINUTUL GENETICII UMANE.

1. GENETICA ŞTIINŢA EREDITĂŢII ŞI VARIABILITĂŢII

1.1. EREDITATEAEreditatea este proprietatea unui individ de a transmite la urmaşi caracterele sale

personale precum şi cele ale speciei căreia îi aparţine. Acest proces realizează similitudinea biologică dintre părinţi şi descendenţi.

Părinţii nu transmit însă la copii caractere ci informaţiile (conţinute în genele din gameţi) necesare pentru realizarea caracterelor. În acest context, ereditatea este un proces informaţional care presupune stocarea, expresia şi transmiterea informaţiei ereditare, pentru realizarea caracterelor ale unui individ. Ereditatea este deci o funcţie, esenţială pentru viaţă.

a). Acidul deoxiribonucleic (ADN) este substratul molecular al eredităţii. Această macromoleculă, alcătuită din două catene polinucleotidice dispuse spaţial sub forma unei duble spirale helicoidale ("elicea vieţii"), îndeplineşte trei roluri majore (figura 1.1): ADN deţine informaţia genetică codificată pentru realizarea caracterelor specifice unui

organism. Unitatea fundamentală de informaţie ereditară este gena - un segment de ADN care determină un anumit caracter. Modificarea structurii unei gene normale, numită mutaţie, produce o variantă genică (“alelă”), normală sau anormală.

ADN exprimă informaţia ereditară, prin sinteza unor proteine specifice, care vor forma caracterele morfologice şi funcţionale ale organismului ("o genă o proteină un caracter") (figura 1.1.a).

ADN conservă informaţia ereditară în succesiunea generaţiilor de celule şi organisme. Procesul se realizează prin biosinteza a două molecule noi şi identice de ADN prin replicare semiconservativă, urmată de distribuţia lor egală şi totală, prin diviziune celulară (figura 1.1.b). Replicarea şi diviziunea se efectuează cu mare precizie, asigurând fidelitatea de transmitere a informaţiei; ele pot suferi totuşi erori, care generează mutaţii.

b). Aparatul genetic al celulei cuprinde structurile celulare ce conţin ADN, nucleul şi mitocondriile. Elementul principal al aparatului genetic este nucleul, centrul de comandă şi control al majorităţii activităţilor celulare.

În nucleul interfazic, fiecare moleculă de ADN se asociază specific cu anumite proteine (histone) şi formează, prin spiralizări şi plieri succesive, o fibră de cromatină. La începutul diviziunii fibra de cromatină se condensează şi formează un cromosom.

Cromosomii reprezintă substratul morfologic al eredităţii; ei sunt organite permanente ale nucleului dar vizibile numai în diviziune. Numărul şi forma cromosomilor sunt elemente caracteristice fiecărei specii. La om, în celulele somatice sunt 46 de cromosomi (2n = număr diploid); în celulele sexuale mature (gameţi) numărul de cromosomi este redus, prin meioză, la 23 de cromosomi (n = număr haploid). Termenul de genom uman este folosit, în

CAPITOLUL 1

GENETICA UMANĂ ŞI IMPORTANŢA EI ÎN MEDICINA MODERNĂ

prezent, pentru a descrie totalitatea informaţiei genetice din celulele umane. El este alcătuit dintr-un genom nuclear şi un genom mitocondrial. Pentru a face distincţia dintre genomul celulelor somatice şi al gameţilor se mai folosesc termenii de genom diploid şi genom haploid.

Mitocondriile conţin o mică parte din ADN celular (0.5%).

1.2. VARIABILITATEA Variabilitatea reprezintă fenomenele care produc diferenţele genetice dintre indivizii

unei populaţii, precum şi între populaţii diferite.Sursele principale de variabilitate sunt mutaţiile, recombinările genetice (care au loc

în meioză, în timpul formării gameţilor) şi migraţiile unor indivizi dintr-o populaţie în altă populaţie (după încrucişarea lor se produc modificări în structura genetică a descendenţilor). Datorită proceselor de variabilitate fiecare individ are o structură genetica unică şi caracteristică..

2. GENETICA UMANĂ - DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ, CLINICĂ ŞI MEDICO-SOCIALĂ.

Genetica umană studiază ereditatea şi variabilitatea fiinţelor umane. Ea este o ştiinţă fundamentală şi aplicativă, care are un rol major în teoria şi practica medicală.

a). Genetica umană este o disciplină fundamentală deoarece studiază structurile, mecanismele şi legile de bază ale stocării, transmiterii şi expresiei informaţiei ereditare pentru formarea, dezvoltarea şi funcţionarea organismului uman. Genetica umană are un rol important pentru baza conceptuală a medicinii deoarece oferă o nouă perspectivă medicinii moderne, dominată de biologia moleculară a celulei, genetică şi imunologie.

b). Genetica umană este şi o disciplină clinică deoarece studiază relaţia dintre ereditate şi boală sau, mai exact, rolul mutaţiilor în producerea bolilor sau predispoziţiei la boală. Se cunosc peste 10.000 de boli determinate sau condiţionate genetic, care afectează 5-8% din nou-născuţi; ele au o mare diversitate şi se regăsesc în aproape toate specialităţile medicale. Genetica medicală - ca parte a geneticii umane - este însă o specialitate clinică distinctă care se ocupă de diagnosticul şi îngrijirea pacienţilor cu boli genetice precum şi de familiile lor, prin sfat genetic, diagnostic prenatal, screening neonatal sau diagnostic presimptomatic. Genetica este domeniul de activitate al unor specialişti dar fiecare medic practician trebuie să folosească o abordare (gândire) genetică în relaţia sa cu pacientul şi familia acestuia.

c). Genetica umană / medicală este şi o disciplină medico-socială deoarece bolile genetice au devenit, în ultimii 20 de ani, "probleme majore de sănătate publică"1 Ele sunt numeroase, în ansamblul lor frecvente (peste 5% nou născuţi) şi au deseori consecinţe grave pentru individul afectat şi familia sa. Datorită caracterului lor cronic şi invalidant, bolile genetice influenţează negativ morbiditatea şi mortalitatea infantilă şi necesită cheltuieli medicale importante; de aceea, bolile genetice sunt o povară importantă pentru societate; În aceste condiţii eforturile specialiştilor şi organizatorilor de sănătate publică trebuie să se finalizeze printr-un sistem naţional de prevenire şi depistare precoce a bolilor genetice.

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL.

1. INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ.

1.1. INDIVIDUALITATEA GENETICĂ.

1     ? Pentru ca o boală sau un grup de boli să fie o "problemă de sănătate publică" trebuie să îndeplinească trei condiţii: să aibe o frecvenţă mare, să necesite cheltuieli importante pentru îngrijirea bolnavilor şi să poată fi prevenită eficace, prin programe speciale.

2

Fiecare fiinţă umană se formează dintr-o celulă iniţială, zigotul, rezultat prin fecundarea gameţilor haploizi: nucleul spermatozoidului se uneşte cu cel al ovulului şi formează nucleul zigotului, prima celulă a unei noi fiinţe. La zigot se reface astfel numărul diploid de 46 de cromosomi, caracteristic speciei umane, şi se stabileşte sexul genetic: XX sau XY. De fapt, se formează 23 perchi de cromosomi omologi, identici ca mărime, formă şi conţinut genetic dar diferiţi ca origine, unul matern şi altul patern. Rezultă că fiecare caracter este determinat de o pereche de gene, ce ocupă aceiaşi poziţie (locus) în cromosomii omologi; ele se numesc gene alele.

Zigotul reuneşte în nucleu genele parentale din gameţi într-o combinaţie nouă, unică şi constantă denumită individualitate genetică sau genotip. Citoplasma zigotului este exclusiv de origine maternă. Deci, mitocondriile din zigot, care conţin ADN, şi ulterior mitocondriile tuturor celulelor somatice provin de la mamă.

Cromosomii zigotului conţin în genele lor informaţia ereditară necesară pentru formarea caracterelor noului organism, precum şi pentru programul genetic al dezvoltării sale viitoare: fiecare individ parcurge în cursul existenţei sale biologice mai multe etape succesive, obligatorii, diferite calitativ şi precis definite în timp, ce constituie dezvoltare ontogenetică.

1.2. INDIVIDUALITATEA BIOLOGICĂ.Genetica modernă a demonstrat că fiecare om este unic atât prin structura sa genetică

cât şi prin mediul în care s-a dezvoltat în timp. Mediul cuprinde totalitatea factorilor ecologici (naturali) şi mai ales psihologici şi

socio-culturali, care acţionează asupra omului, într-o anumită perioadă a dezvoltării sale ontogenetice. El determină unele caractere ale organismului şi influenţează realizarea caracterelor condiţionate primar de ereditate.

