Tisíce vědeckých týmů trpělivě prozkoumávají tajemství nejdokonalejšího rébusu, s jakým se kdy lidstvo setkalo. Ještě nebyly odhaleny všechny detaily a možnosti projevu genetické informace ve fyzickém organismu, a již expanduje nový obor, epigenetika, který objasňuje genetické souvislosti dědičných vzorců chování.

Genetika jako obor prodělala s rozvojem metodik obrovský rozvoj přibližně od poloviny minulého století a rozkošatěla se do mnoha oborů, neobejdou se bez ní lékaři prakticky všech specializací, biologové bádající v různých oborech, archeologové, veterináři nebo kriminalisté.

Poslední dobou napovídá genetika i sociologům a psychologům. Připravili jsme pro vás mozaiku poskládanou ze zajímavostí z dob počátků a základů tohoto neodolatelného oboru i ze skutečně fascinujících novinek z genetických laboratoří.

Od hrachu k umělému genomu

Jak to celé začalo? Zlí jazykové tvrdí, že kdyby J. G. Mendela nenapadlo dívat se v ambitech po hrachu, nemusela dnes být všude řepka. Ale s největší pravděpodobností by to napadlo někoho jiného a s řepkou je to jiná kapitola.

Tak dnes existuje i sofistikovaná lékařská diagnostika a genetika v evoluční biologii dává člověku nápovědu k tajemstvím vývoje života.

S prvními počátky zkoumání dědičnosti si v Evropě skutečně spojujeme často Johana Gregora Mendela (1822–1884), který ve výsledcích svých pokusů s křížením hrachu v letech 1856–1863 hledal zákonitosti dědičnosti.

Byl sice augustiniánským mnichem, ale pro jeho výzkumy a pro vysvětlování přírodních dějů byla základem matematika a statistika.

Když pokusy s hrachem dokončil, chtěl své výsledky potvrdit na základě pokusů se zcela odlišnou rostlinou a vybral si podle všech zákonů schválnosti jestřábník. Netušil, že se tato rostlina rozmnožuje poněkud netypicky (viz rámeček) a nabyl tak paradoxně dojmu, že jím objevené zákony neplatí.

Na přelomu století vzniklo při pokusech s křížením rostlin i slovo genetika, z řeckého gennó – ploditi, roditi. S tím úzce souvisí i pojem „genom“, neboli veškerá genetická informace organismu.

Záhadná bělavá hmota

Jen o několik let později izoloval švýcarský lékař Friedrich Miescher (1844–1895) z jader bílých krvinek podivnou, sklovitě bílou hmotu, kterou – protože byla z jader, nukleů – nazval nuklein.

Další vědci začali zkoumat, k čemu vlastně je, a teprve na počátku 20. století rusko-americký biochemik Phoebus Levene (1869–1940) rozluštil její chemické složení, kyselou povahu a odlišil různé formy nukleových kyselin – deoxyribonukleovou a ribonukleovou.

Také prokázal přítomnost čtyř dalších sloučenin, složitých molekul, které nazval bázemi, i když zatím pořád ještě nebylo jasné, „co a jak to dělá“. I nadále byla DNA předmětem zkoumání a vědci kroutili hlavami, k čemu taková hlenovitá hmota v jádře vlastně je.

Geniální šifrování

Ve 40. letech minulého století bylo zjištěno, že může přenášet některé vlastnosti z organismu na organismus a že tedy zřejmě bude nosičem nejzákladnější, genetické informace. Současně začali lidé fascinovaně žasnout, když jim došlo, že pouhými čtyřmi bázemi, čtyřmi písmeny genetické abecedy, je zapsaná veškerá obrovská rozmanitost všech forem života na celé Zemi!

Nic tak dokonalého člověk, který se považuje ve svých slabších chvilkách za pána přírody, ještě nevymyslel.

V roce 1953 vychází v časopise Nature dnes už legendární článek Jamese Watsona (*1928) a Francise Cricka (1916–2004). Práce i na základě předchozí publikace jejich kolegů dokazuje trojrozměrnou strukturu DNA. Další předmět studia – vztah DNA, RNA a proteinů, tedy to, jak se genetická informace převádí do životaschopné podoby bílkovinných struktur – je v podstatě předmětem intenzivního výzkumu dodnes.

