Na molekulární genetice ho fascinuje ta úžasná souhra pochodů, které tvoří život. Že i poměrně malý bakteriální chromozóm, skládající se z milionu písmen, je v buňce stočen do klubka, a přesto řídí všechny pochody s přesností na jedno písmeno.

„Jak se v tom klubku DNA ta buňka ‚vyzná‘“? usmívá se profesor Václav Pačes, biochemik, jeden z nejuznávanějších vědců v Česku i ve světě a někdejší předseda Akademie věd České republiky..

Kdysi bylo hlavním tématem výzkumné práce Václava Pačese a jeho skupiny analýza celé řadu funkčních úseků DNA různých organismů, přičemž důraz byl kladen především na regulační role a evoluční význam.

Promotory, enhancery, pseudogeny, retrovirové inzerty… Ale stále víc ho to táhlo k celkové organizaci genomů. A tak se Václav Pačes stal jedním ze zakladatelů genomiky u nás.

Rozhovor proběhl už v době nouzového stavu, e-mailově, bohužel zrovna z vědcem, který toho má tolik co říct…

Desátý rozhovor časopisu 21. STOLETÍ

Lidský genom má přes 3 miliardy nukleotidů, ale jen 20 000–25 000 genů, což je srovnatelné s červem háďátkem obecným (Caenorhabditis elegans) z kmene hlístic. Dědičná informace kuřice obsahuje přes 2 miliardy písmen genetického kódu, avšak kolem 32 000 genů.

Genom rýže je totiž poměrně malý, skládá se z přibližně 430 milionů písmen (nukleotidových párů). Naopak genom pšenice se skládá z 16 miliard písmen… I když rostliny mají obecně více genů než živočichové i proto, že si samy vyrábějí živiny fotosyntézou, je evolučně výhodné mít více nukleotidů a méně genů? .

Velikost genomu, tedy počet „písmen“ (nukleotidů nebo bází, jak chcete), není přímo úměrný počtu genů. Jak sám uvádíte, tak například pšenice má genom násobně větší než člověk. Dodnes nevysvětlený zůstává fakt, že u vyšších organismů většina genomu není součástí genů.

Například jen dvě procenta lidského genomu jsou součástí genů. 98 procent je DNA, o jejíž funkci a významu se ví jen málo. Součástí této DNA jsou zbytky genů virů, které naše předky kdysi infikovaly. Existují ale vyšší organismy, například některé ryby, které mají jen velmi málo této nekódující DNA. Naopak například krab ji má víc než člověk.

Říkám to zjednodušeně. Ukazuje se totiž, že i tato DNA přece jen nějakou funkci má.

Co je genomika?

podobor genetiky, který se komplexně zabývá genomem jednotlivých organismů, zejména určením pořadí jednotlivých nukleotidů v DNA a přiřazením funkcí jednotlivým genům.

Vizitka

Prof. RNDr. Václav Pačes, DrSc., dr.h.c.

Václav Pačes je český vědec, vysokoškolský pedagog, biochemik a v letech 2005–2009 předseda Akademie věd České republiky. Mezi roky 2010–2012 byl předsedou Učené společnosti České republiky.

Narodil se za okupace v roce 1942 v Praze. Vztah ke vzdělání, práci a kultuře mu vštípila rodina. Dědeček z matčiny strany se znal s G. Masarykem, zapojil se do protirakouského odboje a musel utéct do Sofie.

Když se vrátil do nově vzniklé republiky, spoluzakládal Českou tiskovou kancelář, kde se pak stal ředitelem.

Otec – Václav Pačes – byl předním českým urologem. 

Co je gen?

základní jednotka genetické informace (dědičnosti). Je to určitý úsek DNA (sekvence nukleotidů) na chromozomu.

Studium DNA před 30 lety a dnes je nepoměřitelné. Jak dlouho tehdy, v 80. letech, zabrala analýza úseku DNA?