Cele două "forţe" care participă la formarea caracterelor noastre se condiţionează reciproc. Ereditatea determină un potenţial pentru formarea unor caractere, care se finalizează variat, în funcţie de condiţiile specifice de mediu socio-economic şi cultural în care se dezvoltă o anumită persoană. Rezultă deci că unicitatea omului este bio-psiho-socială..

Ansamblul unic de caractere specifice, produse prin interacţiunea permanentă, dar în proporţii diferite, dintre ereditate (genotip) şi mediu se numeşte individualitate biologică sau fenotip.

1.3. IMPORTANŢA CONCEPTULUI DE INDIVIDUALITATE GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ.

Analiza rolului eredităţii şi mediului în determinismul caracterelor umane ne-a permis să precizăm două idei foarte importante: unicitatea bio-psiho-socială a fiecărei fiinţe şi interacţiunea permanentă, dar în proporţii variate, a eredităţii şi mediului (între "înnăscut şi dobîndit") în geneza caracterelor umane, normale şi patologice. Aceste idei de bază ale conceptului de individualitate biologică au influenţe importante în gândirea şi practica medicală. Dar conceptul în sine are aplicaţii şi în alte sectoare ale activitaţii umane: culturale, politice şi sociale.

In medicină, individualitatea biologică a fiecărei persoane explică: diferenţele de răspuns ale fiecărui organism la agresiunile mediului şi, deci,

vulnerabilitatea diferită a oamenilor la îmbolnăvire; determinismul bolilor comune, prin interacţiunea dintre structura genetică a unui individ

(ce determină o anumită predispoziţie la boală) şi factorii agresivi din mediu; manifestările variabile şi gravitatea diferită ale aceleiaşi boli la pacienţi diferiţi; răspunsul diferit, particular, la acelaşi tratament aplicat unor bolnavi diferiţi, suferind de

aceeaşi boală2. "Nu există tratamente general valabile pentru o boală ci terapii adaptate la

2 Recent s-a demonstrat că diferiţi bolnavi cu hipertensiune arterială esenţială răspund diferit la medicamentele de bază folosite în această afecţiune: beta-blocanţi, inhibitori ACE şi blocanţi de canale de calciu. Necesitatea

3

bolnavi", în funcţie de capacitatea lor de metabolizare a unui medicament.Aforismul mai vechi "nu există boli ci numai bolnavi" capătă astfel o explicaţie

corectă, eminamente genetică, şi determină acţiuni precise şi individualizate în diagnosticul şi tratamentul bolnavilor şi, mai ales, în profilaxia bolilor. În acest ultim domeniu, se ajunge la o prevenţie personalizată şi la o medicină predictivă: în funcţie de expresia unor elemente ale structurii genetice individuale, moştenită de la părinţi, se va putea stabili ce riscuri de îmbolnăvire are o anumită persoană. Toate aceste elemente au influenţe importante şi în planul eticii medicale.

In viaţa socială, diversitatea genetică şi socio-culturală a indivizilor este o premiză valoroasă de integrare, armonizare şi progres social. Oamenii sunt diferiţi şi aceasta le permite să aibă fiecare un rol social util şi să se completeze armonios în societate. Diferiţi nu înseamnă însă şi inegali. "Egalitatea este un concept moral care a fost inventat tocmai pentru că fiinţele umane nu sunt identice" (F.Jacob). Genele nu sunt egale sau inegale ci pur şi simplu diferite, determinînd calităţi şi aptitudini diferite. Diversitatea este cel mai valoros capital al speciei umane.

Mediul socio-cultural şi educaţional adecvat este deosebit de important în realizarea potenţialului genetic individual (vezi Caseta 1.1.). "Spiritul şi cultura îi permit omului să nu fie total dependent de moştenirea sa ereditară, dobîndindu-şi adevărata libertate de fiinţă bio-psiho-socială" (Wilson). În acest context exagerarea rolului factorilor genetici, de către aşa numita socio-biologie, considerându-se că structura genetică cu care s-a născut un individ va determina (ca un destin implacabil) tot ce va face el în cursul vieţii, precum şi fundamentarea inegalităţilor sociale pe baza aşa-zisei inegalităţi genetice a oamenilor sunt idei absurde şi periculoase.

CASETA 1.1.Individualitatea bio-psiho-socială.

Fiecare fiinţă umană este unică datorită structurii sale genetice şi mediului în care a trăit. Factorii de mediu socio-economici şi psiho-culturali au o pondere importantă în formarea individualităţii noastre bio-psiho-sociale. Ea determină cel puţin două consecinţe majore în viaţa socială. Metodele educaţionale în familie şi şcoală trebuie reevaluate. Mediul familial în care

cresc copiii trebuie să fie în primul rând cultural. Pentru dezvoltarea lor intelectuală părinţii trebuie să le ofere copiilor cultură. S-a constatat că în condiţii relativ identice de mediu social, diferenţele de inteligenţă (Q.I.) dintre copii se corelează semnificativ cu ocupaţia părinţilor şi gradul de cultură al familiei. Devine evident că nivelul cultural scăzut al unor părinţi sau declinarea obligaţiilor educaţionale pe seama şcolii, au efecte negative asupra dezvoltării copilor. In şcoală, învăţământul ar trebui diferenţiat în funcţie de posibilităţile, calităţile şi aptitudinile elevilor. Uniformizarea metodelor educaţionale - generează inegalităţi individuale.

Capacităţile şi aptitudinile individuale trebuie folosite adecvat, după formula "omul potrivit la locul potrivit", deoarece fiecare om poate fi valoros într-un anumit domeniu. Aceasta presupune selecţia, formarea şi promovarea valorilor, înţelegînd prin "valori" orice calităţi deosebite, utile societăţii. "Curajul de a recepţiona valoarea şi de a sprijini direct afirmarea ei este o demonstraţie de mare şi adevărat patriotism" (M. Maliţa).

2. DETERMINISMUL CARACTERELOR FENOTIPICE.

Caracterele fenotipice normale sau anormale ale organismului sunt produse prin acţiunea eredităţii (genotipului) şi mediului. În funcţie de ponderea celor doi factori cauzali se pot deosebi teoretic trei categorii de caractere (figura 1.2): caractere pur ereditare; caractere determinate de interacţiunea ereditate - mediu; caractere pur ecologice (neereditare).

unei terapii individualizate devine astfel evidentă.

4

2.1. CARACTERE FENOTIPICE PUR EREDITARE.Caracterele pur ereditare sunt determinate exclusiv de structura genetică, normală sau

modificată, a unui individ, deci de către genotip. Caracterele pur ereditare sunt de trei feluri: caractere de specie, caractere ereditare normale, caractere anormale / boli genetice.

a). Caracterele de specie sunt strict genetice: fiecare specie are o anumită structură genetică, ordonată într-un set fix şi caracteristic de cromosomi, cu o anumită morfologie. Această configuraţie specifică realizează o "barieră" reproductivă între specii.

b). Caracterele ereditare normale sunt determinate monogenic şi transmise mendelian. Ele sunt reprezentate de diferite sisteme grupale: grupele sanguine (ABO, Rh, MN, etc.), serice (haptoglobine, transferine, ş.a.), enzimatice (fosfatază acidă,etc.) şi tisulare (antigenele HLA).

Marea majoritate a acestor sisteme sunt polimorfice, găsindu-se în populaţie în mai multe variante (de ex.., grupele A, B, AB şi O pentru sistemul ABO); un individ posedă însă numai o anumită variantă dintr-un sistem. Datorită numărului mare de sisteme polimorfice (>30) si de variante în fiecare sistem, un individ posedă o combinaţie specifică de variante, este un unicat biologic!!!

Acest lucru poate fi demonstrat parţial şi indirect în felul următor: să presupunem că o persoană X prezintă variantele cele mai comune în populaţie pentru 30 de caractere [O, Rh+, MN, Se, Le, ... pentru grupele sanguine; Gm-1, Hp 2.1, C3 ... pentru proteinele serice; PA-c, AK-11, PGM 1 pentru enzime; HLA: A1 A3, B7 B8... pentru grupele tisulare]. Probabilitatea de a întâlni o altă persoană identică, cu aceeaşi configuraţie de variante, este egală cu produsul frecvenţelor populaţionale ale fiecărui caracter; rezultatul este edificator 1 : 700.000.000.