Už v roce 1957 vyslovil Francis Crick sérii pravidel, kterými se tento proces řídí, tzv. centrální dogma molekulární biologie (viz rámeček).

Zatracované, leč neodolatelné

S rozvojem instrumentálních metod výzkum akceleroval, a jen co lidé pochopili základy toho „jak to funguje“, začali uvažovat, jak by to mohlo fungovat ještě jinak. To vyvolalo vlny odporu, protože snaha o změny genetického kódu, pravidel samé existence života, byla pro někoho důkazem lidské nemorálnosti, o postoji církve nemluvě – co Bůh stvořil, je nejdokonalejší a měnit to je kacířství.

Dnes už je na světě kromě všech jiných genetických kouzel i bakterie s chemicky syntetizovaným genomem a samozřejmě i disciplína zabývající se genetickou etikou na rozumných základech.

Košatý strom vědy o životě

Naštěstí je lidská touha po poznání základní životní silou a genetický výzkum za půl století přinesl obrovské množství objevů, poznání a odkryl další stopy k dalším úžasným tajemstvím.

Genetika je tak obsáhlá, že bylo třeba odlišit jednotlivé větve tohoto košatícího se oboru. Podle jednoho možného dělení např. původní mendelovská genetika křížení a cytogenetika (zabývá se genetikou na úrovni buňky, chromozomů) se často nazývá genetikou klasickou, molekulární genetika rozebírá DNA až na jednotlivé geny a pořadí bází, písmen a zkoumá jejich vzájemné vztahy a funkce regulačních molekul, evoluční genetika stopuje jednotlivé formy genů během vývoje života (sem se dá zařadit i populační genetika).

Relativně nový obor, epigenetika, objasňuje, jak lze dědit změny funkcí genů beze změn jejich sekvencí.

Jak jde život?

Běžná konverzační fráze vyřčená před genetikem může vyvolat netušené asociace. Např. co se to tady dělo poslední skoro 4 000 000 000 let? Jak mohou čtyři jakési molekuly stačit na to, aby uřídily živý organismus?

Určit, jestli vyroste stometrová sekvoj nebo Miss World? A jak se podle jednoho genomu vyvíjejí všechny rozmanité struktury lidského těla?

Jakkoliv je obrázek dvoušroubovice okoukaný a na první pohled už většině lidí nepřipadá záhadný, nedejte se mýlit. Nukleové kyseliny jsou vlastně polymer, složený z několika molekul.

Základ dlouhého řetězce tvoří pětiuhlíkaté cukry, pentózy. Kyselina deoxyribonukleová (DNA) obsahuje cukr deoxyribózu a ribonukleová (RNA) cukr ribózu. Molekuly cukrů jsou prostřídány fosfátovými skupinami a dále jsou na ně navázány báze (viz obr.).

Jedna molekula cukru s navázanou bází tvoří nukleosid, z nějž poté vzniká nukleotid. Nukleotidy jsou základními stavebními kameny nukleových kyselin, účastní se regulačních dějů, buněčné komunikace i přenosu energie.

Báze jsou spojenci

Nukleotidy spojené do řetězce tvoří vlákno DNA nebo RNA, k němu se může přidat ještě druhé vlákno, doplňkové neboli komplementární.

Co to znamená? Budeme teď mluvit pro zjednodušení o DNA. Báze jsou čtyři, adenin, guanin, thymin a cytosin, jsou tedy i čtyři základní nukleotidy. V určitém pořadí jsou za sebou řazeny v jednom řetězci DNA (třeba TACGCGAATTGCTTACTTGAAATC), důležitý je i dohodnutý směr čtení.

Báze se spolu mohou vázat jen podle určitých pravidel, guanin s cytosinem a adenin s thyminem. V buňce to pak funguje tak, že se podle vzoru jednoho řetězce DNA syntetizuje druhý, doplňkový, a tím je zajištěno předávání přesného pořadí bází, tedy základ genetického kódu.

Buňka je pragmatik

Proč má buňka DNA i RNA? To je praktické – DNA je odolná, bezpečná jako švýcarská banka, odolává statečně škodlivým vlivům zvenčí a uchovává genetický kód co možno beze změn.