To máte pravdu. Moje laboratoř byla mezi prvními, kde se přečetl celý genom organismu. Bylo to v roce 1986 a byl to genom jednoho bakteriálního viru, který se skládal z 20 000 písmen. Trvalo nám to tehdy několik let.

Dnes se přečte genom člověka, složený ze tří miliard písmen, za několik týdnů. Ale přečtení genomu, tedy stanovení pořadí písmen dědičné zprávy v DNA, je jen prvním krokem v analýze genomu. Nejdůležitější je porozumět té zprávě.

A to zpravidla trvá podstatně déle. Musí se určit, které úseky DNA jsou geny a jakou mají funkci, jak se liší od genů se stejnou funkcí v jiných organismech, a také jak vypadá negenová DNA. To se řeší bioinformatickými nástroji, které je třeba často přizpůsobovat konkrétní analýze.

Geny vyšších organizmů mají totiž složitou strukturu. Můžeme je přirovnat k textu, kde jsou jednotlivá slova roztrhaná do kousků, například slabik, které jsou proloženy písmeny, která nejsou součástí žádného slova.

Představte si slovo „pampeliška“, které je v knize napsáno „pamvbnmxxclopebnnnnacaageliška“. Takový text by se četl jen obtížně. Není „liška“ samostatné slovo?

Nebo je součástí jména Eliška nebo slova pampeliška? S tím vším si musí buňka umět poradit tak, aby dědičnou zprávu správně četla a interpretovala jako pokyny k životním pochodům.

Co je genom?

soubor veškeré genetické informace konkrétního organismu. Tato informace je zapsána v DNA.

Fenoménem poslední doby je CRISPR-Cas9, jakási editace genu a technika genetického inženýrství v molekulární biologii, kterou lze modifikovat genomy živých organismů. Jak unikátní nástroj to je a dá se očekávat v budoucnu ještě lepší technika genetického inženýrství? .

Metoda CRISPR-Cas je opravdu mimořádně mocný nástroj k editaci a cíleným a přesným změnám v genomu. Je zajímavé, že tato technika je založena na mechanizmu obrany bakterií proti vniknutí cizorodé, například virové, nukleové kyseliny.

Já jsem od některých kolegů slýchával, že práce s bakteriemi je ztrátou času a že je třeba pokročit ke studiu buněk vyšších organismů, zejména člověka. A ejhle, jak důležitá je mikrobiologie! Dnes se systém CRISPR-cas vylepšuje, ale nevidím nic, co by ho mohlo v blízké době nahradit.

Co je DNA?

neboli Deoxyribonukleová kyselina je nukleová kyselina, nositelka genetické informace všech organismů.

 

 

Novější techniky, jako genové čipy, umožňují sledovat velký počet genových změn najednou, tím se celý proces výrazně urychlí. Genovými změnami jsou myšleny jednonukleotidové polymorfismy (SNP), tedy jednotlivé záměny bází v řetězci DNA. Jak nebezpečné změny v DNA pro tělo jsou?

Probíhají neustále? A dá se vypozorovat, že by změn přibývalo v čase/poslední dobou? .

Tak především, změny jednotlivých nukleotidů (písmen) jsou jen jedním typem mutací. Například evoluci by nevysvětlily. Evoluce je založena na podstatně agresivnějších a hlubších změnách genomu. Jednonukleotidové změny jsou poměrně časté a dochází k nim jak v zárodečných buňkách, tak v somatických buňkách.

Většina nemá žádný vliv na fungování organismu. Jsou to například změny v negenové DNA nebo změny, které nevedou k poškození produktu genové exprese, tedy k poškození funkčních molekul, většinou proteinů.

Ale pokud taková mutace zasáhne citlivé místo genu a vede k poškození funkční molekuly, kterou tento gen kóduje, projeví se to chorobným stavem, často velmi vážným.