Studiul caracterelor ereditare normale are importanţă teoretică pentru localizarea (cartografierea) genelor pe cromosomi şi explicarea unor fenomene genetice (inclusiv a transmiterii mendeliene) dar, mai ales, o valoare practică deosebită în: identificarea persoanelor, expertiza paternităţii şi filiaţiei, transfuzii şi transplante, diagnosticul diferenţial al gemenilor monozigoţi (MZ) şi dizigoţi (DZ), identificarea persoanelor vulnerabile la diferite îmbolnăviri,

c). Caracterele ereditare anormale sunt prezente numai la unii indivizi. Ele sunt produse de mutaţii şi reprezentate de bolile cromosomice, bolile monogenice şi bolile mitocondriale. Bolile cromosomice sunt produse de adiţia (trisomie) sau pierderea (monosomie) unui

cromosom întreg sau a unei părţi din cromosom; de ex., sindromul Down (trisomia 21) sau sindromul Turner (monosomia X).

Bolile monogenice sunt produse de mutaţia unei gene (din genomul nuclear) cu efect major, care determină boala prin anomalii ale unor proteine de structură (hemoglobină, colagen, factori de coagulare, etc.) sau enzime (erori înnăscute de metabolism etc.). Aceste mutaţii se trasnmit în succesiunea generaţiilor după tipul mendelian3: autosomal dominant (de ex., hipercolesterolemie familială), autosomal recesiv (de ex. fibroza chistică) sau legat de X (de ex. hemofilia). Cu toate că sunt "pur" genetice, manifestarea unora din aceste boli poate fi influenţată pozitiv prin intervenţie medicală, deci de anumite condiţii de mediu.

De exemplu: Fenilcetonuria (PCU) este o boală ereditară (OMIM # 261600) care evoluiază spre retard mintal sever; ea poate fi prevenită prin depistarea la naştere a bolnavilor şi folosirea unui regim dietetic fără fenilalanină; ambele acţiuni medicale influenţează manifestarea acestei boli genetice şi purtătorii mutaţiei pot fi normali, în anumite condiţii de mediu.

Bolile mitocondriale sunt un tip particular de boli monogenice produse de mutaţii în genomul mitocondrial, care afectează producerea de energie în muşchi şi nervi; ele au un rol important în îmbătrânirea celulară. Bolile mitocondriale se moştenesc într-un mod particular: de la mamă la toţi copii, dar băieţii afectaţi nu transmit boala.

3 Despre transmiterea monogenică, mendeliană, a caracterelor normale şi bolilor monogenice vom discuta mai târziu, în capitolul 5. Aici vom preciza doar că există un catalog al tuturor bolilor monogenice (OMIM –On line Mendelian Inheritance of Man) în care fiecare afecţiune este de înregistrată print-un număr de cod.

5

2.2. CARACTERE DETERMINATE DE INTERACŢIUNEA EREDITATE - MEDIUNumeroase caractere fenotipice, normale sau anormale, sunt produse de interacţiunea,

în proporţii diferite, dintre ereditate şi mediu (figura 1.2). De aceea aceste caractere sunt numite caractere multifactoriale.

a). Caracterele multifactoriale normale sunt determinate de interacţiunea variabilă dintre ereditate şi mediu; ex.: talia, greutatea, tensiunea arterială, inteligenţa, etc. În realizarea acestor caractere multifactoriale ereditatea determină o parte din caracter, mai mare sau mai mică (denumită heritabilitate), precum şi limita superioară sau potenţialul genetic până la care poate fi dezvoltat acel caracter, în cele mai favorabile condiţii de mediu (figura 1.3). Mediul produce o altă parte din caracter şi determină sau nu atingerea limitei superioare sau realizarea potenţialului genetic individual.

De exemplu: talia - este condiţionată genetic în proporţie de 67% . Fiecare individ are o "limită superioară" determinată genetic, până la care poate creşte şi pe care nu o poate depăşi. Ea este o caracteristică familială, fiind determinată de talia părinţilor şi condiţiile în care creşte copilul. Atingerea acstei limite depinde de mediul de viaţă al individului. Aşa se explică faptul ca gemenii monozigoţi (care au o ereditate identică), crescuţi în medii diferite vor avea înălţimi diferite, iar populaţii genetic diferite ce trăiesc în acelaşi mediu vor avea talii diferite.

Ereditatea nu determină deci un caracter unic ci un şir de capacităţi fenotipice numit "normă de reactie" a individului la mediu sau potenţial genetic. De aceea, Aristotel avea dreptate spunînd că "… natura omului nu este cea cu care s-a născut ci aceea pe care el o poate dezvolta". Potenţialul nostru genetic ne permite să ne adaptăm la cele mai variate condiţii de mediu, dar, fireşte, nu putem depăşi anumite limite. În condiţii obişnuite nici nu există un asemenea risc; există însă pericolul de a folosi incomplet, subliminal, potenţialul genetic al organismului.

b). Caractere multifactoriale anormale sunt reprezentate de anomaliile congenitale izolate (de ex., malformaţiile congenitale de cord, spina bifida, despicăturile labio-maxilo-palatine etc) şi de numeroase boli comune ale adultului (hipertensiunea arterială esenţială, boala coronariană, diabetul zaharat, ulcerul gastric / duodenal, unele cancere, etc.)

In producerea acestor boli factorii ereditari (reprezentaţi de obicei prin mai multe gene) şi factorii de mediu interacţionează permanent şi complex. Deaceea, aceste afecţiuni au un determinism etiologic (cauzal) complex şi se numesc boli multifactoriale ( 5% din populaţie). Ele pot avea o distribuţie familială dar NU se transmit mendelian (!). De cele mai multe ori, factorii genetici realizează o predispoziţie genetică, o vulnerabilitate individuală la îmbolnăvire. Bineînţeles, nu toţi indivizii predispuşi se îmbolnăvesc deoarece este necesară şi intervenţia factorilor de mediu care transformă predispoziţia în boală (figura 1.4). Boala apare deci prin interacţiunea obligatorie dintre ereditate şi mediu (PG+M=B).

Astfel, persoanele cu grupa sanguină O şi nesecretori (deoarece nu elimină antigenele de grup sanguin prin secreţii) fac mai frecvent ulcer duodenal, dar sunt mai rezistenţi la infecţiile virale. Indivizii "negustători" (care nu simt gustul amar al unor substanţe) se îmbolnăvesc mai des de guşă nodulară decât cei "gustători", dacă consumă substanţe naturale antitiroidiene (care au gust amar). Indivizii cu Hp2-2 au un risc crescut de boală coronariană. Riscul relativ al persoanelor care posedă antigenul HLA B27 de a face boli reumatismale cronice este de 120 ori mai mare decât cei care nu au acest antigen.

Identificarea factorilor care determină predispoziţia genetică la îmbolnăvire, precum şi a persoanelor genetic predispuse, reprezintă modalităţi importante pentru profilaxia bolilor comune ale adultului, prin descoperirea şi evitarea factorilor de mediu care transformă predispoziţia în boală. Deoarece genele ce determină boala sau predispoziţia la boală se transmit în familie, se poate spune că "nu există boli ci …familii de bolnavi". Acest fapt este deosebit de important în practica medicală întrucât extinde obligatoriu atribuţiile medicului de la bolnav la familia lui.

c) Bolile prin mutaţii somatice sunt produse prin efectul cumulativ al unor mutaţii somatice succesive, în gene diferite, unele determinate de factori de mediu, altele prin erori de replicare a ADN. Ex. marea majoritate a cancerelor, multe boli autoimune şi procesul de

6

îmbătrânire. Aceste boli se produc după concepţie, sunt limitate la celulele somatice şi deci NU se transmit la descendenţi; într-un procent mic de cazuri o mutaţie iniţială (importantă dar nu suficientă pentru producerea bolii) se poate moşteni de la unul din părinţi, producând o predispoziţie genetică la boală (ex., mutaţia genei BRCA1 în cancerul de sân familial).

2.3. CARACTERE FENOTIPICE DETERMINATE DE MEDIU.a). Caractere "ecologice". Mediul extern este reprezentat de diferiţi agenţi fizici,

chimici sau biologici care pot produce deseori îmbolnăviri: arsuri, traumatisme, boli de iradiere, intoxicaţii, infecţii. Aceste boli sunt aparent negenetice.