„Pokud se má buňka dělit, přepisuje se DNA opět do DNA a spravedlivě se rozdělí. Aby se mohly vytvořit nové buněčné struktury, je ovšem třeba složitější postup, kterým buňka kód z DNA převede do podoby proteinů,“ vysvětlují genetici.

Nejprve se DNA „přeloží“ do podoby živější, ale i nestabilnější RNA, která se ještě podle potřeby upraví a „přistřihne“ na míru. Upravená RNA se pak „překládá“, na speciálním místě v buňce, na ribozomech, kde se čte po třech bázích (tripletech).

Každým třem bázím je vždy přiřazena jedna konkrétní aminokyselina. A navazováním seřazených aminokyselin do řetězců už dostáváme peptidy a proteiny.

Geny vědí, co je třeba

Tak vypadá víc než zjednodušeně fascinující a geniální proces, o kterém stále zdaleka nevíme všechno. Přepis a překlad genetického kódu má své zákonitosti a komplexní regulační mechanismy, např. jedna část řetězce může být přepsána, upravena a přeložena tak, že podle ní mohou vzniknout třeba tři různé proteiny, vznikne však přesně ten, který je v danou chvíli třeba.

Úsek, který kóduje jeden protein, se nazývá gen, veškerá DNA (nebo u některých virů RNA) pak genom. Celý genom je poskládaný z kódujících a regulačních sekvencí, i ze sekvencí o kterých ještě netušíme, k čemu jsou.

K žertíkům přírody patří třeba to, že genom myši a třeba prezidenta se liší přibližně jen v 1 % genů.

DNA se v buňce složitě poskládává a zamotává, komprimuje se jako soubory na disku, aby se do buněčného jádra vůbec vešla. V konečném výsledku vytváří buďto hrudkovitou hmotu, chromatin nebo chromozómy.

Vodomilná dvoušroubovice

Na DNA se vodíkovými vazbami vážou molekuly vody, a vytvářejí tak obal se specifickou texturou. Každá další molekula, která se chce na DNA navázat, si své místo musí vybojovat. Vypadá to, že tradovaná konzervativní DNA umí být i pěkně dynamická.

Vědci z Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) objevili, že do určité koncentrace molekul vody jsou jejich vazby různě silné, pokud se jejich počet zvýší, tyto rozdíly se upraví a vodíkové vazby jsou stejně silné. Podle očekávání se vytvářejí nejpevnější vazby mezi vodou a molekulami cukrů.

Navázání vody však pozmění geometrii DNA, „páteř dvoušroubovice“ složená z cukrů a fosfátů se mírně přizpůsobí, ohne se. „Přesná struktura DNA závisí na konkrétním množství navázaných molekul vody,“ shrnuje Karim Fahmy, jeden z členů týmu.

Genom pružný jako gumička

Ovlivňování vlastností DNA pomocí vodního pláště má zajímavé aplikace v tzv. DNA nanotechnologiích, protože je možné docílit vytváření struktur s novými optickými, elektronickými či mechanickými vlastnostmi.

Charakter vodního pláště také může mít spínací funkci, vyšší hydratace způsobí okamžitě „přeskládání“ DNA. To může být využité například pro řízené uvolňování různých látek z materiálů na bázi DNA. Naopak, když se k dvoušroubovici probojovává jiná molekula, přeskupení vodního pláště její vazbu může podpořit, nebo naopak zkomplikovat.

Výzkum se zaměřuje i na další trik DNA – dokáže se za působení určité síly natáhnout jako gumička i o 70 % své původní délky.

Důmyslně zašmodrchaný klíč

Složitá „zašmodrchaná“ struktura DNA nemá za účel jen chránit řetězce v neaktivním stavu.

Nedávné objevy potvrdily, že podobné geny spolu komunikují i přesto, že jsou umístěny na různých chromozomech v obrovském klubku genetického materiálu. Dokážou se poskládat tak, aby byly navzájem co nejblíže.

Podle vědců z Wistar Institute v americké Filadelfii není blízká pozice podobných genů, vystavených společným buněčným regulacím, jenom důsledkem 3D struktury, ale i klíčem k funkci genomu.

„Všichni známe nejlépe formu chromozómů podobnou písmenu X, kterou zaujímají během buněčného dělení. Chromozomy však tráví většinu svého času spolu v těchto velkých hrudkovitých nenáhodných strukturách a věřím, že tyto tvary odrážejí různé jaderné procesy,“ říká Ken-ichi Noma, hlavní autor studie.

