Ce sunt genele: omul are aproximativ tot atâtea gene cât un vierme microscopic — iar diferența vine din felul în care sunt folosite

O genă este o porțiune de ADN care conține instrucțiunile pentru producerea unei proteine sau a unei molecule de ARN cu funcție proprie. Genomul uman are aproximativ 20.000 de gene care codifică proteine — un număr apropiat de cel al unui vierme microscopic folosit în laboratoare și mai mic decât al orezului. Complexitatea unui organism nu vine, prin urmare, din numărul genelor, ci din felul în care ele sunt reglate: când, unde și cât sunt folosite, și în câte variante de proteină poate fi transformată o singură genă. Iar porțiunile care codifică proteine reprezintă doar aproximativ 1–2% din ADN-ul uman; restul conține regiuni de reglare, gene pentru ARN-uri necodificante și secvențe a căror funcție este încă studiată.

Genele, în șase idei

1. O genă este o porțiune de ADN care codifică o proteină sau un ARN funcțional.
2. Omul are aproximativ 20.000 de gene pentru proteine; numărul nu explică, singur, complexitatea.
3. Doar 1–2% din ADN codifică proteine; restul are, în mare parte, roluri de reglare.
4. Culoarea ochilor, înălțimea și majoritatea trăsăturilor depind de multe gene și de mediu.
5. Unele boli sunt produse de o singură genă; cele mai frecvente implică mii de variante.
6. O variantă genetică asociată unei boli indică un risc, nu un diagnostic.

Definițiile de bază

O genă este un segment de ADN care codifică o proteină sau un ARN funcțional — ambele variante contează. Genomul este totalitatea ADN-ului unui organism, inclusiv partea care nu conține gene. Genotipul este combinația de variante genetice pe care o are o persoană, iar fenotipul este trăsătura observabilă, rezultată din interacțiunea dintre genotip și mediu.

O alelă este o variantă a unei gene. Fiecare persoană moștenește, de regulă, două alele ale fiecărei gene, câte una de la fiecare părinte. Regula este valabilă pentru majoritatea genelor, cu două excepții: bărbații au o singură copie a genelor de pe cromozomul X și de pe cromozomul Y, motiv pentru care unele boli legate de cromozomul X — daltonismul, hemofilia — apar mult mai des la ei; iar genele din mitocondrii se moștenesc doar de la mamă.

Grupele sanguine sunt un exemplu clasic de moștenire care nu urmează modelul simplu „dominant–recesiv”. Gena sistemului ABO are trei variante principale: A și B sunt la fel de „puternice” și, când sunt moștenite împreună, se exprimă amândouă, dând grupa AB; varianta O este recesivă, iar o persoană cu grupa O a moștenit două copii ale ei. De aceea, doi părinți cu grupa A pot avea un copil cu grupa O. Separat, sistemul Rh contează în sarcină: o mamă Rh negativă care poartă un făt Rh pozitiv poate produce anticorpi împotriva sângelui fătului, cu risc pentru sarcinile următoare — situație prevenită astăzi prin administrarea imunoglobulinei anti-D.

Câte gene avem — și de ce numărul nu contează atât de mult

Când s-a încheiat secvențierea genomului uman, la începutul anilor 2000, estimările anterioare, de peste 100.000 de gene, s-au dovedit mult exagerate. Numărul actual de gene care codifică proteine este de aproximativ 20.000, iar el se mai ajustează pe măsură ce metodele de analiză se îmbunătățesc.

numărul genelor nu explică diversitatea și complexitatea speciilor

Se afirmă adesea că numărul diferit de gene explică diversitatea formelor de viață. Nu este așa. Un vierme microscopic, folosit în laboratoarele de genetică, are aproximativ tot atâtea gene ca omul; orezul are mai multe; o specie de purice de apă are cu aproape jumătate mai multe. Observația, cunoscută în biologie ca un paradox, s-a rezolvat pe măsură ce s-a înțeles restul genomului. Diferența dintre specii ține în mare măsură de reglarea genelor — de regiunile de ADN care decid când, în ce țesut și în ce cantitate este folosită fiecare genă — și de capacitatea unei singure gene de a produce mai multe proteine, prin combinarea diferită a porțiunilor ei. Oamenii și cimpanzeii au gene extrem de asemănătoare; o parte importantă din diferențele dintre ei stă în modul în care aceste gene sunt reglate, în special în creier.