Dar, foarte probabil exceptând accidentele, efectele agresiunilor exogene asupra organismului sunt influenţate de structura genetică, specifică fiecărei persoane. Genotipul individual determină o eficienţă diferită a mecanismelor de apărare imună sau de metabolizare a unor substanţe, deci un mod specific de răspuns la agresiuni, influenţând apariţia, manifestarea şi gravitatea îmbolnăvirilor. Datorită acestei influenţe genetice se consideră că aproape nu există caractere "pur" ecologice.

Astfel, în infecţii s-a constatat, din cele mai vechi timpuri, că în diferite epidemii nu se îmbolnăvesc toţi cei care vin în contact cu microorganismele patogene şi că gravitatea bolii variază de la un individ la altul. Astăzi se ştie că vulnerabilitatea sau rezistenţa la infecţii este determinată de constituţia genetică a fiecărei persoane şi, în special, de structura proprie de antigene HLA, "sistemul de supraveghere, alarmă şi apărare imunologică a organismului" (vezi cap.8). Unele combinaţii (de ex.: A1 - B8 - DR3) produc un răspuns umoral puternic şi cei care le posedă sunt mai bine protejaţi de acţiunea microorganismelor patogene, dar pot face boli autoimune; alte combinaţii (de ex.: A3 - B7 - DR2) dau un răspuns mult mai slab. Ce genială previziune a avut Claude Bernard afirmînd, la sfârşitul secolului 19: "microbul nu-i nimic, terenul este totul".b). Ecogenetică şi farmacogenetică. Studiul variaţiilor individuale determinate

genetic la acţiunea factorilor externi se realizează astăzi de o ramură a geneticii umane numită ecogenetică. De ex. alergenii induc astm la perosanele susceptibile (atopie); laptele sau alcoolul nu sunt tolerate de persoanele cu deficienţe în lactază şi, respectiv, alcooldehidrogenază.. Ecogenetica include şi farmacogenetica care studiază diferenţele genetice individuale în

răspunsul organismelor la acţiunea medicamentelor. Această problemă va fi discutată pe larg în capitolul 8, aici vom aminti un singur exemplu: deficienţa în glucoză-6-fosfat dehidrogenază (G6PD) a globulului roşu (boală recesivă legată de X)(OMIM # 305900). Persoanele cu această deficienţă nu prezintă obişnuit nici o manifestare clinică; după expunerea la anumite medicamente (antimalarice, furazolidon etc), substanţe chimice (naftalen), consumul alimentar de bob (Vicia Fava) sau infecţii; ele dezvoltă o anemia hemolitică acută.

Numeroase observaţii au demonstrat că "nu există tratamente general valabile pentru o boală ci terapii adaptate la bolnavi", în funcţie de capacitatea lor de metabolizare a unui medicament.

3. RELATIA GENOTIP FENOTIP MEDIU.

Interacţiunea dintre ereditate şi mediu se poate exprima sintetic prin relaţia: GENOTIP FENOTIP

MEDIU

Reamintim că prin genotip se înţelege structura genetică unică şi caracteristică unui individ, care se stabileşte în momentul fecundării şi rămâne stabilă în cursul dezvoltării. Prin termenul de fenotip se defineşte totalitatea caracterelor manifeste şi specifice ale unui organism determinate de interacţiunea genotipului cu mediul în care trăieşte acel organism. Dependent de ereditate şi mediu fenotipul este variabil, se poate schimba.

7

3.1. RELAŢIA GENOTIP FENOTIP. Relaţia genotip fenotip4 este o relaţie cauzală, dar nu este totală deoarece unele

gene (recesive) nu se manifestă fenotipic, iar o parte din caracterele fenotipice sunt produse de mediu. Caracterele fenotipice determinate de genotip sunt caractere pur erditare (ex.: grupele sanguine, serice, enzimatice, tisulare).

Relaţia genotip fenotip este însă mult mai complexă. Fără a intra în detalii (pe care le vom discuta ulterior) vom menţiona succint trei fenomene: heterogenitatea genetică, o genă-mai multe boli şi norma de reacţie. Heterogenitatea genetică este fenomenul prin care genotipuri diferite se pot manifesta

fenotipic identic. De ex: mutaţii în genele pentru factorii VIII şi IX ai coagulării, gene situate în loci diferiţi pe cromosomul X, se manifestă clinic asemănător, prin hemoragii importante la traumatisme minime (datorită perturbării coagulării); aceste două mutaţii diferite produc hemofiliile A si B. Conceptul de heterogenitate genetică are o deosebită importanţă practică pentru realizarea unui diagnostic etiologic (cauzal) precis al unor boli diferite cu manifestare identică; pe această bază se va putea face un tratament eficace (adecvat cauzei) şi se va realiza o evaluare corectă a riscului de recurenţă, prin sfatul genetic.

O genă, mai multe boli. Mutaţii diferite în aceiaşi genă pot produce boli diferite. De ex., mutaţii variate în gena -globinei produc drepanocitoză, -talasemie, methemoglobinemie. Un alt exemplu: mutaţii diferite în gena RET produc o formă familială de cancer medular a tiroidei (izolată sau asociată sindroamelor MEN2A şi MEN2B; MEN - de la Multiple Endocrine Neoplasia) precum şi megacolonul congenital (boala Hirschprung)

Norma de reacţie (potenţialul genetic) se caracterizează prin faptul că un genotip nu determină întotdeauna un anumit fenotip; datorită interacţiunii cu alte gene şi cu mediul, un acelaşi genotip poate determina fenotipuri diferite sau, mai exact, variaţii de manifestare ale aceluiaşi caracter . De aceea se consideră că genotipul determină un potenţial fenotipic sau o normă de reacţie la mediu. "Genotipul este 'partitura', iar fenotipul este 'simfonia' pe care noi o auzim, marcată de personalitatea şefului de orchestră, minunată sau fără strălucire, după calităţile executanţilor" (A.Jaquard).

+ MEDIU 1 FENOTIP 1

GENOTIP FENOTIP 2 + MEDIU 2

Potenţialul genetic realizat diferit în funcţie de mediu explică "variaţiile în expresia unor gene", de tipul penetranţă, expresivitate etc. (vezi cap. 5).

3.2. RELAŢIA MEDIU FENOTIP. Relaţia mediu fenotip este o relaţie cauzală, dar caracterele fenotipice produse de

mediu (numite şi "modificaţii") sunt neereditare. Ele sunt cel mai adesea caractere anormale sau boli produse de agenţi fizici, chimici sau biologici: arsuri, traumatisme, intoxicaţii, avitaminoze şi mai ales infecţii. Dar, aşa cum am mai precizat, exceptând accidentele, efectele agresiunilor mediului asupra organismului sunt influenţate de structura sa genetică specifică.

Uneori caracterele fenotipice produse de mediu se manifestă identic sau foarte asemănator cu caracterele fenotipice produse de genotip. De ex., microcefalia5 poate fi produsă de o infecţie fetală sau de o mutaţie genică. Diferenţierea cauzală în aceste cazuri, cunoscute sub numele de fenocopii, este foarte importantă în evaluarea riscului de recurenţă la sarcinile următoare: în primul caz (microcefalia produsă de factorii de mediu) riscul de

4 Relaţia genotip fenotip se poate aplica şi în sens restrâns: "o gena un caracter".5Reducerea perimetrului cranian sub -2 DS (deviaţii standard) însoţită de retard mintal

8

recurenţă este practic nul dacă se evita o nouă agresiune; în al doilea caz, riscul este mare şi depinde de tipul mutaţiei.

3.3. RELAŢIA MEDIU GENOTIP Mediul poate acţiona direct asupra genotipului producând modificări ale materialului

genetic sau mutaţii. Ele pot afecta structura genei sau a cromosomilor şi pot avea consecinţe variate: unele modificări generează fenotipuri mutante anormale, altele determină variantele polimorfice populaţionale pe care le prezintă un caracter.

3.4. RELAŢIA GENOTIP FENOTIP MEDIU LA NIVEL MOLECULAR. Relaţia dintre genotip şi fenotip îşi dezvăluie întreaga sa semnificaţie atunci când este

analizată la nivel molecular. Termenul de genotip poate fi substituit prin însăşi substratul material al genelor: molecula de ADN. Caracterele fenotipice sunt determinate de proteine structurale (colagen, oseină, elastină, hemoglobină, ş.a) sau enzime.În acest fel relaţia genotip fenotip devine: ADN PROTEINE şi se traduce prin ideea fundamentală că ADN deţine şi exprimă informaţia necesară pentru sinteza proteinelor, ce constituie suportul biochimic al caracterelor ereditare ale organismului.