Existují nějaké „diety“ pro změnu genové exprese. Tedy epivýživa = nutriepigenomika?

Já si nemyslím, že výživou můžeme změnit náš genom. To bychom snad museli jíst silně radioaktivní potravu a ta by nás asi zabila dřív než by mohla indukovat změny v dědičné informaci. Vyvolání epigenetických změn potravou nebo i jinými vnějšími vlivy se nejspíše týká vlivu životního stylu matky na dítě v průběhu těhotenství.

Někde jsem četl, že přibližně každý čtvrtý člověk disponuje genetickou variantou DRD 47R, ta je známá coby gen dobrodruhů. Je to pravda a opravdu může jeden gen ovlivnit tělo a chování? .

Já na takové zkratkovité závěry moc nedám. Vliv genů na život je složitý. Zpravidla se na nějakém jevu podílí více genů. Kódují různé proteiny a řídí různé buněčné pochody.

Vzniká složitá síť vlivů a interakcí a jsme ještě daleko od toho, abychom mohli říct, že tomu rozumíme.

Neurobiologové Kerry Ressler s Brianem Diasem nedávno studovali zákonitosti dědičnosti u laboratorních myší kvůli výzkumu, že extrémní traumata deformují hlavně neuronové sítě a ochabuje tím centrum učení, paměti a správa emocí.

Ale přišli s tím, že nejde jen o neurologická poškození – extrémní stresové prožitky by mohly měnit také geny. V jiných výzkumech se přišlo na to, že mimořádně stresové prožitky zkracují telomery (koncové části chromozómů), takže nejenže ovlivňují kvalitu života a věk dožití, ale přenášejí se i na potomky.

Přinejmenším ke stejnému závěru došla vědkyně Marilyn Murrayová, když analyzovala DNA potomků sovětských vojáků, kteří prošli právě Stalingradem. To vypadá jako zásadní fakt epigenetiky a genomiky… .

Epigenetické změny jsou skutečně významným prvkem modifikace vyjádření dědičné informace. Ale ony nemění samotnou dědičnou informaci. Stresové prožitky také samy o sobě nemění geny. Mohou ale indukovat změny v jejich fungování.

Mohou snad také urychlit zkracování telomer a tím i zkracování života. Ale pokud já vím, tak to jednoznačně prokázáno nebylo.

S tím souvisí i „nesmrtelnost“ – prodlužování telomer a buněčné hodiny. Co to znamená?

V životě máme jednu jistotu – umřeme. Buňky mají geneticky naprogramovánu smrt. Jedním z faktorů tohoto programu je postupné zkracování chromozómů při každém dělení buňky. To nemůžeme příliš ovlivnit. Jsou zde ale i jiné faktory, které se projevují stárnutím.

Je to například postupné hromadění mutací a to můžeme ovlivnit správnou životosprávou. To vše se týká vyšších organismů včetně nás, lidí. Existují však organismy, které jsou nesmrtelné. Už samotné bakterie se dělí a za optimálních podmínek tedy vlastně neumírají.

Malý vodní žahavec nezmar vyměňuje své buňky, ty starší odumírají a nové je nahrazují a tento organizmus je tak vlastně nesmrtelný.

Byl jste v mnoha vysokých a významných pozicích vědy včetně AV ČR, jak se podle Vás česká věda změnila za těch 30 let?

Česká věda se po roce 1989 změnila zcela zásadně a v mnoha směrech. Ale to naprosto nejdůležitější je, že žijeme ve svobodném světě a že vědci mohou volně komunikovat se svými kolegy v zahraničí. To je důležitější než nedostatek financí.

Ale i v tomto směru se vlády snaží vědu podporovat. Sami jsme si trochu život zkomplikovali zavedením přehnaného důrazu na granty a na formální hodnocení výsledků výzkumu. Ale opakuji – volná výměna názorů, odstranění politiky z vědy a naše zapojení do mezinárodního výzkumu je to nejdůležitější.