Příbuzné geny chtějí být spolu

Aby mohli mapovat jednotlivé geny i celkovou 3D strukturu genomu, kombinovali Noma a jeho kolegové nejnovější metodu sekvenování DNA (určování pořadí bází a tedy i genů) s technikou zvanou „chromosome conformation capture (3C)“, která dokáže určit prostorové uspořádání řetězců.

Za pomoci fluorescenčních sond určili přesnou polohu specifických genů pod mikroskopem. S těmito daty byli pak vědci schopni vytvořit detailní trojrozměrné počítačové modely genomu kvasinek Saccharomycetes pombe.

Dozvěděli se nejen to, kde jsou podobné geny v genomu umístěny, ale získali i představu, jak se DNA stáčí a smotává v prostoru, a jak se vytvářejí shluky smyček s funkčně příbuznými geny.

Efektivně vyhlášená pohotovost

Objektem studia bylo celkem 465 skupin genů souvisejících s důležitými buněčnými funkcemi, strukturními nebo metabolickými.

„Když se DNA uspořádává do trojrozměrné struktury v nedělící se buňce, funkčně související geny z různých chromozomů jsou pak v prostoru blízko sebe,“ řekl Noma. „Toto umístění umožňuje, aby procesy, které určují, jak a kdy jsou geny čteny a překládány do proteinů efektivně řídily více genů najednou.“.

To znamená, pokud buňka rozezná, že je třeba posílit nějakou metabolickou dráhu, nemusí shánět po celém genomu jednotlivé geny, vyšle regulační signál na jedno místo, kde se celá potřebná genová skupina „sešla“ a tím je aktivuje rychle a najednou.

Podobnost čistě nenáhodná

„Není to náhoda, zcela jistě existuje způsob, jak seskupování genů buňka zajistí,“ je přesvědčen Ken-ichi Noma. „Věřím, že máme před sebou zcela nový pohled na způsob, jak genom organizuje sám sebe i všechny další molekuly, které v těchto procesech hrají nějakou roli.“ I když se výzkum týkal genomu kvasinky, S. pombe, která má v haploidní buňce (viz rámeček) tři chromozomy, potvrdil se při prvních pokusech vědcům předpoklad, že stejně efektivně funguje i regulace savčího genomu (lidská haploidní buňka obsahuje 23 chromozomů).

Vědci zjistili, jak výchova přechází do krve

Dědí se kromě barvy očí i schémata chování nebo mechanismy adaptace na životní podmínky? Dnes už víme, že ano. Podle různých výzkumů ovlivňuje funkce genomu potomka chování rodičů v době před jeho narozením i v časných fázích jeho vývoje.

Epigenetika prokázala souvislosti empirických pozorování psychologů a sociologů. Jaké?

Při spojení dvou zárodečných buněk se zkombinují dva rodičovské genomy se svou vlastní dlouhou historií, různě upravenými a pozměněnými geny a vznikne unikát. Kromě geny daných znaků, jako je krevní skupina nebo barva očí, se však dědí i další vlastnosti, třeba načasování květu u rostlin nebo metabolické změny a psychické funkce u člověka, tedy znaky, pro něž nebyla nalezena žádná změna v sekvencích genů.

Jak? I na to už mají genetici, přesně řečeno epigenetici, odpověď. Zajímají vás některé z nejnovějších objevů v tomto složitém a fascinujícím oboru?

Co Sigmund Freud netušil

„Epigenetika je relativně mladý obor výzkumu s obrovským potenciálem. Vysvětluje i vztah mezi biologií a duševní pohodou nebo nepohodou těhotné ženy, která ovlivňuje zdraví dítěte.  Epigenetika odkrývá principy, umožňuje pochopení některých detailních procesů.

Epigenetika a molekulární biologie jsou důležitými dílky tohoto puzzle a ukazují nám, jak zdánlivě malé změny v buňkách v nejranějších stádiích vývoje mohou mít velký vliv na naši existenci do vysokého věku,“ konstatuje profesor Douglas Kell z britského BBSRC (Biotechnology and Biological Sciences Research Council).

Vědci zkoumají souvislosti vlivů genů, negenové dědičnosti i ostatních faktorů a zůstávají v úžasu stát nad složitostí, spolehlivostí a dokonalostí kódu života.