Relaţia ADN PROTEINE se poate nuanţa şi completa dacă ţinem cont de următoarele elemente:− expresia informaţiei ereditare nu se face direct; ea este copiată prin procesul de

transcripţie într-o moleculă de ARNm, care trece în citoplasmă , unde are loc sinteza proteinei (translaţie);

− informaţia genetică din molecula de ADN se poate transmite (conserva) în succesiunea generaţiilor, prin replicare semiconservativă, formîndu-se molecule de ADN identice;

− fiecare element şi etapă a relaţiei poate fi influenţată de mediu.Pe baza acestor date, relaţia ADN PROTEINE poate fi "reformulată". Obţinem

astfel o nouă relaţie, denumită frecvent dogma centrală sau fundamentală a geneticii.

transcripţie translaţieADN m ARN PROTEINE

ADN MEDIU

4. OMUL - SUBIECT DE STUDIU AL GENETICII UMANE

a). Dezavantaje. În comparaţie cu alte organisme, fiinţa umană pare, la prima vedere, un "material" de studiu genetic care prezintă suficiente inconveniente: diversitatea genetică a indivizilor, mare şi necontrolată; dificultatea studiilor genealogice; numărul mic al subiecţilor observaţi; dispersia geografică etc; în plus, nu se pot face experienţe genetice pe om.

b). Avantaje. În realitate omul a devenit rapid un subiect important pentru cercetările genetice deoarece este fiinţa cea mai bine studiată. Sunt disponibile pentru cercetări populaţii mari, în care se pot analiza numeroase şi variate tipuri de mutaţii, veritabile "experimente" ale naturii. Prin folosirea unor metode adecvate, inclusiv a unor tehnici noi de culturi celulare şi analiză moleculară, pot fi depăşite dificultăţile inerente ale studiilor familiale. Se poate conchide fără rezerve ca omul reprezintă un subiect deosebit de interesant pentru studiile genetice.

C. ISTORIA GENETICII UMANE

Relaţia dintre genetică şi medicină trebuie analizată dintr-o perspectivă istorică, urmărind modul în care evoluţia geneticii a interferat şi influenţat în timp evoluţia medicinii ,

9

ajungând la stadiul actual de "medicină moleculară". Interacţiunea dintre medicină şi genetică a fost permanentă, bidirecţională şi foarte productivă, mai ales în ultimele decenii. Vom prezenta în mod succint şi schematic principalele etape şi evenimente din evoluţia geneticii umane.

3. ETAPA PREŞTIINŢIFICĂ ( 1865).

În această etapă s-au realizat numeroase observaţii corecte privind agregarea familială şi transmiterea ereditară a unor boli (hemofilie, polidactilie, albinism); numeroase interpretări erau însă eronate. Se caracterizează prin lipsa cunoştinţelor privind procesele de bază (concepţie, reproducere etc), eludarea analizei şi absenţa unei teorii generale, convingătoare, care să explice fenomenele ereditare.

2. ETAPA FUNDAMENTĂRII GENETICII CA STIINŢĂ ŞI INTRODUCERII SALE ÎN MEDICINĂ (1865 1960) .

Fundamentarea geneticii ca ştiinţă a fost făcută de către Gregor Mendel (1865), care introduce conceptul genei şi formulează legile eredităţii. La începutul secolului XX, prin contribuţia mai multor cercetători dar mai ales a lui T.H.Morgan (primul premiu Nobel pentru genetică) se formulează teoria cromosomică a eredităţii. Apar primele studii de genetică în medicină: F. Galton (1890) analizează unele caractere umane complexe, "cantitative" (talia, inteligenţa), introduce conceptul interacţiunii dintre ereditate şi mediu, iniţiază studiul gemenilor şi dermatoglifelor; A. Garrod (1902) introduce mendelismul în medicină prin studiul primelor "erori înnăscute de metabolism" (alcaptonuria, albinismul, cistinuria şi pentozuria) precum şi ideea “individualităţii biochimice”, prin care explică răspunsurile diferite la droguri şi infecţii ale unor persoane diferite.

În deceniile cinci şi şase începe era geneticii moleculare, prin demonstrarea rolului genetic al ADN (Avery et al. 1944) şi descoperirea modelului structurii ADN (Watson şi Crick, 1953).

Apariţia geneticii medicale a fost determinată de două descoperiri remarcabile: L. Pauling (1949) demonstrează că o boală ereditară, anemia hemolitică cu hematii în seceră (sicklemia sau drepanocitoza) este produsă de o hemoglobină anormală (Hb S), care se deosebeşte de Hb A prin înlocuirea unui singur aminoacid; sicklemia devine prima boală moleculară identificată la om; J. Lejeune (1959) descoperă prima anomalie cromosomică la om, trisomia 21, în sindromul Down.

3. DEZVOLTAREA GENETICII MEDICALE (1960 1970).

În această scurtă perioadă (“deceniul de aur”) se acumulează numeroase dovezi privind rolul important al factorilor genetici în producerea bolilor umane. Concomitent cu reducerea marcată a frecvenţei bolilor infecţioase şi nutriţionale, a devenit evident că bolile genetice sau condiţionate genetic reprezintă, cel puţin în ţările dezvoltate, o cauză majoră de morbiditate şi mortalitate, o problemă de sănătate publică.

S-au amplificat aplicaţiile practice ale geneticii medicale, care capătă o pondere tot mai importantă în practica medicală; dintre acestea menţionăm: perfecţionarea diagnosticului bolilor metabolice şi a depistării sistematice la nou născuţi a unor boli frecvente şi tratabile (fenilcetonuria, hipotiroidia congenitală); ameliorarea tehnicilor de analiză cromosomică, prin metode noi de marcaj în benzi, care permit identificarea precisă a unor anomalii structurale minime; dezvoltarea sfatului genetic (evaluarea riscului de apariţie a unor boli genetice în familii); introducerea şi amplificarea diagnosticului prenatal; optimizarea tratamentului simptomatic şi patogenic în diferite boli genetice, care încetează să mai fie "fără speranţe terapeutice".

4. NOUA GENETICĂ UMANĂ ŞI MEDICINĂ MOLECULARĂ (1980 )

10

a). Revoluţia metodologică a geneticii molecularePână în anul 1970 genele erau entităţi virtuale, inaccesibile analizei biochimice. La

începutul deceniului opt se descoperă tehnici performante de analiză directă a ADN, a genei. Ele au permis: identificarea şi localizarea unor gene; izolarea şi clonarea lor; descifrarea "mesajului" genelor (prin secvenţializarea ADN) şi, eventual, expresia lor în diferite celule "gazdă", în care se obţin proteinele codificate de genă. Aceste tehnici de "manipulare genetică" sau "ADN recombinant" reprezintă o veritabilă "inginerie genetică".

Genetica iese din cadrul său abstract şi începe o nouă eră a genetiii moleculare. Ea produce o veritabilă revoluţie în biologie, deoarece deschide calea înţelegerii marilor enigme: originea vieţii, evoluţia, speciaţia, diferenţierea celulară şi morfogeneza, senescenţa, organizarea şi funcţionarea sistemului nervos şi imun, cancerul etc. Iniţial noile metodologii ale geneticii moleculare au fost receptate de către lumea ştiinţifică cu justificată teamă, atribuindu-li-se pericolul unor consecinţe nefaste şi necontrolabile. Rezervele s-au dovedit ulterior puţin justificate şi, treptat, "ingineria genetică", simplificându-şi procedurile iniţiale şi crescându-şi gradul de accesibilitate, a "invadat" toate sectoarele biologiei şi în special medicina.

Deşi au trecut doar 15-20 ani de la introducerea noilor tehnologii de studiu direct al genei, aceste descoperiri, recompensate cu numeroase premii Nobel, au generat consecinţe majore pentru genetica umană dar mai ales pentru teoria şi practica medicală (tabelul 1.1)

b). Noua genetică umană şi medicina moleculară.Cu ajutorul tehnicilor de analiză moleculară a început descifrarea şi cartografierea

genomului uman. Până în prezent au fost identificate şi localizate pe cromosomii umani peste 10000 de gene normale şi mutante. S-au studiat efectele unor gene "importante" în fiziologia şi patologia umană: genele pentru imunoglobuline, interferoni, factori de creştere, receptori hormonali, lipoproteine, colagen, oncogene, etc.