Doi oameni luați la întâmplare au ADN-ul identic în proporție de aproximativ 99,9%. Restul de 0,1% înseamnă, totuși, câteva milioane de poziții diferite, suficiente pentru a explica diferențele de înălțime, de culoare a pielii, de risc pentru boli și de răspuns la medicamente. Un rezultat al geneticii populațiilor merită reținut: cea mai mare parte a variației genetice umane se găsește în interiorul acelorași populații, nu între ele. Originea geografică a strămoșilor poate fi estimată din ADN și este utilă în medicină pentru unele boli și medicamente, dar granițele dintre grupuri sunt, genetic, mult mai difuze decât sugerează categoriile sociale.

Ce fac genele: proteinele

Proteinele produse după instrucțiunile genelor catalizează reacții chimice, dau structură țesuturilor, transportă substanțe și transmit semnale. Enzimele digestive, colagenul și keratina, hemoglobina sunt exemple bune.

O precizare despre hormoni: doar o parte dintre ei sunt proteine — insulina, hormonul de creștere, hormonii hipofizei. Alții, precum estrogenii, testosteronul sau cortizolul, sunt steroizi, produși din colesterol cu ajutorul unor enzime; genele nu îi codifică direct, ci codifică enzimele care îi fabrică.

Nu toate genele funcționează tot timpul. Aproape toate celulele au același ADN, dar fiecare tip de celulă folosește doar o parte din gene — de aceea un neuron și o celulă a ficatului sunt atât de diferite. Mecanismele care decid ce gene sunt folosite țin, în mare parte, de epigenetică.

O singură genă poate influența organe foarte diferite, dacă proteina ei este folosită în mai multe locuri — fenomen numit pleiotropie. Sindromul Marfan este exemplul clasic: o variantă a genei unei proteine care dă rezistență țesutului conjunctiv produce, simultan, statură înaltă, degete lungi, deplasarea cristalinului ochiului și dilatarea aortei, cu risc de ruptură. Legătura dintre semne atât de diferite pare, la început, întâmplătoare; ea devine evidentă când se înțelege că toate țin de aceeași proteină. Pentru medici, recunoașterea acestor combinații ajută la diagnostic — iar pentru un tânăr foarte înalt, cu anumite semne, evaluarea inimii poate fi o măsură care salvează viața.

Culoarea ochilor — un exemplu care trebuie corectat

Culoarea ochilor este explicată adesea printr-un model simplu: două alele „pentru pigment mult” dau ochi căprui, două „pentru pigment puțin” dau ochi albaștri, iar combinația dă ochi verzi. Modelul nu este doar o simplificare, ci este, de fapt, greșit.

doi părinți cu ochi albaștri pot avea un copil cu ochi căprui

Modelul cu o singură genă și două variante, predat decenii la rând în școli, prezice că doi părinți cu ochi albaștri nu pot avea un copil cu ochi căprui. În realitate, situația este rară, dar posibilă, pentru că culoarea ochilor depinde de mai multe gene. Cea mai mare contribuție vine de la o regiune de pe cromozomul 15, care include două gene învecinate, una dintre ele reglând activitatea celeilalte; o singură variantă din această regiune explică o mare parte din diferența dintre ochii albaștri și cei căprui la europeni. La ea se adaugă alte gene, care modifică cantitatea și tipul de pigment și produc nuanțele intermediare — verde, alun, gri. Ochii verzi nu sunt, prin urmare, o simplă combinație între „albastru” și „căprui”. Exemplul este util tocmai pentru că arată cât de înșelătoare pot fi modelele simple cu o genă și două variante, aplicate la trăsături complexe.

Ce înseamnă că o trăsătură este „ereditară”

Înălțimea, predispoziția la obezitate sau la diabet implică atât gene, cât și factori de mediu. Una dintre cele mai frecvente confuzii din acest domeniu privește însă felul în care este înțeleasă ereditatea.

