Gen,genom,genetika

Už několik měsíců se ve všech médiích objevují zprávy o genomu, Dna,genetických informacích a genech. Co to jsou geny? Jak vzniká DNA a proč je tak důležité? A jaký je rozdíl mezi genem a genomem?

Letos 26. června vědci zúčastnující se projktu Human Genome Project (tedy projekt lidského genomu) oznámili, že dekódovali lidský genom. Jinými slovy: oznámili, že jsou schopni přečíst přibližně devadesát procent lidské DNA. Kompletní genom prý má být znám do roku 2003. Mimochodem, původně byl úkol přečíst lidský genom rozplánován až do roku 2010.
Zrychlování není náhodné. Za prvé vědci vědí, co hledají. A za druhé mají k dispozici stále výkonnější počítače. Jen pro zajímavost: přečtení první miliardy písmen trvalo čtyři roky, přečtení druhé miliardy zabralo sotva čtyři měsíce.
Co je vůbec genom? Zkráceně vyjádřeno - vše, co jsme zdědili. Genom je totiž veškerá DNA daného organismu (tedy i člověka). Každý organismus - od člověka k bakterii - obsahuje v každé buňce kopii instrukcí, které ho stavějí. Je to jakýsi manuál zapsaný chemickým kódem do dvou pruhů.
K psaní se použila čtyři základní písmena.
Vědecky vyjádřeno: DNA neboli deoxyribonukleová kyselina (dříve se označovala také DNK, ale v posledních letech je anglická zkratka stále rozšířenější) je tvořena ze čtyř bází - adeninu, guaninu, cytosinu a tyminu.
Báze se spojují po dvou (A-T a C-G), a vytvářejí tak dvojitou šroubovici. (Pátá báze, uracin, nás nyní nezajímá.)
Jednotlivé báze (písmena) vytvářejí "slova" o třech písmenech. Většina slov pak tvoří aminokyseliny a z nich se vytvářejí bílkoviny.
Každá buňka v tělě obsahuje přibližně sto osmdesát centimetrů DNA.Takže celý řetězec DNA jednoho člověka by obsáhl trasu na Měsíc a zpět na Zemi celkem osmtisíckrát! Anebo vyjádřeno jiným číslem: DNA jednoho člověka obsahuje tři miliardy písmen.
A ještě trochu čísel. Dva lidé se od sebe liší průměrně v jednom písmenu z tisíce. Takže celkově se odlišují na třech milionech míst ve své DNA. Šance na úplně shodnou sekvenci (sestavení) písmen se blíží jedné ku stovkám bilionů. Proto je zkoumání DNA tak spolehlivou metodou při určování totožnosti.
DNA není ovšem tvořena pouze geny, ty jsou zapsány odhadem na dvou procentech délky řetězců deoxyribonukleové kyseliny. Podle nejnovějších odhadů má člověk asi padesát tisíc genů. Zbytek DNA je záhadný přebytek,který ještě nikdo neumí vysvětlit.
Je-li řeč o genech, musíme se vrátit o mnoho let zpět do dob, kdy se začalo hovořit o dědičnosti. Nebo spíše ještě dál: do okamžiku, kdy se začalo hovořit o otisku prstu. Otisk DNA má totiž s otiskem prstu mnoho společného.
Otisk prstu poprvé posloužil jako důkaz totožnosti v roce 1902, kdy s jeho pomocí usvědčil jistý Alfons Bertillon pachatele zločinu. Nápad mu vnukli dávní japonští hrnčíři, kteří otiskovali palec do hlíny, aby tak svůj výrobek označili jakousi značkou. Bertillon ovšem nebyl první, kdo o otisku prstu uvažoval. Tomuto problému se věnoval bratranec Charlese Darwina vědec Francis Galton, který zjistil, že i šimpanzi mají otisk prstu. Navíc se zabýval dědičností. Tvrdil například, že lidské vlastnosti jsou zakódovány ve specifické dědičnosti, kterou každý člověk získává od svých předků. Tyto názory ho vedly k zajímavým teoriím, kupříkladu o dědičnosti geniality. Do konce na toto téma napsal i knihu Dědičný génius
(1869).
Ale jak souvisí otisk prstu s otiskem DNA? Mnohem více, než si většina z nás uvědomuje. Také otisku DNA (v angličtině se dokonce označuje termínem "fingerprint") bylo poprvé použito k vyloučení pachatele trestného činu.
Stalo se tak roku 1985 v anglickém hrabství Leicester, přesněji ve vesnici Narborough. Vědci tehdy rozborem DNA podezřelého zjistili, že čin, z něhož byl obviněn, spáchat nemohl.
DNA lze zkoumat, číst několika způsoby. K přečtení se používá třeba elektroforéza, tedy dělení molekul v elektrickém poli (DNA má elektrický náboj). Gel v přístroji působí jako síto, kterým procházejí jednotlivé molekuly a z nich se získají kousky DNA.
Jiným způsobem je použití takzvaných restrikčních enzymů. To jsou enzymy z některých bakterií, které štěpí cizí DNA. Zaměřují se na dané skupiny písmen. A co se roštěpí, může být opětovně složeno "klonováním" DNA, kdy se krátká sekvence písmen naklonuje do delší, "čtivější" podoby.