În anul 1980 s-a iniţiat "Proiectul genom uman", unul din cele mai ample şi ambiţioase programe de cercetare medicală; în februarie 2001 s-a finalizat schita secvenţei întregului genom uman şi se estimează că până în anul 2005 toate cele circa 30.000-40.000 de gene fi identificate şi analizate.

Anatomia şi fiziologia, normală şi patologică a genomului uman determină o abordare moleculară a tuturor problemelor de genetică medicală; deoarece ea este atât de diferită de abordările anterioare a fost numită "noua genetică umană".

Restructurându-şi elementele sale fundamentale, prin introducerea anatomiei şi fiziologiei genomice, medicina anilor '90 devine o medicină moleculară. Eforturile şi realizările cele mai mari s-au făcut în domeniul elucidării mecanismelor moleculare de producere a bolilor. Afecţiunile genetice au fost, fireşte, primul beneficiar al aplicării noilor tehnici de analiză moleculară. În ultimii ani se constată însă o extensie a câmpului de acţiune al analizei patogeniei moleculare la bolile comune: cancerul, boala coronariană, diabetul zaharat, hipertensiunea arterială, etc încercându-se descoperirea genelor implicate în predispoziţia la boală. Pe baza cunoaşterii mecanismelor moleculare s-au introdus noi metode de diagnostic şi tratament, care se adresează moleculelor implicate în procesele patologice. În acest context, rolul geneticii medicale devine din ce în ce mai important.

Tabelul 1.1 Lista laureaţilor Premiilor Nobel pentru descoperiri în domeniul geneticii

ANUL LAUREAŢI DESCOPERIRE1933 Thomas Hunt Morgan1946 H J Muller1958 G W Beadle, E L Tatum, J

Lederberg1959 S Ochoa, A Kornberg

11

1962 Francis Crick, James Watson, Maurice Wilkins

Structura moleculară a ADN

1965 Francois Jacob, Jacques Monod, Andre Kwoff

Reglarea genetică

1968 Robert Holley, Gobind Khorana, Marshall Nirenberg

Descifrarea codului genetic

1975 Renato Dulbecco, Howard Temin, David Baltimore

Interacţiunea dintre virusurile tumorale şi ADN nuclear

1978 William Arber, Daniel Nathans, Hamilton Smith

Endonucleazele de restricţie

1980 Baruj Bernacerraf, George Snell, Jean Dausset

Controlul genetic al răspunsului imun

1980(chimie)

F Sanger, Paul Berg, W Gilbert

1983 Barbara McClintock Genele mobile (transposonii)1985 Michael Brown, Joseph Goldstein Receptorii celulari în

hipercolesterolemia familială1987 Tonegawa Susumu Aspectele genetice ale anticorpilor1989 Michael Bishop, Harold Varmus Studiul oncogenelor1993 Richard Roberts, Philip Sharp Structura discontinuă a genelor1993

ChimieK B Mullis, M Smith

1995 Edward Lewis, Christiane Nusslein-Volhard, Eric Wieschaus

Genele homeotice si alte gene implicate în dezvoltare

D. IMPORTANŢA GENETICII ÎN MEDICINA MODERNĂ

1. BOLILE GENETICE

Bolile genetice erau considerate rarităţi cu care practicianul se întâlnea întâmplător în cursul activităţii sale. Pe măsură ce tehnologiile de studiu şi cunoştinţele de genetică au progresat iar frecvenţa bolilor negenetice (cauzate de malnutriţie, infecţii, ş.a.) a diminuat spectaculos, a devenit evident impactul masiv al patologiei genetice în practica medicinii moderne.

Bolile genetice sunt numeroase; se cunosc peste 10.000 de boli determinate sau condiţionate genetic; ele au o mare diversitate, se manifestă la orice vârstă, orice sistem de organe şi deaceea se regăsesc în aproape toate specialităţile medicale. Bolile gentice sunt frecvente; ele afectează cel puţin 5-8% din nou-născuţi (1 din 20) şi probabil 30– 40 % de indivizi în tot cursul vieţii (tabelul 1.2)

Tabelul 1.2 Incidenţa6 bolilor genetice(modificat după Connor & Ferguson-Smith, 1997 şi Jorde et al. 2000)

Tipuri majore de boli genetice Număr desubtipuri

Incidenţa la 1000 nou-nascuţi vii

Boli cromosomice (ex.: sindrom Down) > 600 6 - 9Boli monogenice (mendeliene) 24

6 Incidenţa se referă la rata cu care se produc cazuri noi. Prevalenţă se referă la proporţia unui grup afectat la un anumit moment (în cazul bolilor genetice prevalenţa este mai mică decât incidenţa fie din cauza speranţei de viaţă mai reduse, fie din cauza debutului bolii la vârste mai tardive. Frecvenţa este un termen nespecific, folosit uneori sinonim pentru incidenţă

12

Autosomal dominante (ex.: boala polichistică renală a adultului = ADPKD; Autosomal recesive (ex., fibroza chistică) Legate de X (ex.: hemofilia; daltonismul)

8544*

527*

2022

Boli mitocondriale 60 RareBoli multifactoriale (debut înainte de 25 ani) Malformaţii congenitale majore (ex., spina bifida, DSV, despicăturile labio-maxilo- palatine) Boli comune ale adultului (ex.: hipertensiunea arterială, diabetul zaharat, boala ulceroasă, schizofrenia)

>50

>50

20 - 50

Total (înainte de 25 ani) 50 - 83Boli genetice ale celulelor somatice# >100 250 Total 300 - 383* După OMIM (1998). # Acest tip de boli apar după naştere, la circa 25% adulţi.

Bolile genetice au o contribuţie majoră la mortalitatea infantilă şi morbiditate. Acum mai puţin de un secol bolile produse de cauze negenetice (malnutriţie, infecţii, condiţii insalubre etc) produceau majoritatea deceselor la copil; în sec. XX sănătatea publică s-a îmbunătăţit şi ca rezultat mortalitatea infantilă s-a redus iar bolile genetice au devenit o cauză majoră a deceselor la copil. De exemplu în Marea Britanie decesele prin boli genetice erau 16,5% în 1914 şi 50% în 1976. 30-50 % din internările în spitalele de copii sunt determinate de afecţiuni genetice sau anomalii congenitale; circa 10 % din internările în spitalele de adulţi sunt produse de boli genetice sau condiţionate genetic. Circa 50% din avorturile spontane din trim.I sunt produse de anomalii cromosomice. Aproximativ 2-3% din nou-născuţi au o anomalie congenitală majoră, deseori produsă de factori genetici; alţi 2% nou-născuţi au o anomalie cromosomică sau o boală monogenică.

Bolile genetice sunt boli cronice care realizează frecvent un handicap fizic, senzorial, motor sau mintal. Bolile genetice produc peste 50% din cazurile severe de retard mintal, de surditate sau cecitate la copil. Ingrijirea pacienţilor cu boli genetice implică cheltuieli importante.

Se poate conchide, fără rezerve, că bolile genetice reprezintă o problemă majoră de sănătate publică, ce impune acţiuni concrete şi eficace de diagnostic şi un Program naţional de profilaxie a bolilor genetice, bazat pe sfat genetic, screening şi diagnostic prenatal, screening neonatal (pentru boli frecvente şi tratabile), registre regionale sau naţionale şi diagnosticul presimptomatic în familiile cu risc genetic crescut.

2. GENETICA MEDICALĂ

Genetica medicală - ca parte a geneticii umane – a devenit o specialitate clinică distinctă care se ocupă de diagnosticul şi îngrijirea pacienţilor cu boli genetice precum şi de familiile lor prin: sfat genetic, diagnostic prenatal, screening neonatal sau diagnostic presimptomatic. Ponderea acestor servicii de genetică în asistenţa medicală a populaţiei este importantă şi nu poate fi ignorată. În fiecare an se nasc în România circa 7200 copii cu anomalii congenitale iar 12.000 vor fi afectaţi de diferite boli genetice înainte de 25 de ani. Deci circa 20.000 de copii şi familiile lor (în care şi alte persoane au un risc genetic) au nevoie anual de diagnostic, explorări şi sfat genetic; aceasta impune cu necesitate crearea unei reţele naţionale de Centre de Genetică Medicală regionale şi Cabinete judeţene.

Numeroasele descoperiri din ultimul deceniu au avut efecte importante asupra teoriei şi practicii medicale. Vom enumera cele mai importante consecinţe.