„ereditabilitate de 80%” nu înseamnă că 80% din înălțimea ta vine din gene

Ereditabilitatea este o măsură statistică: arată ce proporție din diferențele dintre oamenii unei populații, într-un anumit mediu, se datorează diferențelor genetice dintre ei. Nu arată cât dintr-o trăsătură a unei persoane anume vine din gene, și nu arată cât de ușor poate fi schimbată trăsătura. Înălțimea are o ereditabilitate de aproximativ 80% în populațiile cu alimentație bună — și totuși înălțimea medie a crescut cu peste zece centimetri în multe țări europene în ultimul secol, prin îmbunătățirea alimentației și a sănătății copiilor, fără nicio schimbare genetică. Ereditabilitatea unei trăsături poate fi mare într-un mediu uniform și mică într-unul inegal. Consecința practică este că o trăsătură „puternic ereditară” poate fi, totuși, puternic influențată de mediu — iar o predispoziție genetică la o boală nu înseamnă că stilul de viață nu contează.

Pentru înălțime, cercetările recente au identificat peste 12.000 de variante genetice care contribuie, fiecare cu un efect foarte mic. Este exemplul tipic de trăsătură poligenică: nicio genă nu decide singură, ci mii de variante mici se adună, iar mediul completează tabloul.

Expresia „are gene bune” este folosită des pentru a explica longevitatea. O analiză publicată în 2018, pe arborii genealogici a peste 400 de milioane de persoane, a estimat că ereditabilitatea duratei de viață este, probabil, sub 10% — mult mai mică decât estimările anterioare, de 20–30%. Explicația diferenței este una dintre capcanele studiilor de familie: partenerii de viață tind să se aleagă între ei după stil de viață și după condiții sociale asemănătoare, iar aceste asemănări erau atribuite, anterior, genelor. Concluzia practică este încurajatoare: pentru majoritatea oamenilor, durata vieții depinde mult mai mult de fumat, de activitatea fizică, de alimentație și de accesul la îngrijiri medicale decât de genele moștenite. Relația dintre genetică și longevitate este discutată pe larg într-un articol separat pe Healthwise.

Bolile unei singure gene și bolile a mii de variante

Anumite variante genetice cresc riscul pentru boli cardiovasculare, diabet sau cancer. Pentru a înțelege ce înseamnă acest risc, o distincție este esențială.

Bolile monogenice sunt produse de modificări ale unei singure gene: fibroza chistică, hemofilia, distrofia musculară, anemia falciformă. Ele sunt, fiecare, rare, iar moștenirea lor urmează reguli previzibile, ceea ce face posibile consilierea genetică și testarea familiei. Există și variante ale unei singure gene care cresc foarte mult riscul unei boli frecvente — variantele genelor BRCA1 și BRCA2 pentru cancerul de sân și ovarian, sindromul Lynch pentru cancerul colorectal —, dar și aici riscul nu este o certitudine: nu toți purtătorii fac boala.

o boală genetică poate apărea într-o familie în care nu a existat niciun caz

Întrebarea pe care părinții unui copil cu o boală genetică o pun cel mai des — „de la cine a moștenit-o?” — are uneori un răspuns neașteptat: de la nimeni. Fiecare copil are, în ADN-ul său, câteva zeci de variante noi, care nu existau la niciunul dintre părinți și au apărut în celulele din care s-au format ovulul sau spermatozoidul. Cele mai multe nu au niciun efect. O parte mică atinge însă o genă importantă și produce o boală. Acondroplazia, cea mai frecventă formă de nanism, apare în majoritatea cazurilor astfel, la copii ai unor părinți cu înălțime obișnuită; la fel, multe tulburări severe de dezvoltare și o parte dintre cazurile de distrofie musculară. Numărul acestor mutații noi crește cu vârsta tatălui. Pentru familie, informația are două consecințe: nu există o „vină” moștenită, iar riscul de repetare la o sarcină următoare este, de regulă, mic — dar nu zero, motiv pentru care consilierea genetică este utilă.

Expresia populară „boala a sărit o generație” descrie, de cele mai multe ori, moștenirea recesivă. Pentru bolile recesive, o persoană trebuie să moștenească două copii modificate ale genei, câte una de la fiecare părinte, ca să fie afectată. Cine are o singură copie modificată este purtător sănătos și, de regulă, nu știe. Doi purtători ai aceleiași boli au, la fiecare sarcină, un risc de 25% să aibă un copil afectat, 50% să aibă un copil purtător și 25% să aibă un copil fără varianta respectivă. Pentru fibroza chistică, de exemplu, aproximativ unul din 25 de europeni este purtător. Riscul crește când părinții sunt rude, pentru că au o probabilitate mai mare să poarte aceleași variante.