Různé čtení stejné knihy

Je možné totiž dědit i úpravy DNA. To zařídí příroda tak, že některé geny zablokuje navázáním určité chemické skupiny, a tím znemožní jejich čtení a překlad do proteinu.

Jako kdyby dva lidé četli ze stejného výtisku knihy stejnou stránku, ale každý by měl zakrytá jiná slova – ve výsledku by četli jiný text.

Tak jsou epigenetické změny i odpovědí na otázky typu: „Jak je možné, že mají jednovaječná dvojčata různou povahu?“ Otázka je, čím vším a jak se toto zablokovávání řídí, a vědci už nacházejí první náznaky odpovědi.

Proteinový „strážce genomu“

Už před časem bylo známo, že určitá poškození chromozomů jsou spojena s chronickým stresem, ovšem nebylo známo jak. Vědci z Duke University v americkém Durhamu publikovali nedávno zajímavý objev. „Věříme, že naše práce je první hypotézou, která pomůže definitivně objasnit specifický mechanismus, jímž příznak chronického stresu, zvýšený adrenalin, může nakonec způsobit zjistitelné poškození DNA,“ uvedl profesor Robert J. Lefkowitz.

Chronický stres totiž epigenetickými mechanismy způsobuje dlouhodobé snížení hladiny proteinu p53. To je jeden z nejdůležitějších tzv. tumor supresorových proteinů, „strážce genomu“, který brání vzniku genetických poruch a nádorovému zvratu buněk!

V dalších souvislostech pak může dojít k jeho poklesu např. ve varlatech, stres může tedy poškodit i zárodečné buňky.

Jak být chudí, vlídní a laskaví?

V důsledku různých sociálních a fyzických vlivů prostředí dojde skutečně k utlumení funkce různých genů. Michael S. Kobor z University of Wisconsin v USA se svým týmem proto zkoumal vzorce metylací (tzv. „metylační patern“) u více než 100 mladých lidí.

V letech 1990–91 odpovídala skupina novopečených rodičů na otázky týkající se negativních vnějších vlivů a jejich projevů jako finanční tísně, stresu v rodině, v práci, depresí nebo vzteku.

A nedávno vědci zkoumali u jejich potomků následky v podobě epigenetických změn.

Zjistili, že vyšší stres matky během prvního roku dítěte souvisí se změnami metylace na 139 místech genomu. 31 míst bylo změněno v souvislosti s vyšším stresem u otců v době předškolního věku dítěte (ve věku asi 3,5–4 let).

Trauma z dětství není omšelý vtip

„Pokud je nám známo, jedná se o první přímý důkaz, že nepříznivé podmínky a nálady rodičů, které se negativně projevují ve vztahu k dítěti během prvních roků, vedou ke zřetelné změně v jeho ,epigenomu´, měřitelné po více než deseti letech,“ říká Kobor.

To je doslova a do písmene mechanismus toho, jak se dětem nedostatek lásky a péče dostane pod kůži, jak jim doslova „přejde do krve“ a poznamená je na dlouhou dobu, někdy na celý život.

Tým také zjistil, že zážitky stresu u otců souvisely významně s metylací DNA u dcer, zatímco stres matky ovlivňuje potomka bez ohledu na pohlaví.

To potvrzuje výsledky psychologických studií, že absence otců nebo jejich nefunkčnost je spojena s časnějším nástupem puberty a obtížně zvladatelnými projevy temperamentu u dívek, ale ne u chlapců (kde samozřejmě také nezůstává bez následků, ale jiným způsobem).

Následky několika let na doživotí

Mezi geny souvisejícími s negativním vlivem rodičů nebyl žádný z těch, o nichž se ví, že souvisejí s kontrolou chování nebo reakcí na životní prostředí. Byl mezi nimi jeden z genů, které se podílejí na produkci inzulinu, hormonu regulujícího hladinu cukru v krvi, a další tři geny uplatňující se při vývoji mozku.

Zajímavé také bylo, že s epigenetickými změnami souvisel stres matky v kojeneckém věku dítěte, ale ne už v předškolním věku, a u otců to bylo naopak. „Tyto výsledky objasňují to, co odborníci vědí dlouho – těch prvních pár let je rozhodující období, které předurčí mnohé z toho, co a jak se odehraje později v životě,“ říká Thomas Boyce z University of British Columbia z kanadského Vancouveru.