13

Diagnosticul genotipic. În plan diagnostic, perfecţionarea metodelor de analiză moleculară, la nivel genic, a permis ameliorarea capacităţii de identificare a unor boli, indiferent de vârsta pacientului (făt, nou născut, copil, adult) şi deseori înainte de manifestarea clinică a bolii (presimptomatic). Diagnosticul genotipic devine astfel o nouă şi eficace acţiune în medicina practică. Deasemeni, cu ajutorul unor sonde specifice, se pot detecta genomurile unor virusuri, bacterii şi paraziţi care infectează organismul uman.

Farmacologia genomică şi terapia genică. Pe plan terapeutic tehnicile de ADN recombinant au dus la obţinerea unor noi mijloace şi soluţii terapeutice. A început fabricarea industrială a unor proteine umane cu valoare terapeutică (insulină, interferon, hormon de creştere, eritropoietină, factor VIII, streptokinază, ş.a.) prin inserţia unor gene umane în bacterii şi cultivarea lor în bioreactoare. A apărut farmacologia "genomică" în care prin sinteza unor inhibitori ai transcripţiei genelor mutante sau a unor oligonucleotide anti-sens (complementare ADN sau mARN) se încearcă blocarea funcţionării genelor mutante sau a genomurilor exogene a unor virusuri (de ex., HIV). A devenit operaţională (din 1991) şi terapia genică, în care prin fabricarea şi introducerea unor gene normale în celulele somatice ale unor bolnavi cu afecţiuni genetice grave se poate ameliora / corija efectul genelor mutante.

Profilaxia personalizată şi medicina predictivă. Profilaxia bolilor capătă, graţie geneticii, o nouă dimensiune. Adresându-se familiilor sau persoanelor cu risc genetic, profilaxia devine individualizată, personalizată. Identificarea unor gene ce determină susceptibilitatea unor persoane sănătoase la anumite boli (de ex., la anumite forme de cancer) precum şi studiul unor markeri genetici individuali asociaţi cu vulnerabilitatea la boală (de ex., la hipertensiune arterială, boală coronariană, ş.a.) deschid calea unei medicini predictive, bazată pe "previziunile" prenatale sau premorbide. Medicina predictivă, cu toate dilemele etice pe care le suscită, oferă mari speranţe pentru prevenirea bolilor.

3. MEDICINA ÎN ERA POST- GENOMICĂ

Descifrarea completă a secvenţei genomului uman va avea implicaţii certe asupra practicii medicale, determinând progrese majore în diagnosticul, tratamentul şi prevenirea multor boli. Desigur, nu trebuie să exagerăm rolul geneticii medicale şi nici nu trebuie să uităm riscul potenţial al discriminării gentice sau numeroasele implicaţii etice, legale şi sociale pe care le vor avea noile descoperiri ale geneticii.

Secvenţierea genomului uman este doar sfârşitul unei etape şi începutul erei postgenomice în care se vor multiplica eforturile de a identifica genele asociate cu variate caracatere biologice, inclusiv boli, şi se vor identifica variantele alelice ale genelor şi profilurilor de expresie în diferite ţesuturi normale sau anormale. O atenţie specială se va acorda interacţiunilor complexe dintre gene precum şi între gene şi mediu. Mulţi geneticieni, şi nu numai ei, cred că toate acestea vor fundamenta noua eră a medicinii moleculare.

Optimiştii cred că studiul bolilor bazat pe mecanismele lor moleculare şi biochimice va schimba orientarea practicii medicale de la diagnostic şi tratament la predicţie şi profilaxie, bazate pe gene de susceptibilitate. Dar şi elemntele tradiţionale se vor modifica deoarece nimeni nu se îndoieşte că diagnosticul genotipic (deseori presimptomatic sau prenatal) va fi tot mai mult aplicat iar farmacogenomica va permite un tratament bazat pe genotipul individual, va descoperi noi „ţinte” pentru medicamente şi va „rafina” specificitatea lor de acţiune.

Pesimiştii consideră că secvenţierea genomului nu este decât unul dintre paşii numeroşi pe care medicina îi are de făcut pentru a înţelege mai bine procesele patologice. Genele acţionează într-o reţea de interacţiuni complexe, cu alte gene şi cu mediul, astfel că orice corelaţie dintre genotip şi fenotipul clinic (mai ales în bolile comune) va fi dificilă. Testele genetice predictive vor avea o eficienţă mică asupra morbidităţii şi mortalităţii,

14

deoarece o proporţie redusă din populaţie este afectată de boli monogenice iar rata mutaţiilor noi este destul de importantă. Testele de susceptibilitate identifică numai o predispoziţie la boală nu şi riscul efectiv de boală (determinat de parametri mai complexi). În plus, persoanele cu risc (de exemplu pentru cancer) au încă opţiuni terapeutice reduse. Terapia genică rămâne o posibilitate a unui viitor nu prea apropiat. Implicaţiile etice, sociale şi legale pot fi importante în absenţa unei politici clare de protecţie a confidenţialităţii informaţiei genetice.

Echilibrul necesar dintre punctele mai extreme de abordare a efectelor secvenţierii genomului uman asupra practicii medicale pleacă de la recunoaşterea faptului că am intrat în era postgenomică, decisivă pentru disecţia mecanismelor moleculare ale bolilor. Aplicaţiile clinice vor depinde de abordarea etică şi socială a problemelor dar cu certitudine vor oferi soluţii de reducere a consecinţelor atât a bolilor genetice cât şi acelor comune, multifactoriale. Nimeni nu poate ignora că medicina a devenit moleculară şi că genetica va contribui decisiv la dezvoltarea şi eficienţa ei.

CASETA 1.2Va revoluţiona genetica MEDICINA?

Acesta este titlul unui articol publicat de către Holtzman şi Marteau în anul 2002 în prestigioasa revistă New England Journal of Medicine, care a generat numeroase dezbateri şi opinii divergente. În analiza lor, autorii pornesc de la un punct de vedere amplu exprimat şi sintetizat de Francis Collins, directorul Institutului naţional de cercetare a genomului uman, din SUA: „...(noua genetică) va permite o înţelegere nouă a contribuţiei geneticii la bolile umane şi dezvoltarea unor strategii raţionale de reducere sau prevenire a tuturor bolilor”, cu referire specială la bolile comune ale adultului.

Autorii recunosc că secvenţializarea genomului uman va schimba profund diagnosticul şi tratamentul bolilor monogenice, mendeleene, dar acestea numai o mică parte din populaţie, comparativ cu bolile comune ale adultului care au o certă predispoziţie genetică: diabetul zahart, boala coronariană, hipertensiunea arterială, astmul bronşic, psihozele, cancerele de sân şi colon etc. În ciuda unor cercetări intense, s-au descoperit puţine gene de susceptibilitate (cu penetranţă mare) şi acestea explică doar 3-5% din toate cazurile de boală iar efectul lor asupra riscului de îmbolnăvire este relativ redus, cresc riscul doar de 2-3 ori. Dificultăţile sunt explicabile prin faptul că riscul de boală depinde de interacţiunea mai multor gene şi a unor factori de mediu. În aceste condiţii, prevenţia prin testare în masă pentru identificarea persoanelor cu risc are o eficienţă redusă şi o finalitate limitată în absenţa unor tratament eficiente (de ex. în cancere). În opinia autorilor, complexitatea etiologiei bolilor comune lasă dubii dacă predicţia precisă pentru un număr mare de persoane din populaţie (deci nu din familiile cu risc crescut) va fi vreodată posibilă. În aceste condiţii contribuţia geneticii va fi mai mică şi nu este bine să pierdem din vedere alte posibilităţi de îmbunătăţire a sănătăţii publice.

Fără îndoială observaţiile autorilor sunt pertinente, în momentul actual, dar în condiţiile în care medicina a devenit moleculară şi progresele cunoaşterii sunt rapide, cu consecinţe greu de prevăzut în prezent, nu credem ca putem anula optimismul benefic pe care noua genetică îl aduce abordării bolilor comune; fără genetica moleculară patogenia lor va fi la fel de misterioasă iar intervenţiile profilactice şi terapeutice puţin eficace.

4. ABORDAREA GENETICĂ ÎN RELAŢIA MEDIC - PACIENT

Genetica devine nu numai o parte integrantă a medicinii moderne ci şi o componentă de rutină a îngrijirii bolnavilor şi familiilor lor. Se produce astfel o modificare importantă în relaţia "medic-pacient".