Chiar și în bolile unei singure gene, aceeași variantă nu produce întotdeauna același efect. Geneticienii folosesc doi termeni pentru asta. Penetranța descrie proporția purtătorilor care fac boala: pentru unele variante este aproape completă, pentru altele — cum sunt cele ale genelor BRCA — este mare, dar departe de sută la sută. Expresivitatea descrie cât de gravă este boala la cei care o fac: în neurofibromatoză, de exemplu, doi membri ai aceleiași familii, cu aceeași variantă, pot avea unul doar câteva pete pe piele, celălalt tumori multiple. Diferențele țin de alte gene, de mediu și de întâmplare, iar ele explică de ce un rezultat genetic nu poate prezice, singur, evoluția unei persoane.

Bolile frecvente — diabetul de tip 2, bolile cardiovasculare, majoritatea cancerelor, depresia — sunt poligenice: sute sau mii de variante, fiecare cu un efect mic, se combină cu vârsta, stilul de viață și mediul. Pentru ele, o singură variantă genetică spune foarte puțin, iar scorurile care adună efectul multor variante oferă, deocamdată, informații utile doar în situații precise.

„Gena obezității” și celelalte titluri

Expresii precum „genele fericirii” sau „genele obezității” merită tratate cu prudență. Un exemplu concret arată de ce.

„gena obezității” adaugă, în medie, câteva kilograme — nu decide greutatea

Varianta genetică cea mai cunoscută asociată cu obezitatea, descoperită în 2007 într-o genă numită FTO, a fost prezentată în presă drept „gena obezității”. Studiul care a descoperit-o a arătat că persoanele cu două copii ale variantei aveau, în medie, cu aproximativ trei kilograme mai mult decât cele fără ea — un efect real, dar mic, comparat cu diferențele de greutate dintre oameni. Mai mult, efectul variantei a fost mai mic la persoanele active fizic. Alte titluri despre „gena” unui comportament sau a unei boli frecvente urmează același tipar: o asociere statistică reală, cu un efect mic, transformată într-un determinism care nu există. Întrebarea utilă, în fața unui astfel de titlu, este cât de mare este efectul și la ce proporție din oameni se aplică.

Genele și medicamentele

Unele variante genetice pot modifica eficacitatea și toleranța la medicamente — domeniul numit farmacogenetică. Câteva exemple îl fac concret.

Clopidogrelul, un antiagregant folosit după infarct și după montarea unui stent, trebuie activat de o enzimă din ficat; la persoanele cu anumite variante ale genei acestei enzime, activarea este redusă, iar protecția, mai mică. Abacavirul, un medicament folosit în infecția HIV, produce o reacție alergică gravă la purtătorii unei anumite variante a unei gene a sistemului imunitar, motiv pentru care testarea se face înaintea tratamentului. Unele medicamente folosite în leucemii și în bolile autoimune sunt dozate după testarea genei enzimei care le metabolizează, pentru a evita toxicitatea.

Farmacogenetica este încă aplicată selectiv, pentru medicamente și situații în care beneficiul testării este demonstrat, nu ca testare generală „a tuturor genelor pentru toate medicamentele”.

Testele genetice vândute direct consumatorilor

Informația genetică cere prudență în interpretare. Pentru mulți cititori, prima întâlnire cu propriile gene este un test cumpărat online, iar acesta merită o discuție separată.

Testele de acest tip analizează, de regulă, câteva sute de mii de poziții din genom, alese dintre variantele cele mai frecvente, nu întregul genom și nici gena completă. Ele pot da informații interesante despre originea strămoșilor și câteva informații de sănătate. Limitele lor sunt importante: pot rata variante rare cu risc mare, pentru că nu le testează; rezultatele „negative” pentru o genă ca BRCA1 nu exclud o variantă patogenă, pentru că testul verifică doar câteva dintre sutele posibile; iar scorurile de risc pentru bolile frecvente au o valoare limitată pentru o persoană anume.

Un rezultat îngrijorător se confirmă printr-un test clinic, într-un laborator de genetică medicală, și se discută cu un medic genetician. Testarea genetică medicală și consilierea genetică sunt explicate într-un articol separat pe Healthwise.