„To také pomáhá objasnit, proč socioekonomický status dítěte je jeden z nejsilnějších ukazatelů nejen dětského zdraví, ale doslova individuálního celoživotního zdraví.“.

Rodičovská láska rozvíjí dětský mozek

Destrukčním vlivem stresujících situací v nejčasnějším období života se zabývají dlouhodobě i vědci z McGill University v kanadském Montrealu. I oni dokázali svými experimenty, jak extrémní nedostatek rodičovské lásky poznamená geny důležité pro normální mozkové procesy a jak může být také spojen s duševními poruchami.

Ve své studii zaměřili pozornost na souvislost projevů mateřské lásky a péče na gen GAD1, který řídí produkci molekuly nezbytně důležité pro komunikaci mozkových buněk. Tato molekula (GABA, gama aminobutyric acid, kyselina gama-aminomáselná), která u dospělých jedinců působí jako hlavní přenašeč signálů (neurotransmiter) v centrálním nervovém systému savců.

Neuvěřitelná staronová hypotéza

Výzkum ukazuje, že GABA pomáhá regulovat emoce a že lidé se schizofrenií mohou mít její deficit. Výsledky výzkumu na zvířecím modelu byly jednoznačné. U mláďat, která zažila „studený odchov“ bez přítomnosti a doteků matky, byla utlumena funkce genu GAD 1.

„Bezprostřední vliv kvality mateřské péče v krátkém období po porodu způsobuje molekulární změny, které mají vliv na mozkové funkce, a může určit predispozice dítěte k duševním onemocněním. Výsledné změny jsou dlouhodobé a přetrvávají až do dospělosti,“ zdůrazňuje doktor Tie-Yuan Zhang, vedoucí výzkumu.

Každé sousto je důležité

Vědci z University of Cambridge pomocí epigenetiky objasnili, proč děti narozené matkám, které konzumují během těhotenství nezdravou stravu, mají v dospělém životě zvýšené riziko vzniku diabetu typu 2 (významný faktor přispívající ke vzniku srdečních onemocnění a rakoviny).

„Nejzajímavější na našich výsledcích je to, že nyní začínáme opravdu chápat, jak výživa v průběhu prvních devíti měsíců života strávených v děloze formuje naše celoživotní zdraví,“ říká doktorka Susan Ozanne.

Vědci navíc zjistili, že špatná strava zrychluje hromadění klíčových epigenetických změn během procesu vývoje a stárnutí.

Buňky zapomenou na zdravé chování

Profesor Manel Esteller z  IDIBELL (Institut d’Investigació Biomèdica de Bellvitge) v Barceloně se svým týmem se snaží identifikovat „epigenetické stopy“ u 1628 lidí – zdravých dobrovolníků i pacientů.

„V případě rakoviny ukazuje studie, že všechny lidské nádory trpí epigenetickou inaktivací ochranných ,protinádorových´ genů a současně nádorové buňky ztrácejí epigenetickou paměť a nemohou si vzpomenout, jak se chovat, aby vytvořily zdravou tkáň,“ vysvětluje Manel Esteller.

Změny související se vznikem a vývojem nádorového onemocnění nejsou okamžité, ale vznikají v časném dětství a postupně se hromadí se stárnutím organismu. Z prvních výsledků výzkumu už lze také jasně odlišit změny související s nádorovými onemocněními od změn souvisejících s neurodegenerativními nebo autoimunitními onemocněními.

Sebevraždy a zneužívání

V jiné zajímavé studii, které také pochází z McGill University v kanadském Montrealu, zkoumali vědci epigenetické souvislosti sebevražedných tendencí.

Zjistili, že v mozkové tkání studovaných 13 obětí sebevraždy existují v podstatě shodné změny a navíc u všech našli v jejich historii doložené případy zneužívání v dětském věku. Nápadné bylo zmenšení části mozku zvané hipokampus (ukládá informace do paměti a má vliv i na prostorovou orientaci a rozpoložení), ve které byly geny,  a tedy i související mozkové funkce u sebevrahů tlumené. To potvrdily i pokusy na zvířecím modelu.