Este important să reamintim că practica medicinei se bazează pe abordarea unui individ cu o problemă de sănătate. Confruntat cu pacientul bolnav medicul trebuie să adune datele necesare pentru a răspunde la două întrebări specifice: 1. Care este problema? (ce are bolnavul?) 2. Ce se poate face pentru rezolvarea acestei probleme? În esenţă, răspunsul la cele două întrebări

15

înseamnă diagnostic şi tratament, elemente tradiţionale şi esenţiale pentru practica medicală. Totuşi, alte două întrebări adiţionale au devenit importante odată cu dezvoltarea geneticii: 3. De ce această persoană are această problemă (afecţiune) acum? 4. Există căi / mijloace pentru a preveni sau reduce o problemă viitoare (pentru această persoană sau familia sa)? Aceste două întrebări necesită cunoştinţe sporite de fiziopatologie şi genetică.

Aşa cum am arătat, abordarea/ gândirea genetică se bazează pe trei principii fundamentale: 1) individualitatea (unicitatea) genetică a fiecărei persoane (vezi B.1.3); 2) rolul important al factorilor genetici în producerea bolilor sau a predispoziţiei la diferite îmbolnăviri; 3) transmiterea genelor mutante la alţi membri ai familiei, ceea ce face ca familia să fie o unitate de interes şi acţiune. Cele trei componente majore ale abordării (gândirii) genetice se pot rezuma în sintagme cunoscute:

▪ “nu există boli ci numai bolnavi”;▪ “aproape orice boală are o componentă genetică”;▪ “nu există boli ci … familii de bolnavi”.

Abordarea genetică presupune informarea pacientului asupra: a) modului său particular de a face boala şi răspunde la tratament; b) componentei genetice a bolii; c) caracterului ei familial. La această acţiune se adaugă implicarea medicului în familia bolnavului, pentru diagnosticul unor cazuri noi de boală sau identificarea unor persoane cu risc, care trebuie sfătuite şi ajutate corespunzător. Nu este vorba de fapt "de a şti genetică medicală" (specialitate clinică distinctă) ci de a practica o bună medicină pe baze genetice.

În esenţă, abordarea genetică în medicină, înţelegerea şi aplicarea în practică a celorlalte descoperiri ale geneticii şi medicinii moleculare presupune o cultură şi … o concepţie (gîndire) genetică, care trebuie însuşite. Pentru medicul practician această acţiune pare dificilă dar toate lucrurile noi sunt dificile; abordarea lor merită făcută atunci când beneficiile sunt reale şi importante.

Volumul şi complexitatea informaţiilor genetice au crescut substanţial şi nu pot fi utilizate fără a recurge la sistemele informatice de stocare, regăsire şi utilizare datelor (programe informatice, CD-ROM "actualizate", Internet). (vezi Caseta 1.2.). Valoarea şi utilitatea practică a datelor genetice (în special în individualizarea tratamentului sau profilaxiei) nu mai pot fi ignorate şi obligă pe clinicieni să folosească aceste informaţii pentru a-şi asista pacienţii. Aceasta presupune nu numai cunoaşterea principiilor de bază ale geneticii medicale ci şi disponibilitate pentru un sistem de educaţie medicală continuă, care nu poate fi ignorat de nimeni.

Pentru studentul în medicină care nu are încă o perspectivă clară a medicinii şi practicii medicale, dar trebuie să memoreze numeroase lucruri, genetica prin caracterul ei raţional, logic şi aplicativ ar putea fi un moment bine venit. În plus există şi o puternică motivaţie: genetica înarmează viitorul medic cu principiile necesare înţelegerii viitorului medicinei.

CASETA 1.3. Genetica umană pe Internet

INTERNETUL este un sistem internaţional amplu care leagă între ele computerele individuale şi reţele locale din universităţi, laboratoare de cercetări, organizaţii guvernamentale sau comerciale. World Wide Web (www) este o modalitate de folosire a internetului cu ajutorul unui program web browser. Web foloseşte documente hypertext sau http (de la hypertext transmission protocol), care arată ca un text obişnuit (ce poate fi citit, editat, stocat, etc.) dar unele cuvinte sau cadre (boxes) sunt subliniate printr-o culoare (albastră); acestea sunt legăturile (links) de acces la alte documente. Facând click pe o astfel de legătură se poate accesa un alt computer, la mii de kilometri distanţă.

Fiecare document web are un cod propriu numit uniform resource locator (URL) sub forma http://www numele serverului. De ex. URL pentru serverul www de la The

16

National Center for Biotchnology Information este http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ iar URL pentru European Bioinformatics Institute este http://www.ebi.ac.uk/ După ce se scrie adresa, web browserul computerului deschide Home Page din care prin cadrele de legătură se pot accesa alte pagini web.

Adresele diferitor baze de date se pot schimba. Dacă una din adresele cunoscute nu funcţionează trebuie să o căutăm, plecînd de la un punct start, folosind "o maşină de căutare" de tipul Yahoo: http://www.yahoo.com; folosind acest sistem se pot căuta documente cu un subiect specific. De la acest punct de start se pot găsi legăturile către diferite baze de date.

Adresele cele mai folosite în genetica umană sunt: OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) este catalogul caracterelor monogenice

umane normale şi patologice, creat de Victor McKusick, care este continuu actualizat. OMIM este legat de alte baze de date. Poate fi accesat: in USA: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim ; in UK: http://www.hgmp.mrc.ac.uk./omim/

Genome Database: http://ww.gdb.org/ Gene cards: http://bioinformatics .weizmann.ac.il/cards/index/html Prezintă, într-o

formă concisă, date integrate din multiple baze de date. Cytogenetic resources: http://www.kumc.edu/gec/geneinfo.html prezintă o legătură

foarte utilă cu multiple site-uri, inclusiv: Cytogenetic Images Index, Gene Map of human chromosomes, Human Cytogenetics Database, Chromosome Databases, Karyotypes of normal and abnormal chromosomes.

Medline: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed/ Dă informaţii (rezumate) asupra articolelor publicate în revistele biomedicale; ele pot fi accesate pe autori, titluri, cuvinte cheie etc.

The National Center for Biotchnology Information:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ The National Center for Genomic Resources: http://www.ncgr.org The National Human Genome Research Institute Home Page: http://www.nhgri.nih.gov European Bioinformatics Institute este http://www.ebi.ac.uk/

Descrierea acestor site-uri şi altora, utile în documentarea şi activitatea celor interesaţi de domeniul geneticii medicale este prezentată la sfârşitul cărţii într-o anexă specială. La fiecare capitol se vor prezenta adresele site+urilor relevante pentru capitolul respectiv.

Bibliografie specifică selectivă7

1. Baird P.A., Anderson T.V., Newcombe H.B., Lowry R.R. Genetic disorders in children and young adults: a population study- Am.J.Hum.Genet 1988; 42:677-693

2. Guttmacher A.E., Collins F.S. Genomic medecine – a primer. New E.J.Med 2002;347:1512-1520

3. Lawrence S., Giles CL - Accessibilitty of information in the web - Nature, 1999, 400, 107- Holtzman N.A., Marteau T.M. Will genetics revolutionize medicine? New E.J.Med 2000; 343:141-144

4. Maximilian C. - Geneza individualităţii – Ed. Sport-Turism, Bucureşti, 19805. McKusick V.A. History of medical genetics. in Rimoin DL, Connor JM, Pyeritz RE (3rd

eds) - Emery and Rimoin's Principles and practice of medical genetics. Vol.1, Churchill Livingstone, Edinburgh, pp 1-30

6. McKusick V.A. Medical genetics: a 40-year perspective on the evolution of a medical specialty from a basic science. JAMA, 1993; 270:2351-2356

7 Bibliografia specifica selectivă cuprinde o selecţie de articole recente privitoare la capitol si recomandate cititorilor pentru completarea informaţiilor. La sfârşitul cărţii există o bibliografie generală ce include tratate, monografii, cărţi de genetică umană şi medicală. Deasemeni , într-o anexă specială sunt date adresele unor site-uri de internet accesibile pentru completarea informaţiilor în aceste domenii.

17

7. Peltonen l., McKusick V.A. Genomics and medicine: Dissecting human disease in the postgenmics era. Science 2001;291:1224-1229

8. Williams S.J, Hayward N.K. The impact of the Human Genome Projct on medical genetics. Trends Mol.Med. 2001;7:229-231

9. Wilson G.N. The genomics of human dysmorphology. Am.J.Med.Genet. 1992; 43:187-196

10. * * * BMJ nr. 7293, 2001 (număr dedicat geneticii): Genetics-delivering the dreams?

18