Nejčastěji se dnes používá PCR neboli polymerázová řetězová reakce. Úsek DNA se při ní kopíruje, vytváří své duplikáty. Tuto metodu vymyslel Kary Mullis, nositel Nobelovy ceny za chemii z roku 1993. Hlavními protagonisty při tomto procesu jsou enzymy zvané polymeráza, které při dělení
buňky vytvářejí kopii veškeré DNA. Kopírka DNA pracuje rychlostí miliardy kopií DNA jedné buňky za necelé dvě hodiny. Proto stačí skutečně jediná buňka.
Přečtení lidského genomu je teprve začátek. K čemu slouží? Nejprve je třeba pochopit, jak geny fungují. Jak každý gen ovlivňuje budoucnost celého organismu. Působení některých z nich už je známo. Například porucha chromozomu číslo 21 vyvolává Downův syndrom. Už v roce 1911 byl na chromozomu x odhalen gen způsobující barvoslepost. Je také známa sekvence genu, který ochraňuje před onemocněním AIDS (CCR5). Jiné nemoci na odhalení svých genů (a jejich poruch) teprve čekají.
Hodně často se hovoří o možné léčbě dědičných nemocí prostou úpravou genetické informace. Jako dědičnou označujeme každou nemoc, která se předává z generace na generaci. Předávání přitom není nikterak jednoduché.
Asi pět tisíc dědičných nemocí je způsobeno mutací genetické informace - DNA. U některých stačí i jediná změna, vada v řazení písmen.
Dědičnými nemocemi častěji trpívají muži. Proč? Protože žena dědí dva chromozomy x. Pokud je jeden z nich vadný, druhý jej nahradí (nikdy totiž nejsou "zapnuty" oba). Muži naopak mají, jak známo, jeden chromozom y a jeden chromozom x. Trpí-li tedy dědičnou chorobou matka, zdědí ji od ní její synové, nikoli dcery. Pokud je dědičnou nemocí postižen otec, dítě bude
v pořádku, protože dodal chromozom y, chromozom x pochází od matky.
Existují však i dědičné choroby, kterými ženy onemocnět mohou. Dokonce i choroby, které se naopak předávají pouze z matky na dceru.Ty jsou záležitostí takzvané mitochondriální DNA. Její vady přecházejí z generace na generaci mezi ženami.
Než se gen způsobující nemoc (anebo jeho porucha) rozluští, trvá to delší dobu. Příkladem může být luštění genu způsobujícího diabetes typu 2 (to je cukrovka, která se objevuje v pozdějším věku). Doktor David Altshuler z Masschusetts už dlouho ví, že gen, který hledá, je psán asi sto tisícem chemických písmen, dvojitých bází. Věděl také, že jen přibližně dva tisíce z oněch deseti tisíc přímo produkují protein. Mezi zbytkem devadesáti osmi tisíc párů bází (písmen) se skrývají instrukce, kolik proteinu je kam uvolněno - a tedy i to, zda se vyvine diabetes typu 2.
Teď je třeba najít rozhodující písmena. A k tomu slouží srovnání sekvence s DNA jiných živočichů. Myši kupříkladu mají s člověkem společných 75% takzvaných nekódovacích úseků genomu. Jakmile jsou objeveny stejné úseky aktivní u obou živočichů, zaměří se vědci na ně a zbytku si nevšímají.Tak se původních sto tisíc párů bazí postupňe zkracuje, až po několika letech zbude jen určitá, inkriminivoná část.
Poznání lidského genomu má své nepopiratelné výhody. Zejména pro rodiny, v nichž se dědičné choroby vyskytují. Jakmile totiž věda dokáže přečíst DNA člověka, může ho vyléčit, zachránit nebo zbavit obtíží.
První výhodou znalosti DNA je včasné odhalení dědičné poruchy, takže nemoc se nemusí vůbec projevit, případně ji lze aspoň zmírnit. To se týká například fenylketonurie, což je porucha látkové výměny určitých bílkovin. Je-li objevena včas, může se nemocný vyhýbat dané aminokyselině, kterou jeho tělo nedokáže zpracovat. Když je takto včas objevena hemofilie,
mohou se podávat infuze faktoru pro srážlivost krve. Pomoc může přijít i pro nemocné cystickou fibrózou. Gen obsahující cystickou fibrózu totiž zvláštně reaguje s virem rýmy. Příznaky nemoci se tak zmírňují.
Druhou, ještě zajímavější možností, jak využít znalost DNA, je přímo léčba. Léčba spočívá v náhradě vadné části DNA. Zatím se provádí jako experiment, ale snad není daleko doba, kdy lidé s SCID (což je těžká kombinovaná imunodeficience), která je způsobena absencí určitého enzymu,dostanou tento enzym uměle zabudovaný do "náhradní" části DNA. Obdobně by mohlo být možné zabudovat hemofilikům nahradní gen pro srážlivost krve.
Třetí výhodou znalosti DNA je včasná diagnostika hrozícího onemocnění. Přečtením je objevena vadná část DNA, která by v budoucnu mohla s velkou pravděpodobností přinést problémy. Když lékaři budou o hrozbě vědět, mohou začít s prevencí. Podle předpovědí Fracise Collinse, který vedl Projekt lidského genomu, by měly být do deseti let k dispozici testy, jež by měly odhalit genetické informace o sklonech k pětadvaceti nemocem (nejméně). Mezi nimi je také osteoporóza, rakovina plic, prostaty či konečníku nebo kardiovaskulární nemoci.