„Zásadní otázkou je, zda další studie potvrdí přítomnost změn i v krevní DNA – což by mohlo vést k diagnostickým testům – a zda bychom mohli navrhnout nějaké léčebné zásahy ke smazání těchto negativně působících epigenetických znaků,“ říká profesor Moshe Szyf.

Zablokované geny si můžete opravit

Vědci tedy hledají možnost, jak by mohli pomoci vyvinout bezpečné metody intervence a preventivních programů na pomoc lidem, kteří trpí duševní nerovnováhou, i těm, kteří jsou vystaveni riziku spáchání sebevraždy.

Nejlepší prevence je dostatek láskyplné rodičovské péče, to je ovšem oříšek, který nemohou rozlousknout jen klinická pracoviště.

Z výsledků experimentů ovšem vyplývá, že poté, co byla mláďata svěřena pečujícím matkám, obnovily geny po nějaké době svou aktivitu.

Z toho epigenetici usuzují, že silný stres tedy mění aktivitu mozku, ale jeho následky je možné cílenou, a pokud to je možné i vědomou změnou svých pocitů a svého chování opět během nějaké doby napravit.

První výsledky naznačují, že pokud určité molekuly související se stresem způsobují utlumení určitých genů, může jeho vědomé zvládání napomáhat k jejich „odblokování“.

Zákon schválnosti

*Jestřábníky (Hieracium) opravdu nepatří mezi nejjednodušší materiál pro genetický výzkum. *Je popsáno více než 650 druhů a dalších poddruhů tohoto rodu.

*Jednotlivé druhy jsou si velmi podobné a navíc se snadno kříží, jsou téměř tak variabilní jako lidské otisky prstů. Proč?

*Jestřábníky se totiž rozmnožují apomikticky, to znamená, že vytvářejí semena schopná klíčení bez toho, že by květy musely být opyleny.

*V takovém případě vzniká potomstvo geneticky shodné s mateřskou rostlinou.

*Umíte si určitě představit překvapení Johana Gregora Mendela, když se po spořádaně se křížících rostlinkách hrachu začaly objevovat naprosto nepředvídatelné varianty jestřábníku. *Stejně by však užasl, kdyby sáhl třeba po pampelišce lékařské (Taraxacum sect. Ruderalia).

Rozsudek nad genetikou

*Genetika to neměla v počátcích lehké a k nesmyslným absurditám docházelo ve smutně proslulém Sovětském svazu.

*Například sovětský biolog propagátor genetiky Nikolaj Ivanovič Vavilov (1887–1943), který cestoval po světě a zkoumal hospodářské rostliny, doplatil na střetnutí se stalinistou Trofimem Lysenkem (1898–1976), který tvrdil, že ne genetika ale údernictví a manipulace určují funkce organismu.

*Asi tak, že kráva bude dojit ochucené mléko, pokud ji o tom někdo dokáže přesvědčit.

*Na popud Josifa V. Stalina (1878–1953) byl také Vavilov zatčen a obviněn z toho, že způsobil genetickým výzkumem hladomor ve 30. letech 20. století.

*Během pětiminutového soudního procesu byl shledán vinným a deportován do sibiřského gulagu, kde zemřel.

Geny a radost ze života

Genetika rozhodně vstoupila i do výzkumu depresí a zdá se, že se vědcům daří najít v genomu ty správné kousky, které s depresí souvisí.

Těžké deprese postihnou v nějakém životním období asi 20 % lidí, asi 4 % trpí závažnými, těžko léčitelnými depresemi opakovaně a přibližně desetina z nich se pokusí o sebevraždu.

Výsledky dvou nezávislých studií shodně označují silnou souvislost deprese s genetickými změnami na třetím kratším raménku chromozomu, v místě označeném p25-26.

Výzkumníci předpokládají, že bude třeba najít celý soubor genů a zjistit, jak a také to podstatně těžší – proč – jsou změněny. Genetická souvislost zakládá asi 40 % rizika, na vzniku onemocnění se však podílejí i další vlivy, rodinná schémata nebo vnější prostředí.

„Jsme teprve na začátku cesty bludištěm příčin deprese, i když je to důležitý krok k pochopení toho, co se může dít na genetické a molekulární úrovni,“ říká Michele L. Pergadia z Washington University v USA.

Obor velmi lákavý ke zneužití

Bratranec Charlese Darwina Francis Galton v roce 1883 poprvé použil termín eugenika v souvislosti se zlepšením kvality rasy pomocí genetiky. Založil i Společnost pro eugenickou osvětu (měla za cíl i sterilizaci „duševně nemocných a neduživých“).  Nejkrutější podoby nabyly myšlenky eugeniky v ideologii nacistického Německa a v USA během let 1902-1964, kdy bylo nedobrovolně sterilizováno 63 000 lidí určených jako nositelé nežádoucích dědičných znaků.  Myšlenka „šlechtění“ člověka je problematická z mnoha důvodů, kromě všeho jiného – kdo a podle jakých kritérií určuje, jaké rysy jsou nežádoucí?

Jak se budí octomilky?

Vědci z Queen Mary University of London identifikovali gen, související s cirkadiánními (přibližně denními) rytmy. Již v předchozích pracích se jim podařilo při pokusech s octomilkami (Drosophilla) určit speciální cirkadiánní fotoreceptor CRY, který reaguje na vnější cykly světla a tmy a resetuje postupně biorytmy např. při přechodu mezi časovými pásmy.

Hledali cestu, regulační dráhu, která vede od receptoru k mozku a podařilo se jim najít protein kódovaným genem nazvaným Quasimodo (QSM). Hladina proteinu se drasticky zvýšila v reakci na světlo. Její kolísání během dne „řekne“ mouše, kdy má být aktivní a kdy to není účelné v závislosti na světelných podmínkách.

Genová inventura

Ploidie je počet shodných sad chromozomů v živé buňce. U různých živočichů se liší, u člověka platí, že pohlavní buňky jsou haploidní, tedy obsahují jen jednu sadu chromozómů, tedy 23. Při jejich splynutí se vytváří diploidní zygota, to znamená, že má dvě stejné sady chromozómů, jednu od otce a jednu od matky.

Protože se dále dělí a vyvíjejí se orgánové struktury, je diploidní také většina tělních buněk lidského těla. Kromě toho může buňka obsahovat větší než dvojnásobný počet chromozómových sad, pak je polyploidní, což je poměrně běžné u rostlin, u živočichů může být polyploidie smrtelná.

Kromě toho se rozlišuje euploidie, to znamená, že buňka obsahuje celočíselný násobek monoploidního počtu chromozómů, od aneuploidie, kdy v buňce chybí nebo přebývá některý jednotlivý chromozom.

Jeden gen osvítil evoluci rostlin?

„Život na Zemi vzešel z vody, a aby mohly rostliny žít na zemi, musely vyvinout ochranu před nekontrolovaným odpařováním a dehydratací. V naší studii jsme objevili zcela nový gen, který se účastní vytváření takové ochranné vrstvy, kutikuly,“ říká profesor Eviatar Nevo  z University of Haifa.

Jeden z vědců našel mutaci divokého ječmene v Judské poušti, která, jak zjistil, způsobuje abnormální zvýšení ztrát vody z důvodu narušení produkce kutinu. Kutin je biopolymer, který je součástí ochranné vrstvy, bránící tomu, aby u rostlin došlo k dehydrataci.

Po osmi letech výzkumu našel gen nazvaný Eibi1, který řídí produkci kutinu a nachází se u všech suchozemských rostlin a buďto neexistuje nebo není funkční u rostlin vodních.

Kromě evolučních souvislostí má i praktické využití – může pomoci vytvořit odrůdy obilí odolnější vůči pouštním podmínkám.

Dogma nebylo myšleno jako dogma

Název „centrální dogma molekulární biologie“ vznikl údajně z nepochopení významu slova dogma – Francis Crick si pod ním představil prý něco, co je zjevné, a nikoliv neprokazatelné.

Jeho obsahem je definovaná cesta přenosu informace mezi DNA, RNA a proteiny. Vzájemný přenos informace je možný mezi DNA a RNA. Z RNA se přepisuje informace do podoby proteinů, ale proteiny nemohou předávat informace zpět do nukleových kyselin a tedy zanášení změn v organismu zpět do genetické informace.

Platilo dlouho bez výhrad, nyní víme, že funkční změny DNA beze změny sekvence, způsobené vnějšími vlivy a odrážející se v hladinách regulačních proteinů, nastat mohou.