Editarea genelor

Tehnologia de editare genetică numită CRISPR este o metodă precisă, cu potențial terapeutic și cu întrebări etice — iar potențialul a devenit, între timp, tratament: prima terapie bazată pe editarea genelor a fost aprobată în 2023 pentru anemia falciformă și beta-talasemie, două boli ale unei singure gene. Editarea se face pe celulele pacientului, scoase din organism, modificate și reintroduse, iar modificările nu se transmit copiilor.

Editarea embrionilor, a cărei modificare s-ar transmite generațiilor următoare, rămâne interzisă în majoritatea țărilor, după un caz din 2018 care a fost condamnat de comunitatea științifică internațională. Editarea genomului și terapiile genice sunt tratate pe larg în articole separate pe Healthwise.

Afirmații frecvente și ce susțin dovezile

2x GimnasticăAcvatică Premium

Un prim pas pentru un bebe mai puternic

De la 2 luni|Doar până pe 8 noiembrie|ABC Dorobanți

Sfaturi Healthwise

• Când citești despre „gena” unei trăsături, întreabă cât de mare este efectul și la câți oameni se aplică.
• Nu considera o predispoziție genetică un destin; stilul de viață modifică riscul pentru majoritatea bolilor frecvente.
• Dacă în familie sunt mai multe cazuri de cancer la vârste tinere, discută cu medicul despre consilierea genetică.
• Nu te liniști cu un rezultat „negativ” pentru BRCA dintr-un test online; el nu verifică toate variantele.
• Confirmă orice rezultat îngrijorător dintr-un test online printr-un test clinic.
• Dacă primești clopidogrel sau alte medicamente cu variabilitate genetică cunoscută, întreabă dacă testarea e utilă.
• Reține că bărbații au o singură copie a genelor de pe cromozomul X.
• Folosește modelele simple de moștenire doar pentru bolile unei singure gene, nu pentru trăsături complexe.
• Pentru a înțelege cum sunt folosite genele, citește și despre epigenetică și despre ARN.
• Tratează cu prudență produsele „personalizate după ADN”, de la diete la cosmetice.

Concluzie Healthwise

Genele sunt instrucțiunile din ADN pentru proteine și pentru ARN-uri cu funcții proprii. Omul are aproximativ 20.000 de astfel de gene — nu cu mult mai multe decât un vierme microscopic —, iar ceea ce ne face diferiți ține mai puțin de numărul lor și mai mult de modul în care sunt reglate și combinate.

Pentru sănătate, distincția esențială este cea dintre bolile unei singure gene, rare și cu moștenire previzibilă, și bolile frecvente, la care mii de variante mici se combină cu mediul și cu stilul de viață. Pentru acestea din urmă, genele descriu o predispoziție, nu un destin — iar „gena obezității” adaugă câteva kilograme, nu decide greutatea.

Iar gândirea critică rămâne cheia: informația genetică este cu atât mai utilă cu cât este interpretată în context, de specialiști, și cu atât mai înșelătoare cu cât este redusă la o singură genă sau la un singur titlu.

Referințe științifice

International Human Genome Sequencing Consortium. Finishing the euchromatic sequence of the human genome. Nature. 2004;431(7011):931-945.

Susține datele privind numărul de gene care codifică proteine din genomul uman și revizuirea estimărilor anterioare.

Sturm RA, Larsson M. Genetics of human iris colour and patterns. Pigment Cell Melanoma Res. 2009;22(5):544-562.

Susține afirmațiile privind determinismul poligenic al culorii ochilor și rolul principal al regiunii de pe cromozomul 15.

Visscher PM, Hill WG, Wray NR. Heritability in the genomics era — concepts and misconceptions. Nat Rev Genet. 2008;9(4):255-266.

Susține explicația ereditabilității ca măsură populațională și a limitelor interpretării ei.

Yengo L, Vedantam S, Marouli E, Sidorenko J, Bartell E, Sakaue S, et al. A saturated map of common genetic variants associated with human height. Nature. 2022;610(7933):704-712.

Susține afirmația privind cele peste 12.000 de variante genetice asociate cu înălțimea.

Frayling TM, Timpson NJ, Weedon MN, Zeggini E, Freathy RM, Lindgren CM, et al. A common variant in the FTO gene is associated with body mass index and predisposes to childhood and adult obesity. Science. 2007;316(5826):889-894.

Susține datele privind efectul variantei genei FTO asupra